西門子6ES73121AE140AB0PLC模塊
西門子6ES73121AE140AB0PLC模塊
按結構分可將PLC分為整體式PLC、模塊式PLC、疊裝式PLC三類。
a.整體式PLC
它是將PLC各組成部分集裝在一個機殼內，輸入、輸出接線端子及電源進線分別在機箱的上、下兩側，并有相應的發光二極管顯示輸入/輸出狀態。面板上留有編程器的插座、EPROM存儲器插座、擴展單元的接口插座等。編程器和主機是分離的，程序編寫完畢后即可拔下編程器。
具有這種結構的可編程控制器結構緊湊、體積小、價格低。小型PLC一般采用整體式結構。如圖1-2所示的三菱FX1S系列PLC。
b.模塊式PLC
輸入/輸出點數較多的大、中型和部分小型PLC采用模塊式結構。
模塊式PLC采用積木搭接的方式組成系統，便于擴展，其CPU、輸入、輸出、電源等都是獨立的模塊，有的PLC的電源包含在CPU模塊之中。PLC由框架和各模塊組成，各模塊插在相應插槽上，通過總線連接。PLC廠家備有不同槽數的框架供用戶選用。用戶可以選用不同檔次的CPU模塊、品種繁多的I/O模塊和其他特殊模塊，硬件配置靈活，維修時更換模塊也很方便。采用這種結構形式的有SIEMENS的S5系列、S7-300、400系列，OMRON的C500、C1000H及C2000H等以及小型CQM系列。圖1-3所示為三菱MELSEC-Q系列PLC的外形圖。
圖3是基于RT-Linux系統的嵌入式PLC實時任務關系圖,其中適配卡輸入輸出主要是完成數控系統的輸入輸出,即各軸位置控制命令的輸出、I/O的輸出、I/O輸入以及位置反饋輸入,它實際上是數控系統控制卡的設備驅動模塊,其優先級在數控系統的各實時任務中為。根據其硬件特征以及運動控制要求,其響應周期為100μs,響應時鐘周期由PC機I/O接口卡上的硬件定時器產生。根據RT-Linux系統對硬件中斷的響應機制,輸入輸出控制任務的實時性是可以保證的,這一點在我們的數控系統已經得到驗證。
圖3中PLC控制主要是完成數控系統的PLC控制功能,其任務優先級低于適配卡輸入輸出,同時也低于數控系統的精插補實時任務和位置伺服實時任務。根據通用數控系統的PLC控制要求,確定其響應周期為5ms,響應周期由RT-Linux的軟件定時器產生,根據RT-Linux系統的實時多任務調度機制,PLC控制任務的實時性是可以保證的。在實際應用中也得到驗證。
嵌入式PLC的實時任務模塊數據通訊
完成數控系統PLC控制的兩個實時任務之間由于需要輸入輸出的數據量(一般情況下為64輸入,64輸出,但輸入輸出根據需要還可以擴展)不太大,因而采用共享內存的通訊方式,在適配卡輸入輸出和PLC控制
兩個實時任務之間開兩塊共享內存,一塊用于適配卡向PLC控制傳輸I/O口狀態信息,另一塊用于PLC控制向適配卡輸入輸出任務傳輸經PLC邏輯處理后的控制信息。
在這里,兩個實時任務間不采用RT-FIFO進行通訊的原因在于這兩個實時任務間通訊的數據量不是很大,而這兩個實時任務運行周期差別較大,采用RT-FIFO傳輸數據,為了避免FIFO的阻塞,相應地要增加兩個任務間的協調機制,這樣的通訊效果未必比采用共享內存好,而且共享內存的讀寫速度比FIFO相對較快。
嵌入式PLC的實時任務的實現
適配卡輸入輸出為動態可加載模塊,適配卡輸入輸出模塊(任務)以100μs為周期的硬件定時中斷,完成各軸位置控制指令和I/O的輸出、各軸位置反饋值和I/O的輸入,適配卡輸出值來自于位置伺服任務和PLC控制任務,輸入值來自于適配卡的輸入接口。PLC控制模塊(任務)同樣也是一個動態可加載模塊,它以5ms的軟定時,周期性地從它與總控模塊通訊的RT-FIFO讀取控制信息(如M指令,S指令及T指令),同時從它與適配卡輸入輸出模塊通訊的共享內存中讀取I/O信息,然后進行邏輯處理,后將結果寫入共享內存供適配卡輸入輸出模塊讀取并輸出。
結論
目前該嵌入式PLC模塊已成功應用于清華大學精儀系制造工程研究所THHP-III數控系統(基于RedHatLinux8.0+RTLinux3.1)中,該模塊可以滿足對普通數控系統和加工中心PLC控制要求。
PLC有兩種基本的工作模式，即運行(RUN)模式與停止(STOP)模式。在運行模式，PLC通過反復執行反映控制要求的用戶程序來實現控制功能。為了使PLC的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執行一次，而是不斷地重復執行，直至PLC停機或切換到STOP工作模式。
除了執行用戶程序外，在每次循環過程中， PLC還要完成內部處理、通信處理等工作，一次循環可分為5個階段（見圖1-5）。PLC的這種周而復始的循環工作方式稱為掃描工作方式。由于計算機執行指令的速度*，從外部輸入-輸出關系來看，處理過程似乎是同時完成的。
在內部處理階段，PLC檢查CPU．模塊內部的硬件是否正常，將監控定時器復位，以及完成一些其它內部工作。
在通信服務階段，PLC與其它的帶微處理器的智能裝置通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容。
當PLC處于停止(STOP)模式時，只執行以上的操作。PLC處于運行(RUN)模式時，還要完成另外三個階段的操作。
在PLC的存儲器中，設置了一片區域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。PLC梯形圖中的其他編程元件也有對應的映像存儲區，它們統稱為元件映像寄存器。
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