西门子6ES7222-1HF22-0XA8厂家质保

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简单讲，上电时，启动执行，然后进入plc扫描过程。从用户观点，plc扫描过程就是从输入模块读取状态信号放入过程映像区，然后开始调用循环。如果有事件产生中断，则调用相应的块（功能）进行处理。后把过程映像输出表送输出模块。plc可以被看作是在系统软件支持下的一种扫描设备，一直在循环扫描并执行系统软件设计好的。

plc整个扫描过程可以分为内部处理、通信服务、输入采样、用户程序执行、输出刷新5个阶段。

(1)内部处理阶段

内部处理阶段也称为系统自检阶段。内部处理过程是运行plc内部系统的管理程序，在这个阶段，plc完成硬件自检工作和将监控定时器复位等内部工作。如果通过自检，则执行后续功能，否则发出报警信号。该程序是生产厂家在plc出厂时就已经固化的，一般比较固定，与用户的控制程序无直接关联，其运行时间与用户程序运行时间相比要短的多。

(2)通信服务阶段

在通信服务阶段，处理链接服务功能。主要是plc建立、处理与远程i/o、上位计算机、其他联网plc、编程器以及各种智能装置的通信链接。当然，只有在系统中已配置了远程i/o和其他链接单元时，才进行此阶段工作。

(3)输入采样阶段

plc以扫描的方式工作，输入电路时刻监视着输入信号，按顺序将信号读入寄存输入状态的输入映像寄存器中存储，每一输入点都有一个对应的存储其信息的寄存器。输入寄存器与计算机内存交换信息通过计算机总线，并主要由运行系统程序来实现。plc内存有专门开辟的存放输入信息的映像区。这个区的每一个对应位( bit)称为输入，或称软接点。这些位置为1，表示接点通，为0表示接点断。由于其状态是由输入刷新得到的，所以，它反映的就是输入状态。这个过程称为输入采样。该采样结果将在plc执行程序时被使用。

(4)用户程序执行阶段

plc的用户程序由若干条指令组成，plc从条指令开始，按顺序逐条对用户程序进行扫描。用户程序一般从输入映像寄存器、内部寄存器和输出映像寄存器中读取所需的数据进行运算、处理，再将程序执行的写入输出映像寄存器中暂存。

(5)输出刷新阶段

在执行完所有用户程序后，plc将输出映像寄存器中的内容送到输出寄存器中，并通过输出电路产生相应的输出，再去驱动用户设备。

为了便于理解plc程序的执行过程，通常也可近似的认为plc的扫描工作过程为3个基本阶段：输入采样、用户程序执行、输出刷新。plc在运行模式时，扫描工作是不断重复的，也就是说，以上3个阶段是不断重复的，其输入和输出存储器不断被刷新。由于这个过程是停止地循环反复，所以，输出总是反映输入变化的。只是响应时间，略有滞后。当然，这个滞后不宜太大，否则，所实现的控制就不会及时，也就失去控制意义。为此，plc的工作速度要。速度快、执行指令时间短，是plc实现控制的基础。事实上，plc的速度是很快的，执行一条指令，长则几微秒、几十微秒，短则零点几或零点零几微秒，而且这个速度还在不断提高。

同一个系统在各次扫描周期中，随着条件的不同，执行程序的时间会有变化，因为程序执行过程中，变量状态的不同，部分程序段可能不执行。

程序循环扫描一次的时间，不仅与每条指令执行的时间有关，而且与程序中所用的指令类型、指令条数有关。

对输入和输出信号的响应是有延时的，这就是滞后现象。plc输入/输出滞后时间又称为系统响应时间，是指从plc的外部输入信号发生变化到其控制的外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔。它是由输入电路的滤波时间、输出电路的滞后时间、扫描工作方式产生的滞后时间组成。

plc在执行用户程序时，使用的是在输入处理阶段读入并存放在输入映像寄存器中的数据，而不是当时可能已经发生变化的外部电路的新状态的数据，所以造成了信号的滞后。

为了确保plc在任何情况下都能正常无误地工作，一般情况下，输入信号的脉冲宽度大于一个扫描周期。

还应该注意一个问题是输出信号的状态是在输出刷新时才送出的。因此，在一个程序中若给一个输出端多次赋值，中间状态只改变输出映像区。只有后一次赋值才能被送到输出端。

造成plc时间滞后是因为一个扫描周期内对所有的输出只刷新一次，而且还与电路特性有关，滤波电路的时间常数和输出触点的机械滞后。经分析，由扫描工作方式引起的滞后时间长可达2～3个扫描周期。

