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性能指标是评价和选购机型的依据,PLC的主要性能指标有以下几个方面。
1.存储容量
系统程序存放在系统程序存储器中。这里说的存储容量指的是用户程序存储器的容量,用户程序存储容量决定了PLC可以容纳的用户程序的长短,一般以字为单位来计算。每1024个字为1K字。中、小型PLC的存储容量一般在8K以下,大型PLC的存储容量可达到256 K~2 M。也有的PLC用存放用户程序指令的条数来表示容量,一般中、小型PLC存储指令的条数为2K条。
2.I/O点数
I/O点数指输入点及输出点数之和。I/O点数越多外部可接入的输入器件和输出器件就越多,控制规模就越大。因此I/O点数是衡量PLC规模的指标。
3.扫描速度
扫描速度是指PLC执行程序的速度。一般以执行1K字所用的时间来衡量扫描速度。有些品牌的PLC在用户手册中给出执行各条程序所用的时间,可以通过比较各种PLC执行类似操作所用的时间来衡量扫描速度的快慢。
4.编程指令的种类和数量
编程指令的种类和数量涉及PLC能力的强弱。一般来说,编程指令种类及条数越多,处理能力和控制能力就越强。
5.扩展能力
PLC的扩展能力表现在对开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量模块及智能模块的扩展上。大部分PLC可以用I/O扩展单元进行I/O点数的扩展;有的PLC可以使用各种功能模块进行功能扩展。
6.智能单元的数量
为了完成一些特殊的控制任务,PLC厂商都为自己的产品设计了专用的智能单元,如模拟量控制单元、定位控制单元、速度控制单元以及通信工作单元等。智能单元种类的多少和功能的强弱是衡量PLC产品水平高低的重要指标。各个生产厂家都非常重视智能单元的开发,近年来智能单元的种类日益增多,功能越来越强。
7.编程器及编程软件
反映这部分性能指标的有编程器的形式(简易编程器、图形编程器或通用计算机)、运行环境(DOS或Windows)、编程软件及是否支持高级语言等。
图3-5是西门子公司S7-200系列PLC的外形示意图。S7-22X系列有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM、CPU224XP等型号,均为整体式机,且外观布置大体相同。从图中可见,连接输入、输出器件及电源用的接线端子也位于机箱**部两侧,为了方便接线,CPU224、CPU226和CPU226XM机型采用可插拔整体端子。用于通信的RS-485接口在机身的左下部,图3-5中前盖下有用于连接扩展单元的扩展接口、模式选择开关、模拟量电位器等装置。模拟电位器可用于定时器的外设定及脉冲输出等场合。
S7-200系列PLC外观图
图3-5 S7-200系列PLC外观图
典型的模块式PLC的外观如图3-6所示,图中为西门子S7-400型可编程控制器。这种结构的PLC由一块块的插件组成。每一块插件是一个工作单元,如CPU、输入单元、输出单元、电源单元、智能I/O单元、通信单元等。每一模块上都有相应的接线点、指示灯。每一块插板上都有和母板连接的接口。模块式的特点是配置灵活,输入接点、输出接点的数量可自由选择,各种功能模块可以依需要灵活配置。中、大型PLC常采用模块式结构。
间接寻址是指使用地址指针来存取存储器中的数据。使用前,首先将数据所在单元的内存地址放入地址指针寄存器中,然后根据此地址存取数据。S7-200 CPU中允许使用指针进行间接寻址的元器件有I、Q、V、M、S、T、C。
建立内存地址的指针为双字长度(32位),故可以使用V、L、AC作为地址指针。必须采用双字传送指令(MOVD)将内存的某个地址移入到指针当中,以生成地址指针。指令中的操作数(内存地址)必须使用“&”符号表示内存某一位置的地址(长度为32位)。例如:
MOVD &VB200, AC1
