西門子6ES73121AE140AB0PLC模塊

西門子6ES73121AE140AB0PLC模塊

按結(jié)構(gòu)分可將PLC分為整體式PLC、模塊式PLC、疊裝式PLC三類。

a.整體式PLC

它是將PLC各組成部分集裝在一個機(jī)殼內(nèi)，輸入、輸出接線端子及電源進(jìn)線分別在機(jī)箱的上、下兩側(cè)，并有相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示輸入/輸出狀態(tài)。面板上留有編程器的插座、EPROM存儲器插座、擴(kuò)展單元的接口插座等。編程器和主機(jī)是分離的，程序編寫完畢后即可拔下編程器。

具有這種結(jié)構(gòu)的可編程控制器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低。小型PLC一般采用整體式結(jié)構(gòu)。如圖1-2所示的三菱FX_1S系列PLC。

b.模塊式PLC

輸入/輸出點數(shù)較多的大、中型和部分小型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)。

模塊式PLC采用積木搭接的方式組成系統(tǒng)，便于擴(kuò)展，其CPU、輸入、輸出、電源等都是獨立的模塊，有的PLC的電源包含在CPU模塊之中。PLC由框架和各模塊組成，各模塊插在相應(yīng)插槽上，通過總線連接。PLC廠家備有不同槽數(shù)的框架供用戶選用。用戶可以選用不同檔次的CPU模塊、品種繁多的I/O模塊和其他特殊模塊，硬件配置靈活，維修時更換模塊也很方便。采用這種結(jié)構(gòu)形式的有SIEMENS的S5系列、S7-300、400系列，OMRON的C500、C1000H及C2000H等以及小型CQM系列。圖1-3所示為三菱MELSEC-Q系列PLC的外形圖。

  圖3是基于RT-Linux系統(tǒng)的嵌入式PLC實時任務(wù)關(guān)系圖,其中適配卡輸入輸出主要是完成數(shù)控系統(tǒng)的輸入輸出,即各軸位置控制命令的輸出、I/O的輸出、I/O輸入以及位置反饋輸入,它實際上是數(shù)控系統(tǒng)控制卡的設(shè)備驅(qū)動模塊,其優(yōu)先級在數(shù)控系統(tǒng)的各實時任務(wù)中為。根據(jù)其硬件特征以及運動控制要求,其響應(yīng)周期為100μs,響應(yīng)時鐘周期由PC機(jī)I/O接口卡上的硬件定時器產(chǎn)生。根據(jù)RT-Linux系統(tǒng)對硬件中斷的響應(yīng)機(jī)制,輸入輸出控制任務(wù)的實時性是可以保證的,這一點在我們的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)得到驗證。

    圖3中PLC控制主要是完成數(shù)控系統(tǒng)的PLC控制功能,其任務(wù)優(yōu)先級低于適配卡輸入輸出,同時也低于數(shù)控系統(tǒng)的精插補(bǔ)實時任務(wù)和位置伺服實時任務(wù)。根據(jù)通用數(shù)控系統(tǒng)的PLC控制要求,確定其響應(yīng)周期為5ms,響應(yīng)周期由RT-Linux的軟件定時器產(chǎn)生,根據(jù)RT-Linux系統(tǒng)的實時多任務(wù)調(diào)度機(jī)制,PLC控制任務(wù)的實時性是可以保證的。在實際應(yīng)用中也得到驗證。

    嵌入式PLC的實時任務(wù)模塊數(shù)據(jù)通訊

    完成數(shù)控系統(tǒng)PLC控制的兩個實時任務(wù)之間由于需要輸入輸出的數(shù)據(jù)量(一般情況下為64輸入,64輸出,但輸入輸出根據(jù)需要還可以擴(kuò)展)不太大,因而采用共享內(nèi)存的通訊方式,在適配卡輸入輸出和PLC控制

    兩個實時任務(wù)之間開兩塊共享內(nèi)存,一塊用于適配卡向PLC控制傳輸I/O口狀態(tài)信息,另一塊用于PLC控制向適配卡輸入輸出任務(wù)傳輸經(jīng)PLC邏輯處理后的控制信息。

    在這里,兩個實時任務(wù)間不采用RT-FIFO進(jìn)行通訊的原因在于這兩個實時任務(wù)間通訊的數(shù)據(jù)量不是很大,而這兩個實時任務(wù)運行周期差別較大,采用RT-FIFO傳輸數(shù)據(jù),為了避免FIFO的阻塞,相應(yīng)地要增加兩個任務(wù)間的協(xié)調(diào)機(jī)制,這樣的通訊效果未必比采用共享內(nèi)存好,而且共享內(nèi)存的讀寫速度比FIFO相對較快。

    嵌入式PLC的實時任務(wù)的實現(xiàn)

    適配卡輸入輸出為動態(tài)可加載模塊,適配卡輸入輸出模塊(任務(wù))以100μs為周期的硬件定時中斷,完成各軸位置控制指令和I/O的輸出、各軸位置反饋值和I/O的輸入,適配卡輸出值來自于位置伺服任務(wù)和PLC控制任務(wù),輸入值來自于適配卡的輸入接口。PLC控制模塊(任務(wù))同樣也是一個動態(tài)可加載模塊,它以5ms的軟定時,周期性地從它與總控模塊通訊的RT-FIFO讀取控制信息(如M指令,S指令及T指令),同時從它與適配卡輸入輸出模塊通訊的共享內(nèi)存中讀取I/O信息,然后進(jìn)行邏輯處理,后將結(jié)果寫入共享內(nèi)存供適配卡輸入輸出模塊讀取并輸出。

    結(jié)論

    目前該嵌入式PLC模塊已成功應(yīng)用于清華大學(xué)精儀系制造工程研究所THHP-III數(shù)控系統(tǒng)(基于RedHatLinux8.0+RTLinux3.1)中,該模塊可以滿足對普通數(shù)控系統(tǒng)和加工中心PLC控制要求。

PLC有兩種基本的工作模式，即運行(RUN)模式與停止(STOP)模式。在運行模式，PLC通過反復(fù)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時地響應(yīng)隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至PLC停機(jī)或切換到STOP工作模式。

除了執(zhí)行用戶程序外，在每次循環(huán)過程中， PLC還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個階段（見圖1-5）。PLC的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計算機(jī)執(zhí)行指令的速度*，從外部輸入-輸出關(guān)系來看，處理過程似乎是同時完成的。

在內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU．模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復(fù)位，以及完成一些其它內(nèi)部工作。

在通信服務(wù)階段，PLC與其它的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。

  當(dāng)PLC處于停止(STOP)模式時，只執(zhí)行以上的操作。PLC處于運行(RUN)模式時，還要完成另外三個階段的操作。

    在PLC的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。PLC梯形圖中的其他編程元件也有對應(yīng)的映像存儲區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。