TERM模式:将模式开关从RUN位置切换至TERM位置时,CPU仍处于RUN模式。但如果电源状态发生变化,当电源恢复时,CPU会自动进入STOP模式。将模式开关从STOP位置切换至TERM位置时,CPU仍处于STOP模式。当模式开关处于TERM位置时,允许STEP7-Micro/WIN软件控制PLC的运行模式。TERM状态还和机器的特殊存储器状态位SM0.7有关,可用于自由口通信的控制,在现场调试程序时很有用处。
1.3.2 S7-200 PLC的工作过程
S7-200 PLC采用周期性循环处理的顺序扫描工作方式。整个扫描工作过程包括读取输入、执行用户程序、处理通信请求、执行CPU自诊断程序和写入输出5个阶段,如图1-7所示。但在STOP模式下,会跳过执行用户程序阶段。整个扫描过程执行一遍所需的时间称为扫描周期。扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配置以及用户程序大小有关,典型值为1~100ms。
S7-200 PLC在每次扫描周期开始时先读取数字量输入点状态,并将这些状态值写入输入映像寄存器中。无相应的实际物理输入点的数字量输入位,在每次更新时,PLC将相应的映像寄存器清零,除非它被强制。在工作过程的其他阶段,过程映像输入寄存器与外界隔离,无论输入信号如何变化,其内容保持不变,直到下一个扫描周期的读取输入阶段。
对于模拟量输入,除非启用了模拟量输入过滤,否则S7-200在正常扫描周期中不更新来自扩展模块的模拟量输入。当启用了模拟量输入滤波功能后,S7-200会在每一个扫描周期刷新模拟量、执行滤波功能并且在内部存储滤波值。当程序访问模拟量输入时使用滤波值。如果没有启用模拟量输入滤波,则当程序访问模拟量输入时,S7-200都会直接从扩展模块读取模拟值。
在每次扫描期间,CPU224XP的AIW0和AIW2模拟量输入都会读取模数转换器上生成的新值,从而完成刷新。该转换器求取的是均值,因此通常无须软件滤波。
2.执行用户程序
在扫描周期执行用户程序阶段,CPU从头至尾执行用户程序,直至遇到结束指令。遇到结束指令时,PLC检查系统的智能模块是否需要服务。如果需要,信息将被读取并缓存,以用于循环周期的下一个阶段。
在程序或中断程序的执行过程中,当指令中涉及数字量输入、输出状态时,PLC从输入映像寄存器和输出映像寄存器中读出,根据用户程序进行运算,将数字量输出的运算结果再存入输出映像寄存器,并立即刷新I/O指令允许直接访问物理输入与输出。
如果在程序中使用子程序,则子程序作为程序的一部分存储,当由主程序、另一个子程序或中断程序调用时,则执行子程序。如果在程序中使用了中断,与中断事件相关的中断程序就作为程序的一部分被存储。中断程序并不作为正常扫描周期的一部分来执行,而是当中断事件发生时才执行(可能在扫描周期的任意点)。
3.处理通信请求
在处理通信请求阶段,S7-200 PLC处理从通信端口或智能I/O接口模块接收到的任何信息。
4.执行CPU自诊断程序
在执行CPU自诊断程序阶段,S7-200 PLC检查CPU的操作、操作系统EEPROM、用户程序存储区以及I/O扩展模块状态是否正常。
5.写入输出
在每个扫描周期的结尾,CPU执行写入输出阶段,把存储在输出映像寄存器中的数据写入数字输出点(模拟量输出直接刷新,与扫描周期无关)。
因此,PLC在一个扫描周期内,对数字量输入状态的采样只在读取输入阶段进行,当PLC开始执行用户程序后,输入端将被封锁,直到下一个扫描周期的读取输入阶段才对输入状态重新采样。在用户程序中如果对数字量输出结果多次赋值,只有后一次有效。在一个扫描周期内,只在写入输出阶段才将输出状态从输出映像寄存器中输出,在其他阶段,输出状态一直保存在输出映像寄存器中。对于没有启用滤波功能的模拟量输入和模拟量输出,是直接刷新到模块的物理输入和输出,与扫描周期无关。
PLC的通信包括PLC之间的通信、PLC与上位计算机之间的通信以及和其他智能设备之间的通信。PLC之间通信的实质就是计算机的通信,使得众多的独立的控制任务构成一个控制工程整体,形成模块控制体系。PLC与计算机连接组成网络,将PLC用于控制工业现场,计算机用于编程、显示和管理等任务,构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统(DCS)。
