西门子PLC可编程控制器CPU416F-2

西门子PLC可编程控制器CPU416F-2

西门子PLC可编程控制器CPU416F-2

西门子PLC可编程控制器CPU416F-2

PLC的软件分为两大部分：系统软件与用户程序。系统软件由PLC制造商固化在机内，用以控制PLC本身的运行：用户程序由PLC的使用者编写并输入，用于控制外部对象的运行。

  1)系统软件

  系统软件又可分为系统管理程序、用户指令解释程序及标准程序模块和系统调用。

  (1)系统管理程序是系统软件中Zui重要的部分，主管控制 PLC的运作。其作用包括3个方面：一是运行管理，对控制PLC何时输入、何时输出、何时计算、何时自检、何时通信等做时间上的分配管理。二是存储空间管理，即生成用户环境，由它规定各种参数、程序的存放地址。将用户使用的数据参数、存储地址转化为实际的数据格式及物理存放地址，将有限的资源变为用户可很方便地直接使用的元件。例如，它可将有限个数的CTC扩展为上百个用户时钟和计数器。通过这部分程序，用户看到的就不是实际机器存储地址和CTC的地址了，而是按照用户数据结构排列的元件空间和程序存储空间。三是系统自检程序，它包括各种系统出错检验、用户程序语法检验、句法检验、警戒时钟运行等。

  PLC正是在系统管理程序的控制下，按部就班地工作的。

  (2)用户指令解释程序众所周知，任何计算机Zui终都是执行机器语言指令的。但用机器语言编程却是非常复杂的事情。PLC可用梯形图语言编程，把使用者直观易懂的梯形图变成机器懂得的机器语言，这就是解释程序的任务。解释程序将梯形图逐条解释，翻译成相应的机器语言指令，由CPU执行这些指令。

  (3)标准程序模块和系统调用这部分由许多独立的程序块组成，各程序块完成不同的功能，有些完成I/O处理，有些完成特殊运算等。PLC的各种具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少决定了PLC性能的强弱。

  整个系统软件是一个整体，其质量的好坏很大程度上影响PLC的性能。很多情况下，通过改进系统软件就可在不增加任何设备的条件下大大改善PLC的性能，因此，PLC的生产厂家对PLC的系统软件都非常重视，例如，S7-200系列 PLC在推出后，西门子公司不断地将其系统软件进行改进完善，使其功能越来越强。

  2)用户程序

  用户程序是PLC的使用者针对具体控制对象编制的程序。因此，它需要一个编程环境、一个程序结构和一个编程方法。

  用户环境也是由系统监控程序生成的。主要包括：用户数据结构、用户元件区、用户数据和程序存储区、用户参数区、文件存储区等。

  (1)用户数据结构：

  ①第一类为位数据：这是一类逻辑量(1位二进制数)，其值为“0或1”，它表示触点的通、断。触点接通状态为ON，触点断开状态为OFF。

  ②第二类为字节数据：其位长为8位，其数制形式有多种形式。1个字节可以表示8位二进制数、2位十六进制数、2位十进制数。

  ③第三类为字数据：其数制、位长、形式都有很多形式。1个字可以表示16位二进制数、4位十六进制数、4位十进制数。十进制数据通常都用BCD码表示，书写时冠以K字符，如K789。十六进制数据，书写时冠以H字符，如H78F。二进制数，书写时冠以B字符，如B0111-1000-111l。实际处理时还可选用八进制、AscII的形式。由于对控制精度的要求越来越高，不少PLC开始采用浮点数，它极大地提高了数据运算的精度。

  ④第四类为混合型数据：即同一个元件有位数据又有字数据。例如，T(定时器)和C(计数器)，它们的触点只有ON和OFF两种状态，是位数据，而它们的设定值和当前值寄存器又为字数据。

  (2)用户数据存储区：

  ①用户使用的每个I/O端，以及内部的每一个存储单元都称为元件。各种元件都有其固定的存储区(如I/O映像区)，即存储地址。给 PLC 中的I/O元件赋予地址的过程叫编址，不同的 PLCI/O的编址方法不完全相同。

