西门子模块6ES7352-5AH00-0AE0参数详细
我们要了解plc在工业控制中为什么具有高度可靠性与稳定性的原因，我们要了解PLC的工作原理，PLC可编程序控制器采用周期循环扫描方式，在执行用户程序过程中与外界隔绝，从而大大减小外界干扰；在硬件方面，采用良好的屏蔽措施、对电源及I／O电路多种形式的滤波、CPU电源自动调整与保护、CPU与I／O电路之间采用光电隔离、输出联锁、采用模块式结构并增加故障显示电路等措施；在软件方面，设置自诊断与信息保护与恢复程序。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，用PLC实现对系统的控制是非常可靠的。这是因为PLC在硬件与软件两个方面都采取了很多措施，确保它能可靠工作。事实上，如果PLC工作不可靠，就无法在工业环境下运用，也就不成其为PLC了。
1、在硬件方面：
PLC的输入输出电路与内部CPU是电隔离。其信息靠光耦器件或电磁器件传递。CPU板还有抗电磁干扰的屏蔽措施。故可确保PLC程序的运行不受外界的电与磁干扰，能正常地工作。
PLC使用的元器件多为无触点的，为高度集成的，数量并不太多，也为其可靠工作提供了物质基础。在机械结构设计与制造工艺上，为使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可确保PLC耐振动、耐冲击。使用环境温度可高达摄氏60度，有的PLC可高达80--90度。
有的PLC的模块可热备，一个主机工作，另一个主机也运转，但不参与控制，仅作备份。一旦工作主机出现故障，热备的可自动接替其工作。
还有更冗余的，采用三取一的设计，CPU、I/O模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。三套工作，终输出取决于三者中的多数决定的结果。这可使系统出故障的机率几乎为零，做到万无一失。当然，这样的系统成本是很高的，只用于特别重要的场合，如铁路车站的道叉控制系统。
2、在软件方面：
PLC的工作方式为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，避免继电控制系统常出现的"冒险竞争"，其控制结果总是确定的;又能应急处理急于处理的控制，保证了PLC对应急情况的及时响应，使PLC能可靠地工作。
为监控PLC运行程序是否正常，PLC系统都设置了监控程序。运行用户程序开始时，先清定时器，并开始计时。当用户程序一个循环运行完了，则查看定时器的计时值。若超时(一般不超过100ms)，则报警。（http://www.diangon.com/版权所有）严重超时，还可使PLC停止工作。用户可依报警信号采取相应的应急措施。定时器的计时值若不超时，则重复起始的过程，PLC将正常工作。显然，有了这个监控程序，可保证PLC用户程序的正常运行，可避免出现"死循环"而影响其工作的可靠性。
PLC还有很多防止及检测故障的指令，以产生各重要模块工作正常与否的提示信号。可通过编制相应的用户程序，对PLC的工作状况，以及PLC所控制的系统进行监控，以确保其可靠工作。
PLC每次上电后，还都要运行自检程序及对系统进行初始化。这是系统程序配置了的，用户可不干预。出现故障时有相应的出错信号提示。
正是PLC在软、硬件诸方面有强有力的可靠性措施，才确保了PLC具有可靠稳定工作的特点。它的平均无故障时间可达几万小时以上;出了故障平均修复时间也很短，几小时以至于几分钟即可。1．某些国外的小型plc的程序结构
这些PLC的用户程序由主程序、子程序和中断程序组成。在每一个扫描循环周期，CPU都要调用一次主程序。主程序可以调用子程序，小型控制系统可以只有主程序。中断程序用于快速响应中断事件。在中断事件发生时，CPU将停止执行当时正在处理的程序或任务，去执行用户编写的中断程序。执行完中断程序后，继续执行被暂停执行的程序或任务。它们的子程序和中断程序没有局部变量，子程序没有输入、输出参数。
2．西门子的S7-200的程序结构
过程映像输入/输出（I/Q）、变量存储器V、内部存储器位M、定时器T、计数器C等属于全局变量。S7-200的程序组织单元(ProgramOrganizationalUnit，简称为POU)包括主程序、子程序和中断程序。每个POU均有自己的64字节局部变量，局部变量只能在它所在的POU中使用。全局变量可以在各POU中使用。
下面是子程序可以使用的局部变量：
1)TEMP(临时变量)是暂时保存在局部数据区中的变量。只有在执行该POU时，定义的临时变量才被使用，POU执行完后，不再保存临时变量的数值。
2)IN是由调用它的POU提供的输入参数。
3)OUT是返回给调用它的POU的输出参数(子程序的执行结果)。
