辽宁西门子S7-200SMART模块代理价格

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PLC对继电器控制系统的仿真原理

 开辟I/O映像区，用存储程序控制替代接线程序控制，开创了PLC应用于包括水力发电生产在内的所有工业控制领域的新纪元。

    1．模拟继电器控制的编程方法

    在一个电气控制电路整体方案中，根据任务与功能的不同可明显分出主电路（完成主攻任务的那部分电路，表象是大电流）和辅助电路（完成控制、保护、信号等任务的那些电路，表象是小电流），辅助电路又可分为控制电路、保护电路、信号电路等。务必注意：PLC用内部的“软继电器”或称“虚拟继电器”替代辅助电路中的起控制、保护、信号作用的那些继电器，达到节能降耗的目标，而主电路部分基本保持不变并继续使用已有的继电器。

    由控制、保护、信号等辅助电路构成的电气控制系统可以分解为输入、逻辑控制、输出三个组成部分，如图1-10所示。

    输入部分由电路中各种输入设备（如控制按钮、操作开关、位置开关、传感器）和全部输入信号构成，这些输入信号来自被控对象上的各种开关量信息及人工指令。

    逻辑控制部分是按照控制要求设计的，由主令开关、继电器、接触器等电器及其触点用导线连成具有一定逻辑功能的控制电路，各电器触点之间以固定的方式接线，其控制逻辑就编制在硬接线中，这种固化的程序不能灵活变更，运用PLC将予以克服。

    输出部分是由各种输出设备，如接触器、电磁阀、指示灯等执行元件组成的。

    PLC控制系统的基本组成也大致分为输入、逻辑控制、输出三部分，这与继电器控制系统极为相似，如图1-11所示。其输入、输出部分与继电器控制系统的大致相同，所不同的是PLC中输入、输出部分多了输入、输出模块，增加了光耦合、电平转换、功率放大等功能。PLC的逻辑部分由微处理器、存储器组成，由软件替代继电器构成控制、保护与信号电路，实现“软接线”或“虚拟接线”，可以灵活编程，这是PLC节能降耗之外的又一闪光点。

    从控制方式、控制速度、延时控制三个方面比较一下可编程序控制系统与电气控制系统。

    (1)控制方式。继电器控制系统是采用“硬接线”实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制；PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称“软接线”或“虚拟接线”。

    图1-10    继电器控制系统的组成

    图1-11    PLC控制系统的组成

    (2)控制速度。继电器控制系统逻辑是依靠触点的机械动作实现控制的，工作频率低，为毫秒级，机械触点有抖动现象；PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快，达微秒级，严格同步且无抖动。

    (3)延时控制。继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制的，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难；PLC用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高、调整时间方便，不受环境影响。

    总之，PLC控制系统节能降耗、控制逻辑变化灵活，还具有数值运算及过程控制等复杂的控制功能，是对电气控制系统的崭新超越。

    2．接线程序控制、存储程序控制与建立PLC的I/O映像区

    接线程序控制就是按接线的程序反复不断地依次检查各个输入开关的状态，根据接线的程序把结果赋值给输出。

    1946年，由具有“计算机之父”之称的美籍匈牙利数学家冯·诺依曼( Neuman，John von，1903～1957年)提出“存储程序控制”原理，其基本内容是：①采用二进制形式表示数据和指令；②将程序（数据和指令序列）预先存放在主存储器中，使机器在工作时能够自动高速地从存储器中取出指令并加以执行；③由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大基本部件组成计算机系统，并规定了这五大部件的基本功能。

    上述冯·诺依曼思想实际上是电子计算机设计的基本思想，奠定了现代电子计算机的基本结构和工作方式，开创了程序设计的新时代。

    PLC的工作原理与接线程序控制十分相近，所不同的是PLC的控制由和计算机一样的“存储程序”来实现。首先在PLC存储器内开辟I/O映像区，I/O映像区的大小与系统控制的规模有关。对于系统的每一个输入点总有输入映像区的某一位与之对应，对于系统的每一个输出点总有输出映像区的某一位与之对应；系统的输入、输出点的编址号与I/O映像区的映像寄存器地址号相对应。

    PLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映像区对应的位上，将执行用户程序的运算结果存放到输出映像区对应的位上。PLC在执行用户程序时所需“输入继电器”、“输出继电器”的数据取自于I/O映像区，而不直接与外部设备发生关系。I/O映像区的建立，使PLC工作时只和内存有关地址单元内所存的信息状态发生关系，而系统输出也是只给内存某一地址单元设定一个状态。这样不仅加速了程序执行速度，而且还使CPU控制系统与外界隔离开来，提高了CPU的抗*力。同时，控制系统远离实际被控对象，为PLC硬件标准化生产创造了条件。
   PLC软件和硬件相辅相成、缺一不可，共同构成完整的PLC。PLC的软件系统由系统程序（又称系统软件）和用户程序（又称应用软件）两大部分组成。

    1．系统监控程序

    系统监控程序是每一台PLC必须具有的部分，由PLC厂家编制，固化于PROM或EPROM中，安装在PLC上，随产品提供给用户。系统监控程序由系统管理程序、系统诊断程序、输入处理程序、用户指令解释与编译程序、信息传送程序、标准子程序模块和系统调用等组成。

