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西門子CPU中央處理器CR60
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PLC的基本概念
可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用所設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，一般稱作PLC，它主要作為代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，所以，今天這種裝置稱作可編程控制器，一般稱作PC。但是為了杜絕與個人計算機(Personal Computer)的一般稱作混淆，所以將可編程控制器一般稱作PLC
2、PLC的基本結構PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微計算機相同，如圖所示：
a. 處理單元(CPU)
處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的客戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O及其警戒定時器的狀態(tài)，可以診斷客戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運轉時，首先它以掃描的方法接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，而后從客戶程序存儲器中逐條讀取客戶程序，通過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等全部的客戶程序執(zhí)行完成之后，后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)輸送至相應的輸出裝置，這樣循環(huán)運轉，直至停止運轉。
為了進一步提高PLC的可*性，近些年來對大型PLC還采用雙CPU產(chǎn)生冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即便某個CPU發(fā)生故障，整個系統(tǒng)依舊能正常運轉。b、存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器叫作系統(tǒng)程序存儲器。
存放應用軟件的存儲器叫作客戶程序存儲器。
C、電源 PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著非常重要得作用。倘若沒有一個優(yōu)秀的、可*得電源系統(tǒng)是無法工作正常的，所以PLC的制造商對電源的設計和制造也非常重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接聯(lián)接到交流電網(wǎng)上去。
3、PLC的工作方法
一. 掃描技術當PLC投入運轉后，其工作流程一般分為三個階段，即輸入采樣、客戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運轉期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行以上三個階段。(一) 輸入采樣階段
在輸入采樣階段，PLC以掃描方法順序地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內(nèi)。輸入采樣完成后，轉入客戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即便輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生改變，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不改。所以，倘若輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必需超過一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
(二) 客戶程序執(zhí)行階段在客戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序順序地掃描客戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左側的由各觸點產(chǎn)生的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點產(chǎn)生的控制線路進行邏輯運算，而后按照邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是不是要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在客戶程序執(zhí)行流程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生改變，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生改變，并且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。
(三) 輸出刷新階段
當掃描客戶程序完成后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新全部的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路推動相應的外設。此時，才是PLC的真正輸出。
比較下二個程序的異同：
這兩段程序執(zhí)行的結果*一樣，但在PLC中執(zhí)行的流程卻不同。
※ 程序1只用一次掃描周期，就可完成對%M4的刷新；
※ 程序2要用四次掃描周期，才能完成對%M4的刷新。
這兩個例子說明：相同的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結果也不一樣。另外，亦可以看到：采用掃描客戶程序的運轉結果與繼電器控制器的硬邏輯并行運轉的結果有所區(qū)分。當然，倘若掃描周期所占用的時間對整個運轉來講可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)分了。
一般情況下，PLC的掃描周期包含自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、客戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時間的總和。
二. PLC的I/O響應時間
為了提高PLC的抗干擾能力，提高其可*性，PLC的每個開關量輸入端都采用光電隔離等技術。
為了可實現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC使用了不同于一般微計算機的運轉方法(掃描技術)。
以上兩個主因，導致PLC得I/O響應比一般微計算機產(chǎn)生的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應時間最少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。
所謂I/O響應時間指從PLC的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關輸出端信號的改變所需的時間。其短的I/O響應時間與長的I/O響應時間如圖所示
SIEMENS PLC在的產(chǎn)品，按照規(guī)模和性能的大小，主要包括 S7-200 S7-300 和S7-400三種，下面就簡單介紹一下該三種產(chǎn)品的一些特性。
針對低性能需求的摸塊化小控制系統(tǒng)，它多可有7個模塊的擴展能力，在模塊中集成背板總線，它的網(wǎng)絡聯(lián)接有RS-485通訊接口和Profibus兩類，可通過編程器PG訪問所有模塊，帶有電源、CPU和I/O的一體化單元設備。
其中的擴展模塊（EM）有以下類別：數(shù)字量輸入模塊（DI）——24VDC 和 120/230VAC；數(shù)字量輸出（DO）——24VDC 和 繼電器；模擬量輸入模塊（AI）——電壓、電流、電阻和熱電偶；模擬量輸出模塊——電壓和電流。 還有一個比較特殊的模塊-通訊處理器（CP）——該塊的功能是可以把S7-200作為主站聯(lián)接到AS-接口（傳感器和執(zhí)行器接口），通過AS-接口的從站可以控制多達248個設備，這樣就能顯著的擴展S7-200的輸入和輸出點數(shù)。