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潯之漫 智控技術(shù)有限公司  上海詩慕自動(dòng)化設(shè)備有限公司
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CPU上具備了一個(gè)適合于快速控制過程的實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)。

　　這種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可對(duì)包含不同執(zhí)行層次的執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行組織。

　　執(zhí)行系統(tǒng)

　　SIMOTION 執(zhí)行系統(tǒng)會(huì)區(qū)分系統(tǒng)執(zhí)行層和用戶執(zhí)行層（任務(wù)）：

　　對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體操作所需的系統(tǒng)任務(wù)處理操作。通過工藝對(duì)象，將在 SERVO、IPO 和 IPO2 系統(tǒng)任務(wù)中執(zhí)行閉環(huán)位置控制和特性參數(shù)計(jì)算。

　　系統(tǒng)會(huì)定期執(zhí)行系統(tǒng)任務(wù)?？梢韵到y(tǒng)循環(huán)時(shí)鐘。

　　具有不同執(zhí)行特性的執(zhí)行層可用于與任務(wù)有關(guān)的用戶編程（用戶程序任務(wù)）。

　　執(zhí)行層定義了執(zhí)行系統(tǒng)中程序的時(shí)間順序。每個(gè)執(zhí)行層都包含一個(gè)或多個(gè)任務(wù)。具體用戶程序分配給這些任務(wù)。

　　所有程序（因而所有任務(wù)）都可執(zhí)行 PLC、工藝和運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)。

　　任務(wù)相關(guān)執(zhí)行的任務(wù)類型為：

　　同步任務(wù)

　　循環(huán)任務(wù)

　　順序任務(wù)

　　時(shí)間觸發(fā)的任務(wù)，以及

　　中斷驅(qū)動(dòng)的任務(wù)

　　同步任務(wù)與系統(tǒng)任務(wù)以及變頻器的控制循環(huán)或等時(shí)同步 PROFIBUS/PROFINET 平行運(yùn)行。

　　借助于這些同步任務(wù)，整個(gè)應(yīng)用處于等時(shí)同步模式下（應(yīng)用程序 ? 驅(qū)動(dòng)器 ? I/O）。其結(jié)果是反應(yīng)時(shí)間短，并且該應(yīng)用易于復(fù)寫。

　　應(yīng)用程序具有以下執(zhí)行層：

　　啟動(dòng)任務(wù)

　　一旦操作模式從停止過渡到運(yùn)行，StartupTask立即執(zhí)行，控制系統(tǒng)啟動(dòng)。

　　背景任務(wù)

　　BackgroundTask是循環(huán)執(zhí)行的，并應(yīng)用于一

　　同一MotionTask中，指令序列通常連續(xù)執(zhí)行，例如，下一指令僅在當(dāng)前指令完成時(shí)才開始。

　　在這些等待時(shí)間期間，MotionTasks 不需要任何 CPU 時(shí)間，但會(huì)在接收到等待事件時(shí)立即做出響應(yīng)。

　　同步任務(wù)

　　在伺服同步用戶任務(wù)中，可在伺服級(jí)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格的終端-終端 I/O 響應(yīng)，或快速影響整定值（與技術(shù)功能對(duì)象（如位置控制器）的系統(tǒng)循環(huán) SERVO 同步）。

　　IPO 同步用戶任務(wù)在插補(bǔ)循環(huán) IPO 或減速循環(huán) IPO2 前可即時(shí)同步開始執(zhí)行。

　　可實(shí)現(xiàn)快速的運(yùn)動(dòng)控制反應(yīng)以及閉環(huán)控制任務(wù)，這些閉環(huán)控制任務(wù)中，實(shí)際值的 度和設(shè)點(diǎn)的輸出必須同步。

　　技術(shù)功能對(duì)象的參考變量在系統(tǒng)循環(huán) IPO 和 IPO2 中進(jìn)行計(jì)算。

　　因此，用戶程序與驅(qū)動(dòng)的控制周期和I/O的處理同步。同步確保了短反應(yīng)時(shí)間，尤其是確定性的、可重現(xiàn)的機(jī)器行為。

　　DCC 任務(wù)

　　驅(qū)動(dòng)控制圖（選項(xiàng)）采用上述的同步任務(wù)。此外，能在各個(gè)塊上分配更高的同步執(zhí)行水平（DCC的特殊任務(wù)）。

　　中斷任務(wù)

