PLC配有多种通信接口,PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机、其他PLC或计算机相连。当PLC与打印机相连时,可将过程信息、系统参数等输出打印;当PLC与监视器相连时,可将过程映像显示出来;当PLC与其他PLC相连时,可组成多机系统或连成网络,实现更大规模的控制;当PLC与计算机相连时,可组成多级控制系统,实现控制与管理相结合的综合系统。
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7.编程装置
系统应用程序是通过编程装置送入的,对程序的修改也是通过编程装置实现的。编程装置的作用是编辑、调试、输入用户程序,也可在线监控PLC内部状态和参数,与PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可缺少的工具。
编程装置可以是专用编程器,也可以是配有专用编程软件包的通用计算机系统。专用编程器由PLC厂家生产,**该厂家生产的某些PLC产品使用,它由键盘、显示器和外存储器接插口等部件组成。专用编程器有简易编程器和智能编程器两类
简易编程器只能联机编程,不能直接输入和编辑梯形图程序,需将梯形图程序转化为指令表程序才能输入。简易编程器体积小、价格便宜,它可以直接插在PLC的编程插座上,或者用专用电缆与PLC相连,以方便编程和调试。
智能编程器又称图形编程器,本质上它是一台专用便携式计算机,如三菱公司的GP-80FX-E智能编程器。它既可联机编程,又可脱机编程。它可直接输入和编辑梯形图程序,使用更加直观、方便,但价格较高,操作也比较复杂。
专用编程器只能对指定厂家的几种PLC进行编程,使用范围有限,价格较高。由于PLC产品不断更新换代,专用编程器的生命周期也十分短暂。现在的趋势是使用以个人计算机为基础的编程装置,用户只要购买PLC厂家提供的编程软件和相应的硬件接口装置即可。这样,用户只用较少的投资即可得到高性能的PLC程序开发系统。
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LC的存储器可分为系统程序存储器、用户程序存储器及系统RAM存储区三种。
1)系统程序存储器
系统程序存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序,并固化在ROM内,用户不能直接修改。它使PLC具有基本的智能功能,能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序的质量,很大程度上决定了PLC的性能。
2)用户程序存储器
根据控制要求而编制的应用程序称为用户程序。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务、用规定的PLC编程语言编写的各种程序。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同,可以是RAM(用锂电池进行断电保护)、EPROM或E2PROM存储器,存储内容可以由用户任意修改或增删。目前较先进的PLC采用可随时读写的快闪存储器(Flash)作为用户程序存储器。快闪存储器不需要后备电池,断电时数据也不会丢失。
3)系统RAM存储区
系统RAM存储区包括I/O映像区及包括各类软元件的系统软设备存储区,如逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等。
(1)I/O映像区。由于PLC投入运行后,只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据,在输出刷新阶段将输出的状态和数据送至相应的外部设备。它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O的状态和数据,这些单元称作I/O映像区。一个开关量I/O占用存储单元中的一位(1bit),一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字(16bit)。整个I/O映像区可看作两个组成部分:开关量I/O映像区、模拟量I/O映像区。
(2)系统软设备存储区。除I/O映像区以外,系统RAM存储区还包括PLC内部各类软元件(逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等)的存储区。该存储区又分为具有断电保持的存储区域和无断电保持的存储区域,前者当PLC断电时,由内部的锂电池供电,数据不会丢失;后者当PLC断电时,数据被清除。
下面以控制电动机正反转为例来说明PLC的工作原理,了解CPU是如何执行程序的。
输入I0.0、I0.1和I0.2分别采集电动机停止、正转和反转的输入信号,输出Q0.0和Q0.1控制电动机的正转和反转。
系统上电或由STOP模式切换到RUN模式时,CPU要执行一次复位操作,包含以下两个操作步骤。
(1)清除没有保持功能的位存储器状态、定时器和计数器状态,清除中断堆栈和块堆栈的内容等。
(2)执行系统启动组织块OB100。如果用户想使系统在上电后做一些初始化操作,可以在OB100中编写程序,否则用户完全可以忽略这个组织块。需要注意的是,OB100只在复位后被执行一次。
整个PLC的工作过程是以循环扫描的方式进行的,重复执行一个循环工作周期。以下4个步骤就是PLC程序执行的一个循环工作周期。
①操作系统启动循环时间监控。
②CPU将输出映像区中的数据写到输出模块。
③CPU读取输入电路的接通/断开状态并存入输入映像区。
④CPU处理用户程序,执行用户程序中的指令,并实时更新内存映像区。
在第一阶段,操作系统启动用户设置的监控循环时间。
在第二阶段,CPU将输出映像区中的数据状态传送到输出模块,用于控制与输出点连接的继电器线圈。例如,上次循环工作周期中输出映像区的Q0.0状态为“0”,而这次Q0.0得电,其状态变为“1”时,控制电动机的继电器线圈通电,其常开触点闭合,电动机正转;控制电动机的继电器线圈断电,其常开触点断开,电动机停止。
在第三阶段,PLC通过输入模块采集外部电路的接通/断开状态,并写入到输入映像区中。例如,外部电路开关SB闭合,对应的输入映像位I0.0状态为“1”,在梯形图中对应的I0.0常开触点闭合,常闭触点断开。
在第四阶段,在CPU执行程序指令时,从映像区特别是输入映像区中读出程序中所用元件的“0”“1”状态,并执行指令,将运算结果实时写入到对应的映像区中。需要注意的是,在程序执行阶段,外部输入信号的状态发生了变化,输入映像区对应的元件位也不会随之立即改变,只能等到这个循环扫描周期结束,下个循环扫描周期开始时才能被更新。
在S7-300中,系统不断地调用组织块OB1(相当于C语言中的主函数),在主函数中调用其他子程序,包括用户自己编制的子程序(逻辑块FC或FB)和系统自带的子程序(系统逻辑块SFC或SFB)。
在实际工程应用中,中断是不可缺少的工作方式,循环工作过程可以被某些事件中断。S7-300和S7-400的CPU为用户提供了多种中断方式,以下几种较为常用。