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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。
无论是PLC还是GOT,它们除了各自的硬件和系统软件(操作系统)外,还必须运行各自的用户应用软件。而这些应用软件,都是由运行在个人计算机平台上,由各自专用的计算机辅助设计软件来完成的。编写完成之后,必须由个人计算机,分别送到各自的用户程序存储区中。另外,也有可能从PLC或GOT将原有程序读回到个人计算机,进行修改和补充。由此可以看出,**一项任务,PLC和GOT计算机,必须具备单独与个人计算机之间的通信能力。
在实际操作中,如果PLC和GOT已经被连接在一起(一般使用RS422接口的专用电缆),个人计算机与GOT已经可以通信时(早期一般使用RS232接口,现在大多使用更方便的USB接口的专用电缆),个人计算机与PLC之间的通信,可以自动地通过GOT间接地完成。这样就不必改动连接电缆,使用起来更加方便。
既然三者之间的通信已经建立起来,除了能完成上述的软件安装任务之外,个人计算机还可以参与系统的调试和运行监控工作。更进一步还可以利用这个平台,进行系统仿真。这些对于开发新系统和改进老系统都是十分有利的。
在确定控制系统的主要控制硬件和总体原理设计、电路设计之后,必将开始控制器及触摸屏的软件设计。对前者因为已经使用较长时间了,市场的认可度、普及程度已十分明显,而使用后者的普及度要相对滞后一些。实际上,这两者的设计步骤是十分相似的。
(1)在购买触摸屏的同时,必须同时得到与该产品配套的计算机辅助设计软件,以及完整的产品操作手册,并认真仔细地阅读。
(2)准备配套的通信模块(有的产品已经被包含在触摸屏内)和通信电缆。
(3)准备好个人计算机,并*安装该辅助设计软件的路径。这些工作与安装一般的应用软件无异,只需按提示进行即可。为了方便起见,可将快捷键拖到桌面上。
(4)连接好计算机与触摸屏之间的电缆。检查无误,打开电源。
(5)打开辅助设计软件。完成软件的各种基本设置,如命名、确定PLC和GOT的型号、设置通信用的参数等。
触摸屏和人之间也在不停地交换信息。触摸屏根据当前软件资源上的信息状态,所显示的图形、动作、数字、字符和提示语句,甚至还可能有声音,都是操作者可以接收到的信息。而操作者的各种要求、决定、选择和命令,又可以通过触摸屏传达给PLC。从而可以改变当前软件资源上的信息状态,完成了信息双向交流的任务。所谓“人机对话 控制系统中的各功能部件,其所以能组成一个有机的完整系统,能完成赋予它的特定工作,主要得益于它的各功能部件之间的信息交换能力。是信息化的具体体现。
这里“信息”具体是指什么呢?
信息的内容可谓包罗万象,而且时刻可能发生变化。那么在由PLC、触摸屏和操作者所组成的大系统中,有关的信息主要包括什么呢?简而言之,就是状态和命令。触摸屏在人和机这两者之间充当“翻译”。
信息的表现形式。
人们想要能快速而有效地获得并利用信息,首先必须为信息找到一种统一的表达(记录)方式。这种方式必须同时满足以下条件:就是可以快速地双向转换。数字化的表达方式非他莫属。计算机的多媒体技术在这里得到充分利用。除了原本就是数字形式的数据之外,图形、动作、声音和文字都被数字化以后,再用数字编号后被存放在各自的存储库中,又用数字指针管理着它们。无论多么复杂的命令,都被“打包”成一个简单的数字代号。只需一声令下,执行*几号方案即可。”由此而得名。
通用的触摸屏,作为当今具有代表性的一种人机界面,它与所有其他用硬件构成的界面根本的不同在于信息共享。它与控制器之间,除了仅有的、用于通信的硬件接口之外,不存在任何硬件上的其他联系。通信只是为**能够共享信息的一种手段或工具,而且是一的手段。