  ②PLC的内部资源，如内部继电器、定时器、计数器和数据区，各个不同的PLC之间也有一些差异。这些内部资源都按一定的数据结构存放在用户数据存储区，正确使用用户数据存储区的资源才能编写好用户程序。

  用户程序结构大致可以分为3种：一是线性程序，这种结构是把一个工程分为多个小的程序块，这些程序块被依次排放在一个主程序中；二是分块程序，这种结构把一个工程中的各个程序块独立于主程序之外，工作时要由主程序一个个有序地去调用；三是结构化程序，这种结构是把一个工程中的具有相同功能的程序写成通用功能程序块，工程中的各个程序块都可以随时调用这些通用功能程序块。

在选择PLC时需考虑哪些因素
跟着自动化行业的迅速发展，PLC产品的需求越来越大，市场上PLC的品种也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令体系、编程方法、价格等也各有不同，适用的场合也各有偏重。因而，合理选用PLC，对于提高PLC操控体系的技能经济指标有着重要意义。PLC的挑选首要应从PLC的I/O点数、存储器容量、操控功用等因素加以综合考虑。
一、输入输出(I/O)点数的挑选
I/O点数预算时应考虑适当的余量，一般依据计算的输入输出点数，再添加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数预算数据。实践订购时，还需依据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。
二、存储器容量的预算
存储器容量是可编程序操控器自身能供给的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户运用项目运用的存储单元的大小，因而程序容量小于存储器容量。规划阶段，由于用户运用程序还未编制，因而，程序容量在规划阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了规划选型时能对程序容量有必定预算，一般选用存储器容量的预算来替代。
存储器内存容量的预算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模仿I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数(16位为一个字)，别的再按此数的25%考虑余量

PLC差错控制

1.差错产生的原因与差错类型

  我们把通过通信信道后接收的数据与发送数据不一致的现象称为传输差错，通常简称为差错。差错的产生是不可避免的，我们的任务是分析差错产生的原因，研究有效的差错控制方法。

  l)差错产生的原因

  差错产生的过程示意图如图6-13所示。其中，图6-13(a)是数据通过通信信道的过程，图6-13(b)是数据传输过程中噪声的影响。

  当数据从信源出发，经过通信信道时，由于通信信道总是有一定的噪声存在，因此在到达信宿时，接收信号是信号与噪声的叠加。在接收端，接收电路在取样时判断信号电平。如果噪声对信号叠加的结果在电平判决时出现错误，就会引起传输数据的错误。

  2)差错的类型

  通信信道的噪声分为两类:热噪声与冲击噪声。

  (1)热噪声热噪声是由传输介质导体的电子热运动产生的。热噪声的特点:时刻存在，幅度较小，强度与频率无关；但频谱很宽，是一类随机的噪声。由热噪声引起的差错是一类随机差错。

  (2)冲击噪声冲击噪声是由外界电磁干扰引起的。与热噪声相比，冲击噪声幅度较大，是引起传输差错的主要原因。冲击噪声持续时间与每比特数据的发送时间相比可能较长，因而冲击噪声引起的相邻多个数据位出错呈突发性。冲击噪声引起的传输差错为突发差错。

  在通信过程中产生的传输差错，是由随机差错与突发差错共同构成的。

  2.误码率的定义

  误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似表示为

  P. = N./N (6-10)

  式中N传输的二进制码元总数；

  N；被传错的码元数。

  在理解误码率定义时，应注意以下几个问题:

  (1)误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数。

  (2)对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，要根据实际传输要求提出误码率要求；在数据传输速率确定后，误码率越低，传输系统设备越复杂，造价越高。