4)IN_OUT是输入_输出参数，其初始值由调用它的POU传送给子程序，并用同一变量将子程序的执行结果返回给调用它的POU。
主程序和中断程序的局部变量中只有临时变量TEMP。
具有输入、输出参数和局部变量的子程序易于实现结构化编程，对于长期生产同类设备或生产线的厂家尤为有用。这些厂家的编程人员为设备的各组件或工艺功能编写了大量的通用的子程序。不知道子程序的内部代码，只要知道子程序的功能和输入、输出参数的意义，就可以通过程序之间的调用快速“组装”出满足不同用户要求的控制程序。就好像用数字集成电路芯片组成复杂的数字电路一样。
子程序如果没有输入、输出参数，它和调用它的程序之间没有清晰的接口，很难实现结构化编程。
子程序如果没有局部变量，它和调用它的程序之间只能通过全局变量来交换数据，子程序内部也只能使用全局变量。将子程序和中断程序移植到别的项目时，需要重新统一安排它们使用的全局变量，以保证不会出现地址冲突。当程序很复杂，子程序和中断程序很多时，这种重新分配地址的工作量非常大。
如果子程序和中断程序有局部变量，并且它们内部只使用局部变量，不使用全局变量，因为与其他POU没有地址冲突，不需作任何改动，就可以将子程序移植到别的项目中去。
3．西门子的S7-300/400的程序结构
S7-300/400将子程序分为功能（Function，或称为函数）和功能块（FunctionBlock）。
S7-300/400的功能与S7-200的子程序基本上相同。它们均有输入、输出参数和临时变量，功能的局部数据中的返回值实际上属于输出参数。它们没有专用的存储区，功能执行结束后，不再保存临时变量中的数据。
可以用全局变量来保存那些在功能执行结束后需要保存的数据，会影响到功能的可移植性。
功能块是用户编写的有自己专用的存储区（即背景数据块）的程序块，功能块的输入、输出参数和静态变量存放在指定的背景数据块中，临时变量存储在局部数据堆栈中。每次调用功能块时，都要指定一个背景数据块。功能块执行完后，背景数据块中的数据不会丢失，不会保存局部数据堆栈中的数据。
功能块采用了类似于C++的封装的概念，将程序和数据封装在一起，具有很好的可移植性。
S7-300/400的共享数据块可供所有的逻辑块使用。
4．IEC61131-3的程序结构
IEC61131-3是PLC的编程语言标准。IEC61131-3是世界上个，也是至今为止唯一的工业控制领域的编程语言标准。IEC
61131-3有三种POU：程序、功能块和功能。
功能是有多个输入参数和一个输出参数（返回值）的POU，返回值的名称与功能的名称相同，需要定义返回值的数据类型。调用具
有相同输入值的功能总是返回相同的结果。功能可以调用其他功能，不能调用功能块或程序。功能可定义的局部变量有VAR和VAR_INPUT。
功能块是有多个输入/输出参数和内部存储单元的POU，功能块的输出参数值与其内部存储单元的值有关。功能块可以调用其他功能
块或功能，不能调用程序。
在调用功能块之前，必须在要调用功能块的POU中为每次调用声明功能块的实例，操作系统将为每次调用分配功能块专用的存储区
（类似于S7-300/400的背景数据块）。
功能因为没有内部存储区，调用时不需要实例化。
程序的行为和用途类似于功能块，程序具有输入和输出参数，可以具有内部存储区。程序通常包含有对功能和功能块的调用。
IEC61131-3定义了若干标准的功能和功能块。
5．S7-300/400与IEC61131-3程序结构的区别
1）S7-300/400的功能可以有多个输出参数，返回值也属于输出参数。IEC61131-3的功能只有一个返回值。
2）IEC61131-3的功能块用于保存局部变量的专用存储区是在声明功能块的实例时分配的，它对用户是不透明的，其他POU不能直接访问该存储区。
S7-300/400的功能块的局部变量（不包括临时变量）保存在它的背景数据块中。其他POU可以访问背景数据块中的变量。如果需要多次调用同一个功能块来控制同一类型的被控对象，每次调用都需要指定一个背景数据块，这些背景数据块中的变量又很少，这样在项目中就出现了大量的背景数据块。可以使用多重背景数据块来减少背景数据块的数量。需要增加一个用来管理多重背景的功能块。
3）S7-300/400的功能块的局部变量有临时变量和静态变量，IEC61131-3的功能块的内部变量Var相当于S7-300/400的静态变量。
4）S7-300/400将数据区划分为数据块来使用，数据块的大小与数据块中定义的变量的数据类型和变量的个数有关。IEC61131-3没有数据块的概念。
1. PLC的硬件结构
可编程控制器主要由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)、电源和编程器等几组成。PLC硬件结构如图1所示：
图1 PLC硬件结构
2. 中央控制处理单元(CPU)
