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行 业：电气 工控电器 DCS/PLC系统 

发布时间：2023-02-03

1． 单CPU采用H类型的CPU的情况，此时直接在网络连接NETPro中组态两站之间的冗余连接S7 Connection Fault-Tolerant，并在编程中使用通讯功能块组态即可。（SIEMENS标准解决方案）
2． 单CPU为非H类型的普通400 CPU的情况，此时NETPro中只能组态两站之间的普通S7连接，因此在实际通讯过程中具体使用那个连接进行通讯需要用户在程序中编程判断。本文档将基于PCS7系统，演示冗余CPU与普通单CPU之间的以太网通讯的一种解决方案。本方案非SIEMENS发布的标准解决方案，仅供用户参考学习。

基本原理：
在冗余CPU和单CPU之间组态两个S7连接，使用其中的一个连接作为默认连接在两CPU之间进行通讯，并同时相互传送一个心跳信号（定时脉冲信号，可以使用硬件时钟信号，CPU硬件参数中*）。在CPU程序中编制一个，使用心跳信号对此间复位。如果个S7连接通讯故障，通过此连接CPU接受不到心跳信号，时间溢出后则切换通讯连接到备用S7连接上。当默认连接恢复重新接收到心跳信号后，将连接切换回默认连接。

操作步骤：

Step1：打开PCS7，插入AS站，组态相应硬件和网络连接，网络连接组态如下图Pic1所示，心跳信号设置如图Pic2所示。

结合PLC的组成和结构分析PLC的工作原理容易理解。PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描，并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的。一个扫描周期主要可分为：

（1）读输入阶段。 每次扫描周期的开始，先读取输入点的当前值，然后写到输入映像寄存器区域。在之后的用户程序执行的过程中，CPU访问输入映像寄存器区域，而并非读取输入端口的状态，输入信号的变化并不会影响到输入映像寄存器的状态，通常要求输入信号有足够的脉冲宽度，才能被响应。

（2）执行程序阶段。 用户程序执行阶段，PLC按照梯形图的顺序，自左而右，自上而下的逐行扫描，在这一阶段CPU从用户程序的条指令开始执行直到后一条指令结束，程序运行放入输出映像寄存器区域。在此阶段，允许对数字量I/O指令和不设置数字滤波的模拟量I/O指令进行处理，在扫描周期的各个部分，均可对中断事件进行响应。

（3）处理通信请求阶段。 是扫描周期的信息处理阶段，CPU处理从通信端口接收到的信息。

（4）执行CPU自诊断测试阶段。在此阶段CPU检查其硬件，用户程序存储器和所有I/O模块的状态。

（5）写输出阶段。每个扫描周期的结尾，CPU把存在输出映像寄存器中的数据输出给数字量输出端点（写入输出锁存器中），新输出状态。然后PLC进入下一个循环周期，重新执行输入采样阶段，周而复始。

如果程序中使用了中断，中断事件出现，立即执行中断程序，中断程序可以在扫描周期的任意点被执行。

如果程序中使用了立即I/O指令，可以直接存取I/O点。用立即I/O指令读输入点值时，相应的输入映像寄存器的值未被修改，用立即I/O指令写输出点值时，相应的输出映像寄存器的值被修改。

传感器的定义：传感器是能够把被测量（如被测物理量、化学量、生物量等）的信息转换成与之有确定关系的电量输出的装置。在有些国家或学科领域又把它称为变换器、检测器或探测器。简单地说，传感器就是一种代替人体五种感觉器官来完成信息获取与处理的装置。人体的感觉器官就是一套**的传感系统，通过眼、、皮肤来感知外界的光、声、温度、压力等物理信息，通过鼻、舌感知气味和味道这样的化学刺激。

由传感器定义可知，传感器要能感受到被测量，并能转换成电量输出，因此传感器一般由敏感元件和转换元件两大部分组成。但很多时候也可将转换电路及辅助电源作为其组成部分，因为当今传感器件绝大多数都是将转换电路、辅助电源与敏感元件、转换元件一起做成一体化的器件。传感器的组成框图如图1所示。

 其中，敏感元件是传感器的核心，它是可以利用各种物理、化学、生物效应直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的其他物理量（包括电量）的元件（如电阻应变片、光敏电阻、热敏电阻等）

PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回条，如此周而复始不断循环。PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。 

1．输入处理 

输入处理也叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子的通端状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段。在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。  

2．程序执行 

根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。   

3．输出处理   

程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。

1. 按I/O点数和功能分类
     可编程控制器用于对外部设备的控制，外部信号的输入、PLC的运算的输出都要通过PLC输入输出端子来进行接线，输入、输出端子的数目之和被称作PLC的输入、输出点数，简称I/O点数。
    由I/O点数的多少可将PLC的I/O点数分成小型、中型和大型。
    小型PLC的I/O点数小于256点，以开关量控制为主，具有体积小、价格低的优点。可用于开关量的控制、定时/计数的控制、顺序控制及少量模拟量的控制场合，代替继电器-接触器控制在单机或小规模生产过程中使用。
    中型PLC的I/O点数在256～1024之间，功能比较丰富，兼有开关量和模拟量的控制能力，适用于较复杂系统的逻辑控制和闭环过程的控制。
    大型PLC的I/O点数在1024点以上。用于大规模过程控制，集散式控制和工厂自动化网络。
    2. 按结构形式分类
    PLC可分为整体式结构和模块式结构两大类。
    整体式PLC是将CPU、存储器、I/O部件等组成部分集中于一体，安装在印刷电路板上，并连同电源一起装在一个机壳内，形成一个整体，通常称为主机或基本单元。整体式结构的PLC具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格低的优点。一般小型或小型PLC多采用这种结构。
     模块式PLC是把各个组成部分做成独立的模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等。各模块作成插件式，并将组装在一个具有标准尺寸并带有若干插槽的机架内。模块式结构的PLC配置灵活，装配和维修方便，易于扩展。一般大中型的PLC都采用这种结构。