當(dāng)使用簡(jiǎn)易編程器將程序輸入 PLC 時(shí)，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，以便輸入。當(dāng)使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計(jì)算機(jī)上編程時(shí)，可通過上下位機(jī)的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。

（ 7 ）進(jìn)行軟件測(cè)試

程序輸入 PLC 后，應(yīng)*進(jìn)行測(cè)試工作。因?yàn)樵诔绦蛟O(shè)計(jì)過程中，難免會(huì)有疏漏的地方。因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上去之前，必需進(jìn)行軟件測(cè)試，以排除程序中的錯(cuò)誤，同時(shí)也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。

（ 8 ）應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試

在 PLC 軟硬件設(shè)計(jì)和控制柜及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個(gè)部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，然后再進(jìn)行整體調(diào)試；如果控制程序的步序較多，則可*進(jìn)行分段調(diào)試，然后再連接起來總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。

（ 9 ）編制技術(shù)文件

系統(tǒng)技術(shù)文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細(xì)表、 PLC 梯形圖。

@
PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 ． PLC 型號(hào)的選擇

在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前，要詳細(xì)了解被控對(duì)象的控制要求，從而決定是否選用 PLC 進(jìn)行控制。

在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復(fù)雜（需要大量中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等）、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁、需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信息管理（有數(shù)據(jù)運(yùn)算、模擬量的控制、 PID 調(diào)節(jié)等）、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)等情況下，使用 PLC 控制是很必要的。

目前，國(guó)內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面權(quán)衡利弊、合理地選擇機(jī)型才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。一般選擇機(jī)型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費(fèi)。機(jī)型的選擇可從以下幾個(gè)方面來考慮。

（ 1 ）對(duì)輸入 / 輸出點(diǎn)的選擇

盲目選擇點(diǎn)數(shù)多的機(jī)型會(huì)造成一定浪費(fèi)。

要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需總點(diǎn)數(shù)的 15 ～ 20 ％留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點(diǎn)數(shù)。

另外要注意，一些高密度輸入點(diǎn)的模塊對(duì)同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù)有限制，一般同時(shí)接通的輸入點(diǎn)不得超過總輸入點(diǎn)的 60 ％； PLC 每個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力（ A/ 點(diǎn)）也是有限的，有的 PLC 其每點(diǎn)輸出電流的大小還隨所加負(fù)載電壓的不同而異；一般 PLC 的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選型時(shí)要考慮這些問題。

PLC 的輸出點(diǎn)可分為共點(diǎn)式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點(diǎn)之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級(jí)，但這種 PLC 平均每點(diǎn)的價(jià)格較高。如果輸出信號(hào)之間不需要隔離，則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的 PLC 。

（ 2 ）對(duì)存儲(chǔ)容量的選擇

對(duì)用戶存儲(chǔ)容量只能作粗略的估算。在僅對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點(diǎn)數(shù)乘 10 字 / 點(diǎn)＋輸出總點(diǎn)數(shù)乘 5 字 / 點(diǎn)來估算；計(jì)數(shù)器/ 定時(shí)器按（ 3 ～ 5 ）字 / 個(gè)估算；有運(yùn)算處理時(shí)按（ 5 ～ 10 ）字 / 量估算；在有模擬量輸入 / 輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入 / （或輸出）一路模擬量約需（ 80 ～ 100 ）字左右的存儲(chǔ)容量來估算；有通信處理時(shí)按每個(gè)接口 200 字以上的數(shù)量粗略估算。后，一般按估算容量的50 ～ 100 ％留有裕量。對(duì)缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者，選擇容量時(shí)留有裕量要大些。

（ 3 ）對(duì) I/O 響應(yīng)時(shí)間的選擇

PLC 的 I/O 響應(yīng)時(shí)間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時(shí)間延遲（一般在 2 ～ 3 個(gè)掃描周期）等。對(duì)開關(guān)量控制的系統(tǒng)，PLC 和 I/O 響應(yīng)時(shí)間一般都能滿足實(shí)際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應(yīng)問題。但對(duì)模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個(gè)問題。

（ 4 ）根據(jù)輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型

不同的負(fù)載對(duì) PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如，頻繁通斷的感性負(fù)載，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優(yōu)點(diǎn)，如導(dǎo)通壓降小，有隔離作用，價(jià)格相對(duì)較便宜，承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，其負(fù)載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級(jí)范圍大等。所以動(dòng)作不頻繁的交、直流負(fù)載可以選擇繼電器輸出型的 PLC 。