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1.1.1 通信的基本概念
(1)串行通信与并行通信
串行通信和并行通信是两种不同的数据传输方式。
并行通信就是将一个8位数据(或16位、32位)的每一个二进制位采用单独的导线进行传输,并将传送方和接收方进行并行连接,一个数据的各二进制位可以在同一时间内一次传送。例如,老式打印机的打印口和计算机的通信就是并行通信。并行通信的特点是一个周期里可以一次传输多位数据,其连线的电缆多,因此长距离传送时成本高。
串行通信就是通过一对导线将发送方与接收方进行连接,传输数据的每个二进制位,按照规定顺序在同一导线上依次发送与接收。例如,常用的优盘的USB接口就是串行通信。串行通信的特点是通信控制复杂,通信电缆少,因此与并行通信相比,成本低。串行通信是一种趋势,随着串行通信速率的提高,以往使用并行通信的场合,现在完全或部分被串行通信取代,如打印机的通信,现在基本被串行通信取代,再如个人计算机硬盘的数据通信,现在已经被串行通信取代。
(2)异步通信与同步通信
异步通信与同步通信也称为异步传送与同步传送,这是串行通信的两种基本信息传送方式。从用户的角度上说,两者主要的区别在于通信方式的“帧”不同。
异步通信方式又称起止方式。它在发送字符时,要先发送起始位,然后是字符本身,后是停止位,字符之后还可以加入奇偶校验位。异步通信方式具有硬件简单、成本低的特点,主要用于传输速率低于19.2kbit/s以下的数据通信。
同步通信方式在传递数据的同时,也传输时钟同步信号,并始终按照给定的时刻采集数据。其传输数据的效率高,硬件复杂,成本高,一般用于传输速率高于20kbit/s以上的数据通信。
半双工(Half Simplex)指数据可以进行双向数据传送,同一时刻,只能发送数据或者接收数据。通常需要一对双绞线连接,与全双工相比,通信线路成本低。例如,RS-485只用一对双绞线时就是“半双工”通信方式。
1.1.2 RS-485标准串行接口
(1)RS-485接口
RS-485接口是在RS-422基础上发展起来的一种EIA标准串行接口,采用“平衡差分驱动”方式。RS-485接口满足RS-422的全部技术规范,可以用于RS-422通信。RS-485接口通常采用9针连接器。
西门子PLC的PPI通信、MPI通信和PROFIBUS-DP现场总线通信的物理层都是RS-485通信,而且都是采用相同的通信线缆和专用网络接头。西门子提供两种网络接头,即标准网络接头和包括编程端口接头,可方便地将多台设备与网络连接,编程端口允许用户将编程站或HMI设备与网络连接,而不会干扰任何现有网络连接。编程端口接头通过编程端口传送所有来自S7-200 CPU的信号(包括电源针脚),这对于连接由S7-200 CPU(例如SIMATIC文本显示)供电的设备尤其有用。标准网络接头的编程端口接头均有两套终端螺钉,用于连接输入和输出网络电缆。这两种接头还配有开关,可选择网络偏流和终端。
PLC网络中的名词、术语很多,现将常用的予以介绍。
① 站(Station)在PLC网络系统中,将可以进行数据通信、连接外部输入/输出的物理设备称为“站”。例如,由PLC组成的网络系统中,每台PLC可以是一个“站”。
② 主站(Master Station)PLC网络系统中进行数据链接的系统控制站,主站上设置了控制整个网络的参数,每个网络系统只有一个主站,主站号的固定为“0”,站号实际就是PLC在网络中的地址。
③ 从站(Slave Station)PLC网络系统中,除主站外,其他的站称为“从站”。
④ 远程设备站(Remote Device Station)PLC网络系统中,能同时处理二进制位、字的从站。
⑤ 本地站(Local Station)PLC网络系统中,带有CPU模块并可以与主站以及其他本地站进行循环传输的站。