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西門子天津代理商

1）編程簡(jiǎn)單，使用方便

梯形圖是使用得多的可編程序控制器的編程語言，其符號(hào)與繼電器電路原理圖相似。有繼電器電路基礎(chǔ)的電氣技術(shù)人員只要很短的時(shí)間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，。

（2）控制靈活，程序可變，具有很好的柔性

可編程序控制器產(chǎn)品采用模塊化形式，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，不用改變硬件，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化，具有很好的柔性。

（3）功能強(qiáng)，擴(kuò)充方便，性能價(jià)格比高

可編程序控制器內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。如果元件不夠，只要加上需要的擴(kuò)展單元即可，擴(kuò)充非常方便。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價(jià)格比。

（4）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工的工作量少，維修方便

可編程序控制器的配線與其它控制系統(tǒng)的配線比較少得多，故可以省下大量的配線，減少大量的安裝接線時(shí)間，開關(guān)柜體積縮小，節(jié)省大量的費(fèi)用?？删幊绦蚩刂破饔休^強(qiáng)的帶負(fù)載能力、可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器。一般可用接線端子連接外部接線?？删幊绦蚩刂破鞯墓收下屎艿停矣型晟频淖栽\斷和顯示功能，便于迅速地排除故障。

（5）可靠性高，抗*力強(qiáng)

可編程序控制器是為現(xiàn)場(chǎng)工作設(shè)計(jì)的，采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，硬件措施如屏蔽、濾波、電源調(diào)整與保護(hù)、隔離、后備電池等，例如，西門子公司S7-200系列PLC內(nèi)部EEPROM中，儲(chǔ)存用戶原程序和預(yù)設(shè)值在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間段（190小時(shí)），所有中間數(shù)據(jù)可以通過一個(gè)超級(jí)電容器保持，如果選配電池模塊，可以確保停電后中間數(shù)據(jù)能保存200天。軟件措施如故障檢測(cè)、信息保護(hù)和恢復(fù)、警戒時(shí)鐘，加強(qiáng)對(duì)程序的檢測(cè)和校驗(yàn)。從而提高了系統(tǒng)抗*力，平均*時(shí)間達(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，可編程序控制器已被廣大用戶*為較可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。

（6）體積小、重量輕、能耗低，是“機(jī)電一體化”*的產(chǎn)品。

PLC輸入/輸出滯后時(shí)間

輸入/輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指可編程序控制器的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分組成。

輸入模塊的CPU濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點(diǎn)動(dòng)作是產(chǎn)生的抖動(dòng)引起的不良影響，濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長(zhǎng)短，其典型值為10ms左右。

輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般在10ms左右；雙向可空硅型輸出電路在負(fù)載接通時(shí)的滯后時(shí)間約為1ms，負(fù)載由導(dǎo)通到斷開時(shí)的大滯后時(shí)間為10ms；晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間約為1ms。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間長(zhǎng)可達(dá)到兩個(gè)多掃描周期?？删幊绦蚩刂破骺偟捻憫?yīng)延遲時(shí)間一般只有幾十ms，對(duì)于一般的系統(tǒng)是無關(guān)緊要的。要求輸入—輸出信號(hào)之間的滯后時(shí)間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。

（1) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

功能指令可處理l6位數(shù)據(jù)和32位數(shù)據(jù)，例如：

圖1 16位/32位數(shù)據(jù)傳輸指令梯形圖表達(dá)式

（2) 指令類型

FX系列PLC的功能指令有連續(xù)執(zhí)行型和脈沖執(zhí)行型兩種形式。連續(xù)執(zhí)行型的如：

圖2 32位連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸指令梯形圖表達(dá)式

上圖程序是連續(xù)執(zhí)行方式的例子，當(dāng)X1為ON時(shí)，上述指令在每個(gè)掃描周期都被重復(fù)執(zhí)行一次。

脈沖執(zhí)行型的如：

可編程控制器目前常用的編程語言有以下幾種：梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖、功能塊圖和某些高級(jí)語言。手持編程器多采用助記符語言，計(jì)算機(jī)軟件編程采用梯形圖語言，也有采用順序功能圖、功能塊圖的。

（1）梯形圖語言

梯形圖的表達(dá)式沿用了原電氣控制系統(tǒng)中的繼電接觸控制電路圖的形式，二者的基本構(gòu)思是*的，只是使用符號(hào)和表達(dá)方式有所區(qū)別。