（ 5 ）對(duì)在線和離線編程的選擇

離線編程示指主機(jī)和編程器共用一個(gè) CPU ，通過編程器的方式選擇開關(guān)來選擇 PLC 的編程、監(jiān)控和運(yùn)行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時(shí)， CPU 只為編程器服務(wù)，而不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制。編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機(jī)和編程器各有一個(gè) CPU ，主機(jī)的 CPU 完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制，在每一個(gè)掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機(jī)，在下一個(gè)掃描周期主機(jī)將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)輔助編程既能實(shí)現(xiàn)離線編程，也能實(shí)現(xiàn)在線編程。在線編程需購(gòu)置計(jì)算機(jī)，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)需要決定。

（ 6 ）據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型

若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，則 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求 PLC 應(yīng)具有連接其他 PLC 、上位計(jì)算機(jī)及 CRT 等的接口。大、中型機(jī)都有通信功能，目前大部分小型機(jī)也具有通信功能。

（ 7 ）對(duì) PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇

在相同功能和相同 I/O 點(diǎn)數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價(jià)格低。但模塊式具有功能擴(kuò)展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點(diǎn)，要按實(shí)際需要選擇 PLC 的結(jié)構(gòu)形式。

　　有幾個(gè)時(shí)間控制任務(wù)。呼叫周期是參數(shù)化的。定期執(zhí)行的任務(wù)通常放在此處。

　　搣中斷任務(wù)攠

　　InterruptTasks 用于快速響應(yīng)利用中斷發(fā)出信號(hào)的內(nèi)部事件。InterruptTasks 可由系統(tǒng)中斷（如報(bào)警和超時(shí)）激活，或由用戶中斷激活。

　　關(guān)機(jī)任務(wù)

　　當(dāng)過渡到停止模式時(shí)，調(diào)用ShutdownTask?？稍诖颂幎x轉(zhuǎn)換到此系統(tǒng)狀態(tài)的特定行為。

　　所有任務(wù)都可有一套完整的指令。例如，可在當(dāng)前定位指令上添加另一運(yùn)動(dòng)，它是來自由用戶中斷任務(wù)觸發(fā)的MotionTask：

　　SIMOTION應(yīng)用的任務(wù)結(jié)構(gòu)

　　SIMOTION應(yīng)用的任務(wù)結(jié)構(gòu)

　　技術(shù)功能包的運(yùn)行層級(jí)

　　可以面向具體對(duì)象來設(shè)置運(yùn)動(dòng)控制工藝對(duì)象的執(zhí)行周期。

　　工藝對(duì)象在執(zhí)行層 SERVO 周期和 IPO 周期或 IPO2 周期內(nèi)執(zhí)行，這些周期與 PROFIBUS 或 PROFINET 周期同步。

　　IPO/IPO2 循環(huán)中的指令評(píng)估和運(yùn)動(dòng)控制

　　SERVO 周期內(nèi)的位置和整定值控制

　　SIMOTION D435?2 DP/PN、D445­2 DP/PN 和 D455?2 DP/PN 控制單元具有一個(gè)附加運(yùn)行層（SERVOFast，IPOFast）。

　　通過這個(gè)附加的運(yùn)行層，可更高效地利用控制器性能。根據(jù)所需的動(dòng)態(tài)性能，電氣和/或液*可在一個(gè)慢速總線系統(tǒng)和一個(gè)快速總線系統(tǒng)間分布。

　　例如，可以用需要較少資源的毫秒級(jí)周期時(shí)間對(duì)電氣定位驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，同時(shí)，可以用較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和較短周期時(shí)間對(duì)液壓機(jī)的壓力控制軸進(jìn)行控制。

　　通過運(yùn)行層（SERVOFast，IPOFast），還可實(shí)現(xiàn)快速的 I/O 處理，例如，結(jié)合使用高速 PROFINET I/O 模塊時(shí)。

　　執(zhí)行系統(tǒng)的其它特性

　　操作狀態(tài)- 運(yùn)行、停止、用戶停止（Stop User程序，用于測(cè)試和調(diào)試）

　　輸入/輸出的過程圖象，按BackgroundTask、SynchronousTasks 和 TimerInterruptTasks分開。

　　調(diào)試功能，例如