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上海隆彥自動化科技有限公司
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PLC的基礎技術的進展,主要集中在兩個基本方面:執行多任務和程序互換。
所謂執行多任務,就是在一個PLC系統中可同時裝幾個CPU模塊,每個CPU模塊都執行某一種任務,控制與其所執行任務相關的I/O模塊的存取。其實,按照IEC 61131-3的概念,我們應該更確切地稱之為通過多配置執行多任務。例如,三菱電機的小Q系列zui多可以在一個機架上插4個CPU模塊;富士電機的MICREX-SX系列zui多可以在一個機架上插6個CPU模塊。這些CPU模塊可以是專門用于邏輯控制、順序控制的,也可以是運動控制用的,還可以是做過程控制用的,上述在Windows操作系統的環境下執行PC機任務的模塊,也是供用戶選擇的一種選項。從某種意義上講,這也是一種混合式的控制系統。 6ES7 317-2AJ10-0AB0
PLC的傳統軟件模型包括一個資源,運行一個任務,控制一個程序,且運行于一個封閉系統中。而在IEC 61131-3可編程控制器編程語言標準的軟件模型中,在其zui上層把解決一個具體控制問題的完整的軟件概括為一個“配置”。它專指一個特定類型的控制系統,包括硬件裝置、處理資源、I/O通道的存貯地址和系統能力,等同于一個PLC系統的應用程序。在一個由多臺PLC或由多個CPU構成的PLC控制系統中,每一臺PLC或每一個CPU的應用程序就是一個獨立的“配置”。在一個“配置”中可以定義一個或多個“資源”。可把“資源”看作能執行IEC程序的處理手段,它反映PLC的物理結構,在程序和PLC的物理I/O通道之間提供了一個接口。只有在裝入“資源”后才能執行IEC程序。一般而言,通常資源放在PLC內,當然它也可以放在其它支持IEC程序執行的系統內。在一個“資源”內可以定義一個或多個任務。任務被配置后可以控制一組程序或功能塊。這些程序和功能塊可以是周期地執行,也可以由一個事件驅動予以執行。
由此可見,該軟件模型足以映像各類實際系統:對于只有一個處理器的小型系統,其模型只有一個配置、一個資源和一個程序,與現在大多數PLC的情況*相符。對于有多個CPU模塊插裝在同一機架上的中、大型系統,每個CPU模塊被視作一個配置,可由一個或多個資源來描述,而一個資源則包括一個或多個程序。對于分散型系統,包含多個配置,而一個配置又包含多個處理器,每個處理器用一個資源描述,每個資源則包括一個或多個程序。
值得指出的是,近些年來在日本開始流行的多CPU的PLC結構,恰恰是在IEC 61131-3標準頒布后多年之后才問世的。這個PLC結構的革命性變化,顯然是建立在這個軟件模型的 理論基礎上,要不然PLC還是由一個CPU按掃描方式執行一個程序的那種傳統結構。
至于程序互換的問題,至少到目前為止尚是一個努力的方向。只有在每個PLC的供應廠商所提供的PLC產品都真正遵循IEC 61131-3的標準,而且其編程系統的具體實現又切實符合IEC 61131-8《編程語言的應用和實現導則》,并通過PLCopen這個組織對各種編程語言(LD、SFC、FBD、ST和IL)的*性測試,還要解決不同PLC的存儲地址資源的對應互換,才有可能實現名副其實的程序互換。
運算速度高速化也是日本PLC系統追求的一個重要目標。由于目前PLC的CPU模塊競相采用32位RISC芯片,運算速度大為提高。一般基本指令的執行速度均達到數十個納秒(ns),如三菱電機的Q02HCPU其輸入指令的執行時間為34ns,富士電機MICREX-SX系列SPH300達20ns,橫河電機的FA-M3系列的F3SP59-7S其輸入指令的執行時間為17.5ns。僅看一種指令的執行時間并不能完整地說明問題。日本電機工業會(日本電機工業的行業協會)JEMA一直倡導用PCmix值(即PLC的處理時間性能表示指標,用1微秒執行的基本指令和數據處理指令的平均次數來表示)來衡量PLC的運算速度。所謂1微秒執行的基本指令和數據處理指令的平均次數,是按PLC應用程序所使用的指令的頻繁程度的統計平均值計算的。一般是基本指令占54%(其中輸入指令占17%,輸出指令13%,邏輯運算指令21%,定時器輸出3%),數據處理指令占39%(其中傳送指令占25%,四則函數運算指令,比較指令6%),其它指令7%。仍以三菱電機的小Q系列為例,其中的Q25HCPU的PCmix值是10.3,比A2UHCPU-S1快5倍(為2.0),比A2SHCPU快20倍多(PCmix值為0.5)。隨著PLC的功能擴展,運算指令、文字處理指令、通信指令等用的越來越多,各種指令的使用頻率也會發生一定的變化,PCmix值的計算也會有所變化。這里順便提一下,之所以要多次舉三菱電機為例,是因為它的PLC的*占日本的50%以上,為日本的zui大PLC供應廠商,因而具有相當的典型性。同時,通過軟件技術提升PLC操作系統的水平,實現了事件中斷的高速響應(200微秒)功能,高速計數功能,0.5毫秒(三菱電機的小Q系列PLC)、甚至0.2毫秒(橫河電機的的FA-M3系列PLC)的恒定掃描時間功能
可編程控制器是由現代化生產的需要而產生的,可編程序控制器的分
西門子PLCS7-200系列西門子PLCS7-200系列
類也必然要符合現代化生產的需求。
一般來說可以從三個角度對可編程序控制器進行分類。其一是從可編程序控制器的控制規模大小去分類,其二是從可編程序控制器的性能高低去分類,其三是從可編程序控制器的結構特點去分類。
控制規模
可以分為大型機、中型機和小型機。
西門子PLCS7-300系列西門子PLCS7-300系列
小型機: 小型機的控制點一般在256點之內,適合于單機控制或小型系統的控制。
西門子小型機有S7-200:處理速度0.8~1.2ms ;存貯器2k ;數字量248點;模擬量35路 。