【例1】某一過程控制系統(tǒng)中，工藝要求開關(guān)1閉合40S后，指示燈亮，按下開關(guān)2后燈熄滅。采用三菱 FX_2N系列 PLC實(shí)現(xiàn)控制，圖1-5(a)為實(shí)現(xiàn)這一功能的梯形圖程序，它是由若干個(gè)梯級(jí)組成的，每一個(gè)輸出元素構(gòu)成一個(gè)梯級(jí)，而每個(gè)梯級(jí)可由多條支路組成。

梯形圖從上至下按行編寫，每一行則按從左至右的順序編寫。CPU將按自左到右，從上而下的順序執(zhí)行程序。梯形圖的左側(cè)豎直線稱母線(源母線)。梯形圖的左側(cè)安排輸入觸點(diǎn)(如果有若干個(gè)觸點(diǎn)相并聯(lián)的支路應(yīng)安排在左端)和輔助繼電器觸點(diǎn)（運(yùn)算中間結(jié)果），右邊必須是輸出元素。

梯形圖中的輸入觸點(diǎn)只有二種：動(dòng)合觸點(diǎn)( ）和動(dòng)斷觸點(diǎn)（），這些觸點(diǎn)可以是PLC的外接開關(guān)對(duì)應(yīng)的內(nèi)部映像觸點(diǎn)，也可以是PLC內(nèi)部繼電器觸點(diǎn)，或內(nèi)部定時(shí)、計(jì)數(shù)器的觸點(diǎn)。每一個(gè)觸點(diǎn)都有自己特殊的編號(hào)，以示區(qū)別。同一編號(hào)的觸點(diǎn)可以有常開和動(dòng)斷兩種狀態(tài)，使用次數(shù)不限。因?yàn)樘菪螆D中使用的“繼電器”對(duì)應(yīng)PLC內(nèi)的存儲(chǔ)區(qū)某字節(jié)或某位，所用的觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)于該位的狀態(tài)，可以反復(fù)讀取，故人們稱PLC有無限對(duì)觸點(diǎn)。梯形圖中的觸點(diǎn)可以任意的串聯(lián)、并聯(lián)。

梯形圖中的輸出線圈對(duì)應(yīng)PLC內(nèi)存的相應(yīng)位，輸出線圈包括輸出繼電器線圈、輔助繼電器線圈以及計(jì)數(shù)器、定時(shí)器線圈等，其邏輯動(dòng)作只有線圈接通后，對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)才可能發(fā)生動(dòng)作。用戶程序運(yùn)算結(jié)果可以立即為后續(xù)程序所利用。

　記符時(shí)，必須先弄清PLC的型號(hào)及內(nèi)部各器件編號(hào)、使用范圍和每一條助記符的使用方法。

（3）順序功能圖

順序功能圖常用來編制順序控制程序，它包括步、動(dòng)作、轉(zhuǎn)換三個(gè)要素。順序功能圖法可以將一個(gè)復(fù)雜的控制過程分解為一些小的工作狀態(tài)。對(duì)于這些小狀態(tài)的功能依次處理后再把這些小狀態(tài)依一定順序控制要求連接成組合整體的控制程序。圖1-6所示為采用順序功能圖編制的程序段，

（4）功能塊圖

功能塊圖是一種類似于數(shù)字邏輯電路的編程語言，用類似與門、或門的方框來表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方塊左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入端、輸出端的小圓點(diǎn)表示“非”運(yùn)算，信號(hào)自左向右流動(dòng)。類似于電路一樣，方框被“導(dǎo)線”連接在一起。圖1-7所示為功能塊圖示例。

在數(shù)控機(jī)床中,通常用可編程控制器(PLC)對(duì)機(jī)床開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行控制。PLC可靠性高,使用方便。但在大多數(shù)數(shù)控機(jī)床,特別是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中,要求的輸入輸出點(diǎn)數(shù)并不多,通常在60點(diǎn)以下,因此,為了降低數(shù)控機(jī)床成本,在基于工業(yè)PC機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)中,可以采用開關(guān)量I/O板加外接繼電器,配合主機(jī)的軟件對(duì)機(jī)床開關(guān)進(jìn)行控制。但如果PC機(jī)采用單任務(wù)操作系統(tǒng)(如DOS),數(shù)控系統(tǒng)的所有任務(wù)運(yùn)行都置于一個(gè)總體的消息循環(huán)中,軟件的模塊化和可維護(hù)性較差,系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)集中,而且不能充分利用PC機(jī)系統(tǒng)資源。而采用非實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(如Windows)時(shí),Win32API的設(shè)計(jì)沒有考慮到實(shí)時(shí)環(huán)境的開發(fā)用途,其系統(tǒng)調(diào)用的效率不高,不能滿足數(shù)控系統(tǒng)PLC控制的實(shí)時(shí)性要求。

