广东西门子S7-200SMART系列PLC代理商

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CPU中的程序分为操作系统和用户程序。操作系统用来处理PLC的启动、刷新过程映像输入/输出区、调用用户程序、处理中断和错误、管理存储区和通信等任务。

    用户程序由用户生成，用来实现用户要求的自动化任务。STEP 7将用户编写的程序和程序所需的数据放置在块中，功能块FB和功能FC是用户编写的子程序，系统功能块SFB和系统功能SFC是操作系统提供给用户使用的标准子程序，这些块统称为逻辑块。

    PLC得电或由STOP模式切换到RUN模式时，CPU执行启动操作，清除没有保持功能的位存储器、定时器和计数器，清除中断堆栈和块堆栈的内容，复位保存的硬件中断等。此外还要执行一次用户生成的“系统启动”组织块OB100，完成用户的初始化操作。以后PLC采用循环执行用户程序的方式，这种运行方式也称为扫描工作方式。下面是循环处理各个阶段的任务（见图1-4）：

    1)操作系统启动循环时间监控。

    2) CPU将过程映像输出区的数据写到输出模块。

    3) CPU读取输入模块的输入状态，并存入过程映像输入区。

    4) CPU处理用户程序，执行用户程序中的指令。

    5)在循环结束时，操作系统执行所有挂起的任务，例如下载和删除块，接收和发送全局数据等。

    6) CPU返回*阶段，重新启动循环时间监控。

    在启动完成后，每次循环都要调用一次组织块OB1。OB1是用户程序中的主程序，它可以调用别的逻辑块（FB、FC、SFB或SFC）。

    循环程序处理过程可以被某些事件中断。如果有中断事件出现，当前正在执行的块被暂停执行，并自动调用分配给该事件的组织块。该组织块被执行完后，被暂停执行的块将从被中断的地方开始继续执行。

    在PLC的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为过程映像输入区和过程映像输出区。PLC梯形图中的其他编程元件也有对应的存储区。

    在循环程序处理过程中，CPU并不直接访问I/O模块中的输入地址区和输出地址区，而是访问CPU内部的过程映像区。

    在写输出模块阶段，CPU将过程映像输出区的状态传送到输出模块。梯形图中某一数字量输出位（例如Q4.0）的线圈“通电”时，对应的过程映像输出位为1状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。

    若梯形图中输出位的线圈“断电”，对应的过程映像输出位为0状态，在写输出模块阶段之后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。

    在读输入模块阶段，PLC把所有外部输入电路的接通/断开状态读入过程映像输入区。

    外部输入电路接通时，对应的过程映像输入位（例如I0.0）为1状态，梯形图中该输入位的常开触点接通，常闭触点断开。外部输入电路断开时，对应的过程映像输入位为0状态，梯形图中该输入位的常开触点断开，常闭触点接通。

    某一编程元件对应的位为1状态时，称该编程元件为ON，该位为0状态时，称该编程元件为OFF。

    在程序执行阶段，即使外部输入电路的状态发生了变化，过程映像输入位的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描循环周期的读取输入模块阶段被读入。

    PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中顺序排列。在没有跳转指令和块调用指令时，CPU从*条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。在执行指令时，从过程映像输入区或别的存储区中将有关编程元件的0、1状态读出来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到对应的存储区中，因此，各编程元件的存储区（过程映像输入区除外）的内容随着程序的执行而变化。

在数字量（或称开关量）控制系统中，变量仅有两种相反的工作状态，例如高电平和低电平、继电器线圈的通电和断电，可以分别用逻辑代数中的1和0来表示这些状态，在波形图中，用高电平表示1状态，用低电平表示0状态。