这里所指的信息,就是各自所保存和使用的,具有相同名称的,不断被更新的,双方事先约定的,完全数字化了的一批数据。但是两者又是互为“镜像”(如果不计因通信而出现的稍微延误)和共享的。这才是控制系统的核心内容。
众所周知,集装箱的应用较大地改变了物流业的面貌。而数字化通信,更是一种妙不可言的“集装箱”。它不但简单可靠,规格统一,而且无论什么信息都能装。信息本身就是一种财富,只是早期我们对此认识不足。但是不能高速流通的信息,就不可能体现它应有的价值。像地下的宝藏,有待我们去开发和利用。数字化信息的流通,给我们的通信所带来的变化是革命性的。它给我们世界带来的变化,给我们生活带来的变化,可谓天翻地覆。总之,信息数字化,数字还原为信息,加上数字化的通信,这就是“信息化时代”。
既然是进行信息交流,那么交流的双方都应该具有“发送”和“接收”的能力。用通信专业的术语,应该称为具有“双向双工”的通信能力(当然双向单工也可)。
首先我们来看人这一方。它是主导的一方,但又是天生既成的,且不可改变的一方。人类能直接接收的信息形式很有限,因为我们除了有五官之外,就是皮肤能够感知外部的世界。至于“*六感觉”,不知是天方夜谭,还是我等工程技术人员缺少灵性而难以掌握。总之,在这些感观能力中,无疑视觉能力是较主要的。它接受信息的速度快、数量大、内容丰富,而其他的能力,一般只作为辅助手段。人类发送信息的能力比其接受信息的能力更差。尽管人类具有丰富的表情和肢体语言,但是能够表达的信息范围十分有限。而语言和文字——一种比“造物主”想象力更丰富的创造,用于人类信息的交流功不可没,前途无量。但在世界尚未大同之前,苦于要多学几种外语,或是自带翻译。用它来直接向毫无人性的设备、机器发号施令,无异于是对牛弹琴。在此无奈之际,我们“自己动手,丰衣足食”。人的手原本是用来吃饭、攀爬和打架的,后来进行生产,进而“指手画脚”起来。我们的手,无比灵巧的手,成了我们对外发送信息较得力的工具。难怪有“得心应手”之说。用手我们可以向任何人,无论是中国人还是外国人,表达和传送信息,甚至可以向动物,向毫无灵性的机器设备发号施令。我们用手拨动开关,打开电灯,而后看到电灯亮了。这就完成了一次较简单的人机对话过程。我们开汽车、开飞机,指挥那些似乎遥不可及的人造天体,都是我们用手,通过各种“人机界面”完成的。尽管来自外部的信息在传输的过程中,可能经过了各式各样的转换,但是目的地都是人机界面。
我们认定手和眼是人类对外信息交流的较通用、较方便、较直接的工具。这也就决定了与我们交流信息的另一方——各种机器和设备,较好能以图像的方式提供信息,并且能以感受人类手的动作的方式接收指令。我们正是以这些要求为目标来设计和制造各种机器、设备和装置。其中,较简单、较原始,也是用得较广泛的人机界面就是指示灯和按钮。人通过手指向机器发出指令信息,机器通过按钮接收到信息之后完成事先预定的工作,并且通过指示灯向人发回它的状态信息。人用自己的眼睛接收到反馈的信息。可见,人机界面并非是新概念和新事物。在此,我们想要强调的是它的专用于信息交流的本质。
我们在强调人机对话主要是用手和眼的同时,并没有排除任何其他的方式。例如各种声控设备的出现,甚至有能理解我们眼球运动的,有能解读我们身上微弱的生物电流的,有能感知我们的脑电波的,等等。但是这些人机对话的方式,只能在特定条件下应用;只能是辅助性的非主流的方式。至少目前如此。
科学技术的发展,使得要求交流的信息内容变得十分复杂,要求交流的速度越来越高,所以人机界面也有了很大的进步和发展。但是人并没有变,仍然主要是用眼睛和手。所以人机界面的进步,只能体现在能使人看到的内容更直观、更丰富、更生动和更准确上。在理解人手的动作方面更准确、更快捷而已。
电子技术在可视技术方面的发展,令人眼花缭乱。它的出现和日新月异的发展,为我们眼睛接收信息能力的扩展提供了几乎无限的可能。因此,它被立即应用到人机界面中,几乎也成了**的主角。