plc总的响应延迟时间一般只有几毫秒至几十毫秒，对于一般的系统是无所谓的。

为了减少plc的响应延迟时间，可以采用如下措施：

(1)选用扫描速度快的plc；

(2)选用延迟时间短的输入/输出模块；

(3)可以使用立即输入指令和立即输出指令，或者使用输入中断功能

在内部处理阶段，plccpu模块内部各硬件是否正常。

在通信处理阶段，cpu自动检测各通信接口的状态，处理通信请求。

plc有两种工作状态，即停止(stop)状态和运行(run)状态。当plc处于停止(stop)状态时，只完成内部处理和通信处理工作。当plc处于运行(run)状态时，还要完成其他三个阶段。

cpu在处理程序时，输入信号不是直接从输入点读取的，运算结果也并不直接送到实际输出点。在plc的存储器中，设置了两个映像寄存器：输入映像寄存器和输出映像寄存器，用于存放输入信号和输出信号的状态。输入映像寄存器和输出寄存器统称i/o映像寄存器。

plc的程序执行过程一般分为输入处理、程序执行和输出处理三个阶段。

(1)输入处理阶段

在输入处理阶段，plc以扫描方式依次地读人所有输入状态和数据，并将它们存入输入映像寄存器中。在程序执行阶段和输出刷新阶段中，由于输入映像寄存器与外界隔离，即使输入状态和数据发生变化，输入映像寄存器的状态和数据也不会改变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。因此不会造成运算结果的混乱，保证了本周期内用户程序的正确执行。如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

(2)程序执行阶段

在用户程序执行阶段，根据plc梯形图程序扫描原则，plc按先左后右，先上后下的顺序逐句扫描。然后根据逻辑运算的，刷新输出映像寄存器的状态，输出映像寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。在用户程序执行过程中，只有输入点在输入映像寄存器内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在输出映像寄存器的状态和数据都有可能随着程序的执行随时发生变化。因扫描是从上到下顺序进行，所以程序执行结果会对后面的程序起作用，影响后面程序的执行结果；而后面扫描的结果却不能影响的扫描结果，只能到下一个扫描周期才能对上面的程序起作用。

(3)输出处理阶段

当所有指令执行完毕后，plc就进入输出刷新阶段。输出映像寄存器的状态被送至输出锁存器中，并通过一定的方式（、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。

(4) plc循环扫描工作的特点

在一个扫描周期内，输入状态在输入采样阶段进行．输出状态在输入刷新阶段才被送出，这种方式称为集中采样、集中输出。

①定时集中采样。plc对输入端子的扫描只是在输入处理阶段进行，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态端进行新的扫描。这种定时集中采样的工作方式，保证了cpu执行程序时和输入端子隔离断开，输入端的变化不会影响cpu的工作，提高了plc的抗干扰能力。

②集中输出。plc在一个工作周期内，其输出暂存器中的数据跟随输出指令执行的而变化，而输出锁存器中的数据一直保持不变，直到输出阶段才对输出锁存器的数据刷新。这种集中输出的工作方式使plc在执行程序时，输出锁存器一直与输出端子处于隔离断开状态，从而也保证了plc的抗干扰能力，提高了plc的性。

一般小型plc采用集中采样、集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但从根本上提高了系统的抗干扰能力．系统的性强。对大中型plc，由于i/o点数多，控制功能强，采用可变的扫描顺序，可以采用分时分批地进行顺序扫描，提高系统的响应速度，缩短扫描周期。

选型基本原则是在满足功能的前提下，选择、维护方便、性价比优。通常从以下几个方面考虑：

一是结构的选择。plc按结构分为整体型和模块型两类。整体型是将plc各组成部分集装在一个机壳内。这种结构紧凑、体积小、价格低．但i/o点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型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。这种结构构成灵活、安装、扩展维修方便．提供多种i/o卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的i/o点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。