  (3)对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制码元，要折算成二进制码元来计算。

  在实际的数据传输系统中，人们需要对通信信道进行大量、重复地测试，求出该信道的平均误码率，或者给出某些特殊情况下的平均误码率。根据测试，目前电话线路在300b/s~2400b/s 的传输速率时，平均误码率为 10-4~10°；在 4800b/s~9600b/s 的传输速率时，平均误码率为10-2~10↵。因为计算机通信的平均误码率要求低于109，所以普通电话线路如不采取差错控制技术，是不能满足计算机的通信要求的。

  3.循环冗余编码工作原理

  1)检错码的类型

  目前，常用的检错码主要有以下两类:奇偶校验码与循环冗余编码(CyclicRedundancy Code, CRC)。

  奇偶校验码是一种常见的检错码，它分为垂直奇(偶)校验、水平奇(偶)校验与水平垂直奇(偶)校验(即方阵码)。奇偶校验方法简单，但检错能力差，一般只用于通信要求较低的环境。

  CRC的检错能力很强，并且实现起来容易，是目前应用广的检错码编码方法之一。

  2)CRC的工作原理

  CRC的工作原理如图 6-14所示。CRC方法的工作原理:将要发送的数据比特序列当作一个多项式f(x)的系数，在发送端用收发双方预先约定的生成多项式G(x)去除，求得一个余数多项式，将余数多项式加到数据多项式之后发送到接收端。在接收端用同样的生成多项式G(x)去除接收数据多项式f(x)，得到计算余数多项式。如果计算余数多项式与接收余数多项式相同，则表示传输无差错；如果计算余数多项式与接收余数多项式不相同，则表示传输有差错；由发送方来重发数据，直至正确为止。

  在实际网络应用中，CRC的生成与校验过程可以用软件或硬件方法实现。目前，很多通信超大规模集成电路芯片的内部硬件，就可以非常方便、快速地实现标准CRC的生成与校验功能。

  CRC校验码的检错能力很强，除了能检查出离散错外，还能检查出突发错。它具有以下检错能力:

  (1)CRC校验码能检查出全部单个错；

  (2)CRC校验码能检查出全部离散的 2位错；

  (3)CRC校验码能检查出全部奇数个错:

  (4)CRC校验码能检查出全部长度小于或等于k位的突发错；

  (5)CRC校验码能以[1-(1/2)k]的概率检查出长度为(k 1)位的突发错。

  4.差错控制机制

  接收端可以通过检错码检查传送一帧数据是否出错，一旦发现传输错误，则通常采用反馈重发(Automatic Request for Repeat，ARQ)方法来纠正。数据通信系统中的 ARQ机制如图6-15所示。ARQ纠错实现方法有两种:停止等待方式与连续工作方式。

  1)停止等待方式

  停止等待方式中数据帧与应答帧的发送时间关系如图 6-16所示。在停止等待方式中，发送方在发送完一数据帧后，要等待接收方的应答帧的到来。应答帧表示上一帧已正确接收，发送方就可以发送下一数据帧，否则将重发出错数据帧。停止等待 ARQ协议比较简单，但系统通信效率较低。

  2)连续工作方式

  为了克服停止等待ARQ协议的缺点，人们提出了连续ARQ协议。实现连续ARQ协议的方法主要有以下两种:

  (1)拉回方式拉回方式的工作原理如图6-17(a)所示。发送方可以连续向接收方发送数据帧，接收方对接收的数据帧进行校验，然后向发送方发回应答帧。如果发送方在连续发送了编号为0~5的数据帧后，从应答帧得知2号数据帧传输错误，那么发送方将停止当前数据帧的发送，重发2、3、4、5号数据帧。拉回状态结束后，再接着发送6号数据帧。

  (2)选择重发方式选择重发方式的工作原理如图6-17(b)所示。选择重发方式与拉回方式的区别:如果在发送完编号为5的数据帧时，接收到编号为2的数据帧传输出错的应答帧，那么发送方在发送完编号为5的数据帧后，只重发出错的2号数据帧。选择重发完后，接着发送编号为6的数据帧。显然，选择重发方式的效率将拉回方式。