6ES7222-1HF22-0XA8性能参数

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可编程序控制器（PLC或PC）的应用中，我们常会碰到对继电器控制系统的改造问题，这时我们往往要参考原有的继电器控制电路来编制PC的应用程序。因此，在编程时，我们应注意制系统与继电器控制系统工作方式上的一些不同。
下面我们看一个例子：一个继电器控制回路如图1 所示。

      因继电器控制系统是以“并行”方式工作的，而且其触点的通断需要一定的动作时间。所以当该电路起动后，时间继电器KT延时时间到时，KT是否能继续保持通电状态，需要同时考虑“并行”的两个动作过程：KT的常闭延时触点断开，KA1失电，KA1常开触点断开；KT的常开延时触点闭合，KA2得电，KA2常开触点闭合。这两个过程作用的结果，来决定KT的状态。同时，触点动作时间的存在，使得电路出现时序竞争。因此该电路不能可靠工作。如果加入虚框中的回路，并如图1把KA2的常开触点换成KA3的常开触点（见图1中括号）。结果是KT动作后，KT自身失电，就不会继续保持通电状态。 同样是这个电路，我们用PC来实现，梯形图如图2 所示。

      PC是以“串行”方式工作的，也就是以扫描的方式，循环地、连续地、顺序地，逐条执行程度的方式工作。同时，PC中，软触点的动作可认为是瞬时完成的，且其能把本次动作的结果记忆保持到下一次扫描运算时为止。即具有记忆保持功能。按这样一个顺序“串行”的工作方式，梯形图动作顺序如下：当在某一扫描周期中TIM00延时到后，则： 1. TIM00常闭触点断开（OFF），0000 OFF；2. TIM00常开触点闭合（ON），0001 ON；3. 0000常开触点OFF，0001常开触点ON，TIM00继续保持通电状态。而且不论我们在0001与TIM00之间再加多少级继电器电路所加的虚框中的回路，并把0001常开触点换成所加回路*后一级继电器的常开触点，TIM00仍能继续保持通电状态。     同样的电路，由于继电器控制系统和制系统工作方式上的差异，两者会有不同的动作结果。注意到这一点，我们在编程时，就会避免一些不应有的错误

四、PLC 的发展阶段

虽然PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC 也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：

1．早期的PLC（60 年代末—70 年代中期）

早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。因此，早期的PLC 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC 特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。

2．中期的PLC（70 年代中期—80 年代中后期）

在70 年代微处理器的出现使PLC 发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC 的*处理单元（CPU）。

这样，使PLC 得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC 得应用范围得以扩大。

3．近期的PLC（80 年代中后期至今）

进入80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC 所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC 软、硬件功能发生了巨大变化。

五、PLC 的分类

1．小型PLC

小型PLC 的I/O 点数一般在128 点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体除了开关量I/O 以外，还可以连接模拟量I/O 以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。

2．中型PLC

中型PLC 采用模块化结构，其I/O点数一般在256～1024 点之间。I/O的处理方式除了采用一般PLC 通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。

3．大型PLC

一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC 还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。

六、PLC 的基本结构

PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图所示：



1．*处理单元（CPU）

*处理单元（CPU）是PLC 的控制中枢。它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据：检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误，当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，*后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高PLC 的可靠性，近年来对大型PLC 还采用双CPU 构成冗余系统，或采用三CPU 的表决式系统。这样，即使某个CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。

2．存储器

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

（1） PLC 常用的存储器类型

1）RAM （Random Assess Memory）

这是一种读/写存储器（随机存储器）其存取速度*快由锂电池支持。

2）EPROM （Erasable Programmable Read Only Memory）

这是一种可擦除的只读存储器在断电情况下存储器内的所有内容保持不变。（在紫外线连续照射下可擦除存储器内容）

3）EEPROM（Electrical Erasable Programmable Read Only Memory）

这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。

（2） PLC 存储空间的分配

虽然各种PLC的CPU的*大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理其存储空间一般包括以下三个区域：

系统程序存储区

系统RAM 存储区（包括I/O 映象区和系统软设备等）

用户程序存储区

1）系统程序存储区

在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在EPROM 中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该PLC 的性能。

2）系统RAM 存储区

系统RAM 存储区包括I/O 映象区以及各类软设备，如：

逻辑线圈

数据寄存器

计时器

计数器

变址寄存器

累加器

等存储器

A．I/O 映象区 由于PLC 投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元（RAM）以存放I/O 的状态和数据，这些单元称作I/O 映象区。

一个开关量I/O 占用存储单元中的一个位（bit），一个模拟量I/O 占用存储单元中的一个字（16 个bit）。因此整个I/O 映象区可看作两个部分组成：

开关量I/O 映象区

模拟量I/O 映象区

B．系统软设备存储区

除了I/O 映象区区以外，系统RAM 存储区还包括PLC 内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC 断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当PLC 断电时，数据被清零。

1） 逻辑线圈

与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM 存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器。另外，不同的PLC 还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。

2）数据寄存器

与模拟量I/O 一样，每个数据寄存器占用系统RAM 存储区中的一个字（16bits）。另外，PLC 还提供数量不等的特殊数据寄存器，具有不同的功能。

3） 计时器

4） 计数器

（3）用户程序存储区

用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC，其存储容量各不相同。

3．电源

PLC 的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视。

一般交流电压波动在±10%（±15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC 直接连接到交流电网上去。

七、PLC 的工作原理

*初研制生产的PLC 主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：

继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。

PLC 的CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。

为了二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms 以上，而PLC 扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式—扫描技术。这样在对于I/O 响应要求不高的场合，PLC 与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。

1．扫描技术

当PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。



（1） 输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

（2） 用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O 映象区或系统RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

（3）输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC 的真正输出。

比较下二个程序的异同：

程序1



程序2



这两段程序执行的结果完全一样但在PLC中执行的过程却不一样。

程序1 只用一次扫描周期，就可完成对%M4 的刷新；

程序2 要用四次扫描周期，才能完成对%M4 的刷新。

这两个例子说明：同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，也可以看到：采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。

一般来说，PLC 的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。

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