為此,本文提出一種基于RT-Linux操作系統(tǒng)的嵌入式PLC,利用RT-Linux的開放性、模塊化和可擴(kuò)展性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性和多線程/多任務(wù)的系統(tǒng)環(huán)境,在保證實(shí)時(shí)性的同時(shí),使故障風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)分散。

數(shù)控系統(tǒng)嵌入式PLC的硬件結(jié)構(gòu)

數(shù)控系統(tǒng)硬件建立在通用工業(yè)PC的開放體系之上,數(shù)控系統(tǒng)嵌入式PLC硬件包括:工控機(jī)及其外圍設(shè)備,基于ISA總線的開關(guān)量輸入輸出接口卡,光電隔離模塊,繼電器輸出模塊。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

工控機(jī)采用RedHatLinux810+RTLinux311操作系統(tǒng),數(shù)控系統(tǒng)的人機(jī)界面、數(shù)控代碼處理、軌跡規(guī)劃、參數(shù)管理以及PLC控制都通過工控機(jī)由軟件來實(shí)現(xiàn),不需要獨(dú)立的PLC控制器,減少了數(shù)控系統(tǒng)對(duì)硬件的依賴,有利于提高系統(tǒng)的開放性。

I/O輸入輸出信息通過PC機(jī)I/O接口卡實(shí)現(xiàn)主機(jī)與伺服接口模塊和I/O接口模塊之間的信息交換,PC機(jī)I/O接口卡基于ISA或者PCI總線。

軟起動(dòng)器還具有其它集成式功能，如可調(diào)限流、電機(jī)過載和本征設(shè)備保護(hù)及可選熱敏電阻電機(jī)保護(hù)。由于這些功能，無需再購(gòu)買和安裝如過載繼電器等保護(hù)設(shè)備，因此，電機(jī)額定值越高，這些功能也越重要。內(nèi)部本征設(shè)備保護(hù)可防止晶閘管熱過載及功率方面的缺陷。另一個(gè)選擇，可使用半導(dǎo)體保險(xiǎn)絲防止晶閘管短路。由于集成式狀態(tài)監(jiān)控和故障監(jiān)控，該緊湊型軟起動(dòng)器具有許多不同的診斷功能。使用 4 個(gè) LED 和繼電器輸出，來指示工作狀態(tài)以及電源或相位故障、負(fù)載缺失、不允許的脫扣時(shí)間/等級(jí)設(shè) 置、熱過載或設(shè)備故障等，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和診斷。起動(dòng)器額定功率達(dá) 250 kW（400 V 時(shí)），可用于三相電網(wǎng)中的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。超小外形尺寸、低功率損耗和簡(jiǎn)單起動(dòng)僅僅是 SIRIUS 3RW40 軟起動(dòng)器的眾多優(yōu)點(diǎn)中的三個(gè)。 “增安型”防護(hù) EEx e，符合 ATEX 指令 94/9/EU S0 到 S12 規(guī)格的 3RW40 軟起動(dòng)器適合起動(dòng)帶“增安”型保護(hù) EExe 的防爆電機(jī)。關(guān)于產(chǎn)品目錄 IC 10 中的 SIRIUS 開關(guān)單元，請(qǐng)參見“附錄”->“標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證”->“防爆認(rèn)證”。功能性緊湊型 SIRIUS 3RW40 軟起動(dòng)器所需的空間僅為用于比較額定值 wye-delta 起動(dòng)的接觸器所需空間的三分之一。這不僅節(jié)約了控制柜和標(biāo)準(zhǔn)安裝導(dǎo)軌的空間，還*省去了 wye-delta 起動(dòng) 器所需的布線工作。

PLC有兩種基本的工作模式，即運(yùn)行(RUN)模式與停止(STOP)模式。在運(yùn)行模式，PLC通過反復(fù)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至PLC停機(jī)或切換到STOP工作模式。

除了執(zhí)行用戶程序外，在每次循環(huán)過程中， PLC還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個(gè)階段（見圖1-5）。PLC的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度*，從外部輸入-輸出關(guān)系來看，處理過程似乎是同時(shí)完成的。