    (1)系统管理程序。系统管理程序是系统监控程序中重要的部分，整个PLC的运行都由它主管。

    1)运行管理，控制PLC何时输入、何时输出、何时运算、何时自检、何时通信等，进行时间上的分配管理。

    2)存储空间管理，即生成用户环境，由它规定各种参数、程序的存放地址，将用户使用的数据参数、存储地址转化为实际的数据格式和物理存放地址；将有限的资源变为用户可直接使用的诸多元件，例如将有限的内部时钟扩展为几十个甚*百个用户定时器和计数器。通过这部分程序，用户看到的不是实际机器存储地址，而是按照用户数据结构排列的元件空间和程序存储空间。

    3)系统自检，包括各种系统出错自检、用户程序语法检验，句法检验、警戒时钟运行等。在系统管理程序的控制下，整个PLC就能有序地正确工作。

    (2)用户指令解释程序和编辑程序。任何计算机终都根据机器语言来执行，而机器语言的编制又是非常麻烦的。在PLC中常采用梯形图等语言来编程，而将其变为机器能识别的机器语言程序，就是指令解释程序的任务。用户指令解释程序将梯形图程序逐条翻译成相应的机器语言；用户程序以内码的形式存储于PLC中，这一步由编辑程序实现，可插入、删除、检查、修改用户程序，方便程序的调试。

    (3)标准程序模块和系统调用。这部分由许多独立的程序块组成，各自完成不同的功能，有些完成输入、输出功能，有些完成特殊运算功能等。PLC的各种具体工作都是由这部分程序完成的。

    整个系统监控程序是一个整体，通过改进系统监控程序，就可在不增加任何硬件设备的条件下改善PLC的性能。

    2．用户程序

    用户程序是根据生产过程控制的要求由用户使用厂家提供的编程语言自行编制的应用程序，使用时将其下载到CPU中，处理特定自动化任务所需要的所有功能。用户程序线性地存储在系统监控程序的存储区间内，它的大容量也由系统监控程序限制。

    在PLC的应用中，重要的是用PLC的某种编程语言来编写用户程序，以实现控制目的。PLC的编程和计算机程序的编程一样，需要一个编程环境、一个程序结构、一个编程方法。

    (1)用户环境。用户环境是由系统监控程序生成的，包括用户数据结构、用户元件区、用户程序区、用户存储区、用户参数、文件存储区等。

    1)用户数据结构。

    ●位数据，是一类逻辑量（1位二进制），其值为“0”或“1”，它表示触点的通、断。

    触点接通状态为ON，触点断开状态为OFF。

    ●字节数据，其位长为8位，其数制形式有多种形式。一个字节可以表示8位二进制

    数、两位十六进制数、两位十进制数。

    ●字数据，其数制、位长、形式都有很多形式。一个字可以表示16位二进制数、4位

    十六进制数、4位十进制数。十进制数通常用BCD码表示，书写时冠以B字符，例

    如B0111_1000_1111。实际处理时还可以用八进制、ASC II码的形式。由于对控制

    精度的要求越来越高，不少PLC开始采用浮点数，它*地提高了数据运算的精度。

    ●混合型数据，即同一个元件既有位数据又有字数据。例如T（定时器）和C（计数

    器），它们的触点只有ON和OFF两种状态，是位数据，而它们的设定值和当前值

    寄存器又为字数据。

    2)用户数据存储区。用户使用的每个输入/输出端，以及内部的每一个存储单元都称为元件。各种元件都有其固定的存储区（例如输入/输出映像区），即存储地址。给PLC中的输入/输出元件赋予地址的过程称为编址，不同的PLC输入/输出元件的编址方法不*相同。

    PLC的内部资源，如内部继电器、定时器、计数器和数据区，不同的PLC之间也有一些差异。这些内部资源都按一定的数据结构存放在用户数据存储区，正确使用用户数据存储区的资源才能编好用户程序。

    (2)用户程序结构。用户程序结构大致可分为三种：①线性程序，这种结构是把一个工程分成多个小的程序块，这些程序块被依次排放在一个主程序中；②分块程序，这种结构是把一个工程中的各个程序块独立于主程序之外，工作时要由主程序一个个有序地去调用；③结构化程序，这种结构是把一个工程中的具有相同功能的程序写成通用功能程序块，工程中的各个程序块都可以随时调用这些通用功能程序块。

    用户程序结构化，易于程序的修改、查错和调试；块结构显著地增加了PLC程序的组织透明性、可理解性和易维护性。

    3．编程软件STEP 7-Micro/WIN

    STEP 7-Micro/WIN编程软件是西门子公司为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。

    (1)基本功能。STEP 7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的S7-200 PLC编程软件，既简单又能够解决复杂的自动化任务，创建、修改和编辑用户程序，还可以设置PLC的工作方式和参数、安装和下载用户程序、监控程序的运行、进行简单的语法检查、文档管理等，适用于所有S7-200系列的PLC机型，支持STL、LAD、FBD三种编程语言，可以在三者之间随时切换，具有密码保护功能。

    STEP 7-Micro/WIN提供软件工具帮助用户调试和测试程序，包括监视S7-200正在执行的用户程序状态、为S7-200运行程序的扫描次数、强制变量值等。

    指令向导功能包括：PID自整定界面；PLC内置脉冲串输出(PTO)和脉宽调制(PWM)指令向导；数据记录向导；配方向导。

    支持TD 200和TD 200C文本显示界面(TD 200向导)。

    (2)其他功能。①系统组态；②运动控制；③创建调制解调模块程序；④USS协议库与Modbus从站协议指令；⑤使用配方和数据归档；⑥PID自整定和PID整定控制面板。

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