西門子天津代理商

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1）編程簡單，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，其符號與繼電器電路原理圖相似。有繼電器電路基礎的電氣技術人員只要很短的時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行系統配置，組成不同功能、不同規模的系統。可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，不用改變硬件，方便快速地適應工藝條件的變化，具有很好的柔性。

（3）功能強，擴充方便，性能價格比高

可編程序控制器內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的邏輯判斷、數據處理、PID調節和數據通信功能，可以實現非常復雜的控制功能。如果元件不夠，只要加上需要的擴展單元即可，擴充非常方便。與相同功能的繼電器系統相比，具有很高的性能價格比。

（4）控制系統設計及施工的工作量少，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間，開關柜體積縮小，節省大量的費用。可編程序控制器有較強的帶負載能力、可以直接驅動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。可編程序控制器的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能，便于迅速地排除故障。

（5）可靠性高，抗*力強

可編程序控制器是為現場工作設計的，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、電源調整與保護、隔離、后備電池等，例如，西門子公司S7-200系列PLC內部EEPROM中，儲存用戶原程序和預設值在一個較長時間段（190小時），所有中間數據可以通過一個超級電容器保持，如果選配電池模塊，可以確保停電后中間數據能保存200天。軟件措施如故障檢測、信息保護和恢復、警戒時鐘，加強對程序的檢測和校驗。從而提高了系統抗*力，平均*時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業生產現場，可編程序控制器已被廣大用戶*為較可靠的工業控制設備之一。

（6）體積小、重量輕、能耗低，是“機電一體化”*的產品。

PLC輸入/輸出滯后時間

輸入/輸出滯后時間又稱系統響應時間，是指可編程序控制器的外部輸入信號發生變化的時刻至它控制的有關外部輸出信號發生變化的時刻之間的時間間隔，它由輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式產生的滯后時間三部分組成。

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動作是產生的抖動引起的不良影響，濾波電路的時間常數決定了輸入濾波時間的長短，其典型值為10ms左右。

輸出模塊的滯后時間與模塊的類型有關，繼電器型輸出電路的滯后時間一般在10ms左右；雙向可空硅型輸出電路在負載接通時的滯后時間約為1ms，負載由導通到斷開時的大滯后時間為10ms；晶體管型輸出電路的滯后時間約為1ms。由掃描工作方式引起的滯后時間長可達到兩個多掃描周期。可編程序控制器總的響應延遲時間一般只有幾十ms，對于一般的系統是無關緊要的。要求輸入—輸出信號之間的滯后時間盡量短的系統，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)        數據長度

功能指令可處理l6位數據和32位數據，例如：

圖1 16位/32位數據傳輸指令梯形圖表達式

（2)        指令類型

FX系列PLC的功能指令有連續執行型和脈沖執行型兩種形式。連續執行型的如：

圖2 32位連續數據傳輸指令梯形圖表達式

上圖程序是連續執行方式的例子，當X1為ON時，上述指令在每個掃描周期都被重復執行一次。

        脈沖執行型的如：

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語言。手持編程器多采用助記符語言，計算機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

梯形圖的表達式沿用了原電氣控制系統中的繼電接觸控制電路圖的形式，二者的基本構思是*的，只是使用符號和表達方式有所區別。

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

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，從上而下的順序執行程序。梯形圖的左側豎直線稱母線(源母線)。梯形圖的左側安排輸入觸點(如果有若干個觸點相并聯的支路應安排在左端)和輔助繼電器觸點（運算中間結果），右邊必須是輸出元素。

梯形圖中的輸入觸點只有二種：動合觸點(   ）和動斷觸點（     ），這些觸點可以是PLC的外接開關對應的內部映像觸點，也可以是PLC內部繼電器觸點，或內部定時、計數器的觸點。每一個觸點都有自己特殊的編號，以示區別。同一編號的觸點可以有常開和動斷兩種狀態，使用次數不限。因為梯形圖中使用的“繼電器”對應PLC內的存儲區某字節或某位，所用的觸點對應于該位的狀態，可以反復讀取，故人們稱PLC有無限對觸點。梯形圖中的觸點可以任意的串聯、并聯。