    使用继电器电路、数字电路或PLC的梯形图都可以实现数字量的逻辑运算。图1-2的上面是PLC的梯形图，下面是对应的数字门电路。

    a)与；b)或；c)非

    图1-2中的I0.0~I0.4为数字输入变量，Q4.O~Q4.2为数字输出变量，它们之间的“与”、“或”、“非”逻辑运算关系如表1-1所示。用继电器电路或梯形图可以实现基本的逻辑运算，触点的串联可以实现“与”运算，触点的并联可以实现“或”运算，用常闭触点控制线圈可以实现“非”运算。多个触点的串、并联电路可以实现复杂的逻辑运算，例如图1-3中的继电器电路实现的逻辑运算可以用逻辑代数表达式表示为

式中，加号表示逻辑或；乘号（或星号）表示逻辑与；变量上面的横线表示“非”运算。

    表1-1    逻辑运算关系表

  在发达的工业国家，PLC已经广泛地应用在所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，应用范围不断扩大，主要有以下几个方面：

    1．开关量逻辑控制

    PLC具有“与”、“或”、“非”等逻辑指令，可以实现梯形图中触点和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制、定时控制与顺序逻辑控制。开关量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，其应用领域已遍及各行各业，甚至深入到民用和家庭。

    2．运动控制

    PLC使用的指令或运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，可以实现单轴、双轴、3轴和多轴联动的位置控制，使运动控制与顺序控制功能有机地结合在一起。PLC的运动控制功能广泛地用于各种机械，例如金属切削机床、金属成形机械、装配机械、机器人、电梯等场合。

    3．闭环过程控制

    闭环过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换与D/A转换，并对模拟量实行闭环PID（比例-积分-微分）控制。S7-300/400有闭环控制模块、用于闭环控制的系统功能块和闭环控制软件包供用户选用。其闭环控制功能广泛地应用于塑料挤压成形机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。

    4．数据处理

    现代的PLC具有整数四则运算、矩阵运算、函数运算、字逻辑运算、求反、循环、移位、浮点数运算等运算功能，以及数据传送、转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，也可以用通信功能传送到别的智能装置，或者将它们打印制表。

    5．通信联网

    PLC的通信包括PLC与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC与其他智能控制设备（例如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。

 转换设计法就是将继电器电路图转换成与原有功能相同的PLC内部的梯形图。这种等效转换是一种简便快捷的编程方法，转换法的优点颇多，其一，原继电器控制系统经过*使用和考验，已经被证明能完成系统要求的控制功能；其二，继电器电路图与PLC的梯形图在表示方法和分析方法上有很多相似之处，因此根据继电器电路图来设计梯形图简便快捷；其三，这种设计方法一般不需要改动控制面板，保持了原有系统的外部特性，操作人员不用改变*形成的操作习惯。

    1．基本方法

    根据继电接触器电路图来设计PLC的梯形图时，关键是要抓住它们的一一对应关系，即控制功能的对应、逻辑功能的对应，以及继电器硬件元件和PLC软件元件的对应。

    2．转换设计的步骤

    ①了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理，这样才能在设计和调试系统时心中有数。

    ②确定PLC的输入信号和输出信号，画出PLC的外部接线图。

    继电器电路图中的交流接触器和电磁阀等执行机构用PLC的输出继电器来替代，它们的硬件线圈接在PLC的输出端。按钮开关、限位开关、接近开关及控制开关等用PLC的输入继电器替代，用来给PLC提供控制命令和反馈信号，它们的触点接在PLC的输入端。在确定了PLC的各输入信号和输出信号对应的输入继电器和输出继电器的元件号后，画出PLC的外部接线图。

    ③确定PLC梯形图中的辅助继电器(M)和定时器(T)的元件号。

    继电器电路图中的中间继电器和时间继电器的功能用PLC内部的辅助继电器和定时器来替代，并确定其对应关系。

    ④根据上述对应关系画出PLC的梯形图。

    第②步和第③步建立了继电器电路图中的硬件元件和梯形图中的软元件之间的对应关系，将继电器电路图转换成对应的梯形图。

    ⑤根据被控设备的工艺过程和机械的动作情况及梯形图编程的基本规则，优化梯形图，使梯形图既符合控制要求，又具有合理性、条理性和可靠性。

    ⑥根据梯形图写出其对应的指令表程序。

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