二是输入/输出点数（i/o点数）的选择。i/o点数是指plc所能接入的输入/输出信号的大数量，是重要的一项技术指标。plc按i/o点数分为小型plc（256点以下）、中型plc（256～1024点之间）、大型plc（2046点以上）、大型plc（8192点以上）。在选用plc时，要根据控制对象的i/o点数要求确定机型，i/o点数包括主机的i/o点数和大扩展点数。通常i/o点数是根据控制对象输入、输出信号的实际需要，再加上10%～15%的裕量来确定。

三是内存容量的选择。一般以plc所能存入用户程序的多少来衡量。在plc中程序指令是按“步”存放的（一条指令往往不止一“步”），一“步”占一个地址单元，一个地址单元占两个字节。如一个内存容量为1000步的plc，内存为2kb。为保证plc的正常运行，一般要求plc的存储器容量，按256个i/o点至少选8k存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量大，档次高的存储器。

四是运行速度的选择。一般以执行1000条基本指令所需的时间来衡量，单位为毫秒/千步。cpu运行速度越快，则扫描周期越短，系统响应越快。

五是功能模块的选择。特殊功能模块可完成某一特殊的专门功能．其数量的多少、功能的强弱是衡量plc产品水平高低的一个重要标志。特殊功能模块主要有a/d和d/a转换模块、高速计数模块、位置控制模块、pid控制模块、远程通信模块等。

六是通信功能的选择。plc系统的通信网络主要有下列几种形式：①pc为主站，多台同型号plc为从站，组成简易plc网络；②1台plc为主站，其他同型号plc为从站，构成主从式plc网络；③plc网络通过特定网络接口连接到大型中作为dcs的子网；④plc网络（各厂商的plc通信网络）。为减轻cpu通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、、）通信处理器。

指令盒及语句表中用“in”和“out”表示的就是操作数。“in”表示源操作数，指令以其为数据来源，指令执行不改变源操作数的内容。“out”为目的操作数，指令执行后将把目的操作数作为运算结果的存储目的。有些指令中还有辅助操作数，常用于对源操作数和目的操作数做说明。

操作数的类型和长度需要和指令相匹配，比如字节指令不能使用w（字）、dw（双字）型的操作数。而且要特别注意不能使各指令的操作数单元互相重叠，否则会发生数据错误。

产生初期主要用于在工业控制中以逻辑控制来代替控制。随着计算机技术与plc技术的不断发展与融合，plc增加了数据处理功能，使其在工业应用中功能强应用范围广，成为新型的系统。

数据处理功能主要包括装入和传送功能、转换功能、比较功能、移位功能和运算功能等。

因数据处理指令涉及的数据量较多且复杂于逻辑控制指令，所以在学习数据处理指令前，以字节传送指令movb为例，介绍数据处理指令的格式和注意事项。

数据处理指令的梯形图格式主要以指令盒的形式表示，如图所示。指令盒部为该指令的标题，如图中所示mov_b。标题一般由两部分组成，前部分为指令的助记符，多为英文单词的缩写．本例中mov表示数据内容的传送；后部分为参与运算的数据类型，b表示字节，常见的数据类型还有w（字）、dw（双字）、r（实数）、i（整数）、di（双整数）等。

图数据处理指令的梯形图格式

数据处理指令的指令表格式也分为两部分，如字节传送指令的指令表格式为：movb in，out。部分是表示指令功能的助记符，部分指令的助记符与指令盒中的标题相同，也有的不同，需要区分。后一部分为操作数，可以是数据地址或常数。

正确选择接地点，完善接地系统。良好的接地是保证工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个，其一为了，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是plc控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。在plc控制系统中，具有多种形式的“接地”，主要有：

（1）信号地。输入端信号元件的地；

（2）交流地。交流供电的n线；

（3）屏蔽地。为防止静电和磁场感应而设置的外壳或金属丝网，通过专门的铜导线将其接入地下；

（4）保护地。将机器设备的外壳或设备内立器件的外壳接地，用于保护人身和防止设备漏电。

为了抑制附加在电源及输入、输出端的干扰，应对plc系统进行良好的接地。一般情况下，接地方式与信号频率有关，当频率1mhz时，可用一点接地；10mhz时，采用多点接地；在1～10mh之间时，通常情况下，plc控制系统采用一点接地，将所有地线端子和相近接地点相连接，以获得的抗干扰能力。接地线截面积不能小于2mm2，接地电阻不能大于100ω，接地线使用地线。