梯形圖中的輸出線圈對應PLC內存的相應位，輸出線圈包括輸出繼電器線圈、輔助繼電器線圈以及計數器、定時器線圈等，其邏輯動作只有線圈接通后，對應的觸點才可能發生動作。用戶程序運算結果可以立即為后續程序所利用。

 　記符時，必須先弄清PLC的型號及內部各器件編號、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、動作、轉換三個要素。順序功能圖法可以將一個復雜的控制過程分解為一些小的工作狀態。對于這些小狀態的功能依次處理后再把這些小狀態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算關系，方塊左側為邏輯運算的輸入變量，右側為輸出變量，輸入端、輸出端的小圓點表示“非”運算，信號自左向右流動。類似于電路一樣，方框被“導線”連接在一起。圖1-7所示為功能塊圖示例。

在數控機床中,通常用可編程控制器(PLC)對機床開關量信號進行控制。PLC可靠性高,使用方便。但在大多數數控機床,特別是經濟型數控機床中,要求的輸入輸出點數并不多,通常在60點以下,因此,為了降低數控機床成本,在基于工業PC機的數控系統中,可以采用開關量I/O板加外接繼電器,配合主機的軟件對機床開關進行控制。但如果PC機采用單任務操作系統(如DOS),數控系統的所有任務運行都置于一個總體的消息循環中,軟件的模塊化和可維護性較差,系統故障的風險相對集中,而且不能充分利用PC機系統資源。而采用非實時多任務操作系統(如Windows)時,Win32API的設計沒有考慮到實時環境的開發用途,其系統調用的效率不高,不能滿足數控系統PLC控制的實時性要求。

    為此,本文提出一種基于RT-Linux操作系統的嵌入式PLC,利用RT-Linux的開放性、模塊化和可擴展性的系統結構特性和多線程/多任務的系統環境,在保證實時性的同時,使故障風險相對分散。

    數控系統嵌入式PLC的硬件結構

    數控系統硬件建立在通用工業PC的開放體系之上,數控系統嵌入式PLC硬件包括:工控機及其外圍設備,基于ISA總線的開關量輸入輸出接口卡,光電隔離模塊,繼電器輸出模塊。其結構如圖1所示。    

    工控機采用RedHatLinux810+RTLinux311操作系統,數控系統的人機界面、數控代碼處理、軌跡規劃、參數管理以及PLC控制都通過工控機由軟件來實現,不需要獨立的PLC控制器,減少了數控系統對硬件的依賴,有利于提高系統的開放性。

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

軟起動器還具有其它集成式功能，如可調限流、電機過載和本征設備保護及可選熱敏電阻電機保護。由于這些功能，無需再購買和安裝如過載繼電器等保護設備，因此，電機額定值越 高，這些功能也越重要。 內部本征設備保護可防止晶閘管熱過載及功率方面的缺陷。另一個選擇，可使用半導體保險絲防止晶閘管短路。 由于集成式狀態監控和故障監控，該緊湊型軟起動器具有許多不同的診斷功能。 使用 4 個 LED 和繼電器輸出，來指示工作狀態以及電源或相位故障、負載缺失、不允許的脫扣時間/等級設 置、熱過載或設備故障等，實現監控和診斷。 起動器額定功率達 250 kW（400 V 時），可用于三相電網中的標準應用。超小外形尺寸、低功率損耗和簡單起動僅僅是 SIRIUS 3RW40 軟起動器的眾多優點中的三個。 “增安型”防護 EEx e，符合 ATEX 指令 94/9/EU S0 到 S12 規格的 3RW40 軟起動器適合起動帶“增安”型保護 EExe 的防爆電機。 關于產品目錄 IC 10 中的 SIRIUS 開關單元，請參見“附錄”->“標準和認證”->“防爆認證”。 功能性 緊湊型 SIRIUS 3RW40 軟起動器所需的空間僅為用于比較額定值 wye-delta 起動的接觸器所需空間的三分之一。這不僅節約了控制柜和標準安裝導軌的空間，還*省去了 wye-delta 起動 器所需的布線工作。

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。