可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。
通用微处理器有8080、8086、80286、80386等；单片机有8031、8096等；位片式微处理器的AM2900、AM2903等。FX2可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。
3. 存储器
可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。
系统存储器：存放系统管理程序。
用户存储器：存放用户编制的控制程序。
4. 输入接口电路
PLC通过输入单元可实现将不同输入电路的电平进行转换，转换成PLC所需的标准电平供PLC进行处理。
接到PLC输入接口的输入器件是：各种开关、按钮、传感器等。各种PLC的输入电路大都相同，PLC输入电路中有光耦合器隔离，并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。PLC输入电路通常有三种类型：直流(12∽24)V输入、交流(100∽120)V输入与交流(200∽240)V输入和交直流(12∽24)V输入
图2 直流输入模块
图3 交、直流输入模块
图4 交流输入模块
5. 输出接口电路
PLC的输出有三种形式，即继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。如图所示：
图5 场效应晶体管输出方式（直流输出）
图6 可控硅输出方式（交流输出）
图7 继电器输出方式（交直流输出）
输出端子有两种接法：
一种是输出各自独立，无公共点：各输出端子各自形成独立回路。
一种为每4∽8个输出点构成一组，共有一个公共点：在输出共用一个公共端子时，必须用同一电压类型和同一电压等级，但不同的公共点组可使用不同电压类型和等级的负载，且各输出公共点之间是相互隔离的。
输入输出端子处理的过程如下：
6. 电源
PLC的供电电源一般是市电，也有用直流24V电源供电的。
7. 编程器
利用编程器可将用户程序输入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序、修改程序；利用编程器还可以监视PLC的工作状态。编程器一般分简易型和智能型。
8. PLC的软件结构
在可编程控制器中，PLC的软件分为两大部分：
1. 系统监控程序：用于控制可编程控制器本身的运行。主要由管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块，系统调用。
2. 用户程序：它是由可编程控制器的使用者编制的，用于控制被控装置的运行
西门子模块6SL3060-4AB40-0AA0
按结构分可将PLC分为整体式PLC、模块式PLC、叠装式PLC三类。
a.整体式PLC
它是将PLC各组成部分集装在一个机壳内，输入、输出接线端子及电源进线分别在机箱的上、下两侧，并有相应的发光二极管显示输入/输出状态。面板上留有编程器的插座、EPROM存储器插座、扩展单元的接口插座等。编程器和主机是分离的，程序编写完毕后即可拔下编程器。
具有这种结构的可编程控制器结构紧凑、体积小、价格低。小型PLC一般采用整体式结构。如图2所示的三菱FX1S系列PLC。
b.模块式PLC
输入/输出点数较多的大、中型和部分小型PLC采用模块式结构。
模块式PLC采用积木搭接的方式组成系统，便于扩展，其CPU、输入、输出、电源等都是独立的模块，有的PLC的电源包含在CPU模块之中。PLC由框架和各模块组成，各模块插在相应插槽上，通过总线连接。PLC厂家备有不同槽数的框架供用户选用。用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和其他特殊模块，硬件配置灵活，维修时更换模块也很方便。采用这种结构形式的有SIEMENS的S5系列、S7-300、400系列，OMRON的C500、C1000H及C2000H等以及小型CQM系列。图3所示为三菱MELSEC-Q系列PLC的外形图。
c.叠装式PLC
上述两种结构各有特色，整体式PLC结构紧凑、安装方便、体积小，易于与被控设备组成一体，但有时系统所配置的输入输出点不能被充分利用，且不同PLC的尺寸大小不一致，不易安装整齐；模块式PLC点数配置灵活，尺寸较大，很难与小型设备连成一体。为此开发了叠装式PLC，它吸收了整体式和模块式PLC的优点，其基本单元、扩展单元等高等宽，它们不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的体积小巧的长方体，输入、输出点数的配置也相当灵活。带扩展功能的PLC，扩展后的结构即为叠装式PLC，如图4所示的三菱公司FX2N系列PLC外形图。