干扰的抑制。

（1）加隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。

（2）使用滤波器，滤波器具有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。

（3）使用输出电抗器，在变频器到之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其它设备正常。

1、用于开关量控制

plc控制开关量的能力是很强的。所控制的入出点数，少的十几点、几十点，多的可到几百、几千，甚至几万点，由于它能联网，点数几乎不受限制，不管多少点都能控制，所控制的逻辑问题可以是多种多样的：组合的、时序的、即时的、延时的、不需计数的、需要计数的、固定顺序的、随机工作的等等，都可进行。

plc的硬件结构是可变的，软件程序是可编的，用于控制时，非常灵活。必要时可编写多套或多组程序，依需要调用。它很适应于工业现场多工况、多状态变换的需要。

用plc进行开关量控制实例是很多的，冶金、机械、轻工、化工、纺织等等，几乎所有工业行业都需要用到它。目前，plc用的目标，也是别的控制器无法与其比拟的，就是它能方便并地用于开关量的控制。

2、用于模拟量控制

模拟量，如电流、电压、温度、压力等等，它的大小是连续变化的。工业生产，特别是连续型生产过程，常要对这些物理量进行控制。

作为一种工业控制装置，plc若不能对这些量进行控制，那是一大不足，为此各plc厂家都在这方面进行大量的开发。目前，不仅大型、中型机可以进行模拟量控制，就是小型机，也能进行这样的控制。plc进行模拟量控制，要配置有模拟量与数字量相互转换的a/d、d/a单元。它也是i/o单元，不过是特殊的i/o单元。

a/d单元是把外电路的模拟量，转换成数字量，然后送入plc;d/a单元，是把plc的数字量转换成模拟量，再送给外电路。作为一种特殊的i/o单元，它仍具有i/o电路抗干扰、内外电路隔离、与输入输出(或内部继电器，它也是plc工作内存的一个区，可读写)交换信息等等特点。

这里的a/d中的a，多为电流，或电压，也有温度。d/a中的a，多为电压，或电流。电压、电流变化范围多为0～5v，0～10v，4～20ma，有的还可处理正负值的。这里的d，小型机多为8位二进制数，中、大型多为12位二进制数。a/d、d/a有单路，也有多路。多路占的输入输出继电器多。有了a/d、d/a单元，余下的处理都是数字量，这对有信息处理能力的plc并不难。中、大型plc处理能力强，不仅可进行数字的加、减、乘、除，还可开方、插值，还可进行浮点运算，有的还有pid指令，可对偏差制量进行比例、微分、积分运算，进而产生相应的输出，计算机能算的它几乎都能算。

这样，用plc实现模拟量控制是可能的。

plc进行模拟量控制，还有a/d、d/a组合在一起的单元，并可用pid或模糊控制算法实现控制，可得到很高的控制质量。用plc进行模拟量控制的好处是，在进行模拟量控制的同时，开关量也可控制。这个优点是别的控制器所不具备的，或控制的实现不如plc方便。当然，若纯为模拟量的系统，用plc可能在性能价格比上不如用调节器。

3、用于运动控制

实际的物理量，除了开关量、模拟量，还有运动控制。如机床部件的位移，常以数字量表示。运动控制，有效的办法是nc，即数字控制技术。这是50年代诞生于美国的基于计算机的控制技术。当今已很普及，并也很完善。目前，国家的金属切削机床，数控化的比率已过40%～80%，有的甚。plc也是基于计算机的技术，并日益完善。plc可接收计数脉冲，频率可高达几k到几十k赫兹，可用多种方式接收这脉冲，还可多路接收。有的plc还有脉冲输出功能，脉冲频率也可达几十k，有了这两种功能，加上plc有数据处理及运算能力，若再配备相应的(如旋转编码器)或脉冲伺服装置，则可以依nc的原理实现种种控制。高、中档的plc，还开发有nc单元，或运动单元，可实现点位控制。运动单元还可实现曲线插补，可控制曲线运动。所以，若plc配置了这种单元，则可以用nc的办法，进行数字量的控制。新开发的运动单元，甚至还发行了nc技术的编程语言，为好地用plc进行数字控制提供了方便。