表示将VB200在存储器的32位物理地址值送AC1。VB200是直接地址编号,&为取地址符号。将本指令中&VB200改为&VW200或VD200,指令功能不变。
在使用指针存取数据的指令中,操作数前加有*时表示该操作数为地址指针。例如:
MOVW *AC1. AC0
表示将AC1作为内存地址指针,把以AC1中内容为起始地址的内存单元的16位数据送到累加器AC0中。
编程软元件的寻址涉及两个问题。一是某种可编程控制器设定的编程元件的类型及数量。不同厂家、不同型号的PLC所含编程元件的类型、数量及命名标示法都可能不一样。二是该种PLC存储区的使用方式,即寻址方式。寻址方式包括立即数寻址、直接寻址和间接寻址。
立即数寻址实质上是常数的使用方式,这与数字的表达形式有关。单就十进制数字来说,表达一位数字就需4位存储单元。或者反过来说,一定长度的存储单元能存储一定的表达形式的数字范围是有限的。表2-6给出了存储器长度与存储的数据范围。
表2-6 不同数据长度表示的十进制和十六进制数的范围
局部存储器(L)和变量存储器(V)很相似,主要区别在于局部存储器是局部有效的,变量存储器则是全局有效。全局有效是指同一个存储器可以被任何程序(如主程序、中断程序或子程序)存取,局部有效是指存储区和特定的程序相关联。
S7-200有64个字节的局部存储器,编址范围为LB0.0~LB63.7。其中60个字节可以用作暂时存储器或者给子程序传递参数,最后4个字节为系统保留字节。S7-200PLC根据需要分配局部存储器。当主程序执行时,64个字节的局部存储器分配给主程序;当中断或调用子程序时,将局部存储器重新分配给相应程序。局部存储器在分配时,PLC不进行初始化,初始值是任意的。各程序不能访问其他程序的局部存储器。因为局部变量使用临时的存储区,子程序每次被调用时,应**它使用的局部变量被初始化。
各POU(Program Organizational Unit,程序组织单元,即主程序、子程序或中断程序)有自己的局部变量表,局部变量在它被创建的POU中有效。变量存储器是全局存储器,可以被所有的POU存取。
可以用直接寻址方式按字节、字或双字来访问局部存储器,也可以把局部存储器作为间接寻址的指针,但不能作为间接寻址的存储区域。
输出继电器(又称输出映像寄存器)存储程序执行的结果。每个输出继电器在存储区中占一位,每一个输出继电器与一个输出口相对应。输出继电器通过隔离电路,将程序运算结果送到输出口并决定输出口所连接器件的工作状态。正常运行中输出继电器的状态只由程序的执行决定。
输出继电器用来将PLC的输出信号传递给负载,只能用程序指令驱动。程序控制能量流从输出继电器的线圈左端流入时,线圈通电(存储器位置1),带动输出触点动作,使负载工作。负载又称执行器(如接触器、电磁阀、LED显示器等),连接到PLC输出模块的输出接线端子,由PLC控制执行器的启动和关闭。
I/O映像寄存器可以按位、字节、字或双字等方式编址,如I0.1、Q0.1(位寻址)、QB1(字节寻址)。
输入继电器(又称输入映像寄存器)用于接收及存储输入端子的输入信号。机箱上每个输入端子都有一个输入继电器与之对应。输入信号通过隔离电路改变输入继电器的状态,一个输入继电器在存储区中占一位。输入继电器的状态不受程序的执行所左右。
存储器是存放程序及数据的地方,PLC运行所需的程序分为系统程序及用户程序,存储器也分为系统存储器和用户存储器两部分。
(1)系统存储器。它用来存放PLC生产厂家编写的系统程序,并固化在ROM内,用户不能更改。
(2)用户存储器。它包括用户程序存储区和数据存储区两部分。用户程序存储区存放针对具体控制任务,用规定的PLC编程语言编写的控制程序。用户程序存储器的内容可以由用户任意修改或增删。用户数据存储区用来存放用户程序中使用的ON/OFF状态、数值、数据等,它们被称为PLC的编程“软”元件,是PLC应用中用户涉及较频繁的存储区。PLC中存储单元的字长目前以8位的较多,也有16位及32位的。