中型機:中型機的控制點一般不大于2048點,可用于對設備進行直接控制,還可以對多個下一級的可編程序控制器進行監控,它適合中型或大型控制系統的控制。
西門子中型機有S7-300:處理速度0.8~1.2ms ;存貯器2k ;數字量1024點;模擬量128路 ;網絡PROFIBUS;工業以太網;MPI。
大型機:大型機的控制點一般大于2048點,不僅能完成較復雜的算術運
西門子PLCS7-400系列西門子PLCS7-400系列
算還能進行復雜的矩陣運算。它不僅可用于對設備進行直接控制,還可以對多個下一級的可編程序控制器進行監控。
西門子大型機有S7-400 :處理速度0.3ms / 1k字;
存貯器512k ;I/O點12672;
控制性能
可以分為高檔機、中檔機和低檔機。
低檔機
這類可編程序控制器,具有基本的控制功能和一般的運算能力。工作速度比較低,能帶的輸入和輸出模塊的數量比較少。
比如,德國SIEMENS公司生產的S7-200就屬于這一類。
中檔機
這類可編程序控制器,具有較強的控制功能和較強的運算能力。它不僅能完成一般的邏輯運算,也能完成比較復雜的三角函數、指數和PID運算。工作速度比較快,能帶的輸入輸出模塊的數量也比較多,輸入和輸出模塊的種類也比較多。
比如,德國SIEMENS公司生產的S7-300就屬于這一類。
高檔機
這類可編程序控制器,具有強大的控制功能和強大的運算能力。它不僅能完成邏輯運算、三角函數運算、指數運算和PID運算,還能進行復雜的矩陣運算。工作速度很快,能帶的輸入輸出模塊的數量很多,輸入和輸出模塊的種類也很全面。這類可編程序控制器可以完成規模很大的控制任務。在聯網中一般做主站使用。
比如,德國SIEMENS公司生產的S7-400就屬于這一類。
結構
整體式
整體式結構的可編程序控制器把電源、CPU、存儲器、I/O系統都集成
plc結構plc結構
在一個單元內,該單元叫做作基本單元。一個基本單元就是一臺完整的PLC。
控制點數不符合需要時,可再接擴展單元。整體式結構的特點是非常緊湊、體積小、成本低、安裝方便。
組合式
組合式結構的可編程序控制器是把PLC系統的各個組成部分按功能分成
plc組合plc組合
若干個模塊,如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等等。其中各模塊功能比較單一,模塊的種類卻日趨豐富。比如,一些可編程序控制器,除了-些基本的I/O模塊外,還有一些特殊功能模塊,像溫度檢測模塊、位置檢測模塊、PID控制模塊、通訊模塊等等。組合式結構的PLC特點是CPU、輸入、輸出均為獨立的模塊。模塊尺寸統一、安裝整齊、I/O點選型自由、安裝調試、擴展、維修方便。
疊裝式
疊裝式結構集整體式結構的緊湊、體積小、安裝方便和組合式結構的I/O點搭配靈話、安裝整齊的優點于一身。它也是由各個單元的組合構成。其特點是CPU自成獨立的基本單元(由CPU和一定的I/O點組成),其它I/O模塊為擴展單元。在安裝時不用基板,僅用電纜進行單元間的聯接,各個單元可以一個個地疊裝。使系統達到配置靈活、體積小巧。
詳細介紹編輯
1.SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC,它適用于各行各業,各種場合中的自動檢測、監測及控制等。S7-200 PLC的強大功能使其無論單機運行,或連成網絡都能實現復雜的控制功能。 S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。
2.SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模塊化小型PLC系統,能滿足中等性能要求的應用。各種單獨
西門子PLC之S7家族西門子PLC之S7家族
的模塊之間可進行廣泛組合構成不同要求的系統。與S7-200 PLC比較,S7-300 PLC采用模塊化結構,具備高速(0.6~0.1μs)的指令運算速度;用浮點數運算比較有效地實現了更為復雜的算術運算;一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數賦值;方便的人機界面服務已經集成在S7-300操作系統內,人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面(HMI)從S7-300中取得數據,S7-300按用戶的刷新速度傳送這些數據。S7-300操作系統自動地處理數據的傳送;CPU的智能化的診斷系統連續監控系統的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統事件(例如:超時,模塊更換,等等);多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密,防止未經允許的復制和修改;S7-300 PLC設有操作方式選擇開關,操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出,當鑰匙拔出時,就不能改變操作方式,這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強大的通信功能,S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態功能,這使得組態非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口,并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業以太網總線系統;串行通信處理器用來連接點到點的通信系統;多點接口(MPI)集成在CPU中,用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統。
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