4、用于数据采集

随着plc技术的发展，其数据存储区越来越大。如德维森公司的plc，其数据存储区(dm区)可达到9999个字。这样庞大的数据存储区，可以存储大量数据。数据采集可以用计数器，累计记录到的脉冲数，并定时地转存到dm区中去。数据采集也可用a/d单元，当模拟量转换成数字量后，再定时地转存到dm区中去。plc还可配置上小型打印机，定期把dm区的数据打出来。

plc也可与计算机通讯，由计算机把dm区的数据读出，并由计算机再对这些数据作处理。这时，plc即成为计算机的数据终端。

用户曾使用plc，用以实时记录用户用电情况，以实现不同用电时间、不同计价的收费办法，鼓励用户在用电低谷时多用电，达到合理用电与节约用电的目的。

5、用于信号监控

plc自检信号很多，内部器件也很多，多数使用者未充分发挥其作用。其实，可利用它进行plc自身工作的监控，或对控制对象进行监控。对一个复杂的控制系统，特别是自动控制系统，监控以至进一步能自诊断是非常必要的，它可减少系统的故障，出了故障也好查找，可提高累计平均无故障运行时间，降低故障修复时间，提高系统的性。

6、用于联网、通讯

plc联网、通讯能力很强，不断有新的联网的结构推出。

plc可与个人计算机相连接进行通讯，可用计算机参与编程及对plc进行控制的管理，使plc用起来方便。

为了充分发挥计算机的作用，可实行一台与管理多台plc，多的可达32台。也可一台plc与两台或多的计算机通讯，交换信息，以实现多的对plc控制系统的监控。plc与plc也可通讯，可一对一plc通讯，可几个plc通讯，可多到几十、几百。

plc与智能仪表、智能执行装置(如)，也可联网通讯，交换数据，相互操作。可联接成远程控制系统，系统范围面可大到10公里或大。可组成局部网，不仅plc，而且计算机、各种智能装置也都可进网。可用总线网，也可用环形网。网还可套网。网与网还可桥接。联网可把成千上万的plc、计算机、智能装置组织在一个网中。网间的结点可直接或间接地通讯、交换信息。

联网、通讯，正适应了当今计算机集成制造系统(cims)及智能化工厂发展的需要。它可使工业控制从点(point)、到线((line)再到面(aero)，使设备级的控制、生产线的控制、工厂管理层的控制连成一个整体，进而可创造高的效益。这个无限美好的前景，已越来越清楚地展现在我们这一代人的面前。

控制系统是由控制系统和系统发展而来的，与传统的继电器控制系统相比，主要不同表现在以下几个方面。

(1)继电器控制系统采用许多硬器件、硬触点和“硬”接线连接，组成逻辑电路实现逻辑控制要求，而且易磨损、寿命短。而plc控制系统内部大多采用“软”继电器、 “软”接点和“软”接线连接，其控制逻辑由存储在内存中的程序实现，且无磨损现象，寿命长。

(2)继电器控制系统体积大、连线多，plc控制系统结构紧凑、体积小、连线少。

(3)改变继电器控制系统功能需拆线、接线乃至换，比较麻烦。而改变plc控制功能，一般仅修改程序即可，其方便。

(4)继电器控制系统中硬继电器的触点数量有限，用于控制用的继电器触点数一般只有4~8对，而plc每只软继电器供编程用的触点数有无限对，使plc控制系统有很好的灵活性和扩展性。

(5)在继电器控制系统中，为了达到某种控制目的，要求，节约触点用量，因此，设置了许多制约关系的连锁环节。在plc中，由于采用扫描工作方式，不存在几个并列支路同时动作的因素，因此，设计过程大为简化，性增强。

(6) plc控制系统具有自检功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。

(7)定时控制，继电器控制逻辑利用间控制。一般来说，时间继电器存在定时度不高、定时范围窄、易受环境湿度和温度变化的影响、时间调整困难等问题。plc使用半导体做定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响，定时范围一般从0.001s到若干天或长，用户可根据需要在程序中设置定时值，然后由软件来控时时间。

从以上几个方面的比较可知，plc在性能上继电器，控制逻辑优异，特别是具有性高，设计施工，调试修改方便的特点，而且体积小、功耗低、使用维护方便。但在很小的系统中使用时，价格要继电器控制系统。