西門子模塊6AV2124-0GC01-0AX0

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PCL 人機界面 編程設備 通信聯(lián)網(wǎng)

    在自動化控制領域，PLC是一種重要的控制設備。目前，世界上有200多廠家生產300多品種PLC產品，應用在汽車（23%）、糧食加工（16.4%）、化學/制藥（14.6%）、金屬/礦山（11.5%）、紙漿/造紙（11.3%）等行業(yè)。為了使各位初學者更方便地了解PLC，本文對PLC的發(fā)展、基本結構、配置、應用等基本知識作一簡介，以期對各位網(wǎng)友有所幫助。

一、PLC的發(fā)展歷程

    在工業(yè)生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。

　　個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。

　　PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。

　　上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。

　　PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。

二、PLC的構成

　　從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。

三、CPU的構成

　　CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。

　　CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC的組成單元。

　　在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。

　　CPU速度和內存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。

四、I/O模塊

　　PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。

　　開關量是指只有開和關（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下：

　　開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。

　　模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

　　除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。

　　按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。

五、電源模塊

　　PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。

六、底板或機架

　　大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。

七、PLC系統(tǒng)的其它設備

　　1、編程設備：編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。

　　2、人機界面：的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。

　　3、輸入輸出設備：用于性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。

八、PLC的通信聯(lián)網(wǎng)

　　依靠*的工業(yè)網(wǎng)絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡就是控制器"的觀點說法。

　　PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內置有支持各自通信協(xié)議的接口。

　　PLC的通信，還未實現(xiàn)互操作性，IEC規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標準，PLC各廠家均有采用。

　　對于一個自動化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng))來講，選擇網(wǎng)絡非常重要的。首先，網(wǎng)絡必須是開放的，以方便不同設備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次，針對不同網(wǎng)絡層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡標準的協(xié)議、機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡標準

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PROFIBUS DP 接口:

　　帶有 PROFIBUS DP 主/從接口的 CPU 314C-2 DP 可以用來建立高速、易用的分布式自動化系統(tǒng)。 對用戶來說,分布式I/O單元可作為一個集中式單元來處理(相同的組態(tài)、編址和編程).

　　以太網(wǎng)接口；

　　CPU 314C-2 PN/DP 的第 2 個內置接口是一個基于以太網(wǎng) TCP/IP 的 PROFINET 接口，帶有雙端*交換機。

　　它支持下列協(xié)議：S7通訊用于在SIMATIC控制器間進行數(shù)據(jù)交換；

　　用于通過 STEP 7 編程、調試和診斷的編程器/OP通訊

　　與HMI和SCADA連接的PG/OP通訊;

　　通過 PROFINET 進行的開放式 TCP/IP、UDP 和 ISO-on-TCP (RFC1006) 通訊

　　SIMATIC NET OPC-Server用于與其它控制器以及CPU自帶的I/O設備進行通訊

　　內置輸入/輸出;

　　24路數(shù)字量輸入(所有輸入都可用作中斷處理)和16路數(shù)字量輸出，以及5個模擬量輸入和2個模擬量輸出，使得CPU 314C-2 DP是一款的控制器。

　　功能

　　口令保護;

　　用戶程序使用密碼保護，可防止非法訪問。

　　塊加密

　　相關功能 (FC) 和 功能塊 (FB) 可以加密的方式存儲于 CPU 以保護專門知識應用。

　　診斷緩沖;

　　500個故障和中斷事件保存在該緩沖區(qū)中，供診斷使用。 其中，保留 100 個條目

　　免維護的數(shù)據(jù)后備;

　　如果發(fā)生斷電，則可通過 CPU 將所有數(shù)據(jù)(最多達 64 KB)自動寫入到 SIMATIC 微型存儲卡（MMC 卡）上，且將在再次通電時保持不變。

采用 HARDNET-PB DP 訪問過程數(shù)據(jù)

HARDNET-PB DP 兼容于采用 DP-Lib 接口創(chuàng)建的老應用程序。

DP-Base 和 HARDNET-PB DP 軟件的并行運行是不允許的。

與 PC SIMATIC Microbox 連接的 PROFIBUS DP

編程器/OP通信軟件

該軟件保證 SIMATIC S5/S7（SIMATIC S5-95U 除外）控制器通過與 STEP5/STEP7 連接的 PROFIBUS 編程。安裝 CP 5603（DP-Base）后可以進行基于 CP 5603 的編程器/OP 通訊。 無需另外的軟件包。

開放式通訊（發(fā)送/接收，基于 FDL 接口）

安裝好 CP 5603（DP-Base）之后就可以進行發(fā)送/接收（FDL 接口），可提供數(shù)據(jù)傳輸、診斷和管理服務。無需另外的軟件包。

用于實現(xiàn) S7 通信的軟件（HARDNET-PB S7）

SIMATIC S7系統(tǒng)部件經過S7通訊相互進行通訊。 S7 編程接口使 PG/PC 應用程序得以存取 SIMATIC S7 系統(tǒng)的部件的入口。 存取SIMATIC S7數(shù)據(jù)既方便又靈活。

S7通訊提供下列服務：

管理服

• 連接管理

• 小型數(shù)據(jù)庫

• 跟蹤

數(shù)據(jù)傳輸服務

• 讀/寫變量

• 發(fā)送/接收（每個任務zui大64K字節(jié)）

用于 PROFIBUS-FMS 接口軟件（FMS-5613）

通過 FMS 編程接口，具有 FMS 控制器的 PG/PC 機（例如 S5/S7）可以和其它制造商的現(xiàn)場設備交換數(shù)據(jù)。 采用FMS協(xié)議，保證開放式通訊。

FMS 接口提供下述服務：

• 管理服務

• CRL 管理服務

• FMS 連接管理服務

• 客戶和服務器用的對象詞典的管理服務

• 用于客戶和服務器的變量服務（讀、寫、信息報告）

• 服務器的功能度

• VFD（虛擬現(xiàn)場設備）用于客戶和服務器服務

• 總線存取信息服務（實時報表）

• 跟蹤和小型數(shù)據(jù)庫。通過 PROFIBUS 將 SIMATIC 連接至 S7 模塊化嵌入式控制器

用戶接口

OPC 接口

各自的軟件包中包含 OPC 服務器，可以用作 PROFIBUS DP、開放式通訊、S7 通訊和 PROFIBUS FMS 協(xié)議的標準編程接口，從而將自動化技術應用程序連接到 OPC Windows 應用程序（Office、HMI 系統(tǒng)等）。

通過C語言庫的編程接口

現(xiàn)有應用程序的編程接口以動態(tài)鏈接庫（DLL）的形式提供。 您可在 SIMATIC NET CD 產品的 Readme 文件中找到已發(fā)布的編譯器

至于 Borland 編程接口（例如 DELPHI）， 可用 AIXO 對方的方案。

關于其它操作系統(tǒng)的解決方案見開發(fā)工具包 HARDNET-PB DP。

組態(tài)

• 西門子CP通訊網(wǎng)卡采用 STEP7 或 NCMPC，可以對 S7 通信、開放通信和 DP-V0/DP-V1/DP-V2 協(xié)議進行組態(tài)。

• 該 PROFIBUS 軟件包的供貨范圍包含一個組態(tài)工具。

故障診斷

用于模塊自身和 PROFIBUS DP 網(wǎng)絡方面的擴展診斷工具（用于安裝，調試和運行）。 這些工具可用于有 CP5603 的 PROFIBUS 網(wǎng)絡的快速、方便的調試