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按钮 行程开关 传感器 触点 输入接口 中央处理器 程序存储器 用户程序 系统程序 电源 输出接口 KM线圈 信号灯 电动机 电磁阀
图4.1 PLC结构
通过多年来的广泛应用，PLC的特点日益突出，归纳起来有以下几点：
（1）可靠性高，抗干扰能力强。这往往是用户选择控制装置的首要条件。PLC生产厂家在硬件和软件上采取了一系列干扰措施，使它克制直接安装于工业现场而稳定可靠地工作。
（2）适应性强，应用灵活。由于PLC产品均成系列化生产，品种齐全，多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展，用户可以根据自己的需要自由选择。
（3）编程方便，易于使用。PLC的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气技术人员的欢迎。
（4）控制系统设计，安装，调试方便。 （5）维护方便，维修量小。
（6）功能完善。除基本的逻辑控制，定时，计数，算术运算外等功能外，配合特殊功能模块还可以实现点位控制。
正是由于以上几点，PLC技术深受世界各地工厂工程技术人员和工人的欢迎。 4.1.2 PLC程序介绍 （1）负压报警模块
负压报警模块负责监控采样口处得压力变化，正常工作时烟道内是高温高压的环境，出现负压则表明采样后部的压力过大，及系统内的器官压力超标，容易造成系统采样或分析子系统管路损坏，应立即采取措施。本模块就是对这一情况作出判断和报警，必要时关闭抽气泵。
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图4.2负压报警模块梯形图
在图4.2中，负压表接点开启，处于自动按钮状态下扫描，判断2秒钟内是否持续有负压，若有则将M0.0置1，即报警信号输出，若在50分钟内，有3次报警，则M2.2清零，即抽气泵停止工作。 （2）采样抽气模块
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本模块主要功能是延迟10S采样，因为管道内有烟尘等杂质，每次采样前都必须要气体吹扫，这样采样测量出来的值比较准确。采样完经过除湿器，除湿器开启，同时开关球阀开启，手动按钮按下，抽气泵运作。抽样当中T6从0.1-1800S循环计数。
图4.3采样模块程序梯形图
（3）故障报警模块
图4.4故障报警流程图
图4.4中，当故障报警，抽气泵或除湿器故障，计时器5S，若一直有前述故障，而且在50分钟内有3次报警，则T41输出故障信号。
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4.2 组态软件介绍
4.2.1 组态软件的概述
随着计算机技术的高速发展，自动控制领域尤其工业控制系统也与日俱进，不断登上新台阶。现代流行的工业控制系统一般由上位机和下位机组成，通常上位机由PC组成，负责生产过程的监视与控制；而下位机由PLC或其他控制器担当，主要负责数据采集及现场控制；两者之间通过无线、因特网等进行通信。根据需要取舍、组合的组态软件，可以作为上位机的系统软件。 4.2.2 组态软件与工控软件
组态软件是当前工业控制领域流行的一种既设软件，属于数据采集与过程控制的专用软件，能以灵活的组态方式提供良好的开发界面和简洁的使用方法，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O设备，与高可靠的工控机和网络系统组合。
带有数据采集卡或网络通信口等硬件的PC机或工控机组合了所需的软件模块后，便具有了灵魂，就可以发挥强大的数据处理能力，并对生产过程进行监视与控制，这就是上位机。被集成于上位机的组态软件使整个生产过程的管理、监视、控制实现自动化，因此大大减少了劳动强度，节约了管理成本，提高了产品合格率，提高了效率，节约了成本。
下位机由PLC组成。PLC逐渐发展成以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术及通信技术于一体的一种新型工业控制装置。PLC用于工业控制，一般将各种传感器接入其输入接口，各种执行器接入输出接口。控制具体目标时，既由现场编制的程序控制执行，也可由上位机的系统程序通过媒介控制执行。 4.2.3 组态软件在系统的使用 （1）WinCC组态软件
WinCC是在生产和过程自动化中解决可视化和控制人物的工业技术中性系统。它提供了适用于工业的图形显示、消息等等。具有快速的画面更新、以及可靠的数据使其具有高度的实用性。
4.3 PLC与PC之间的数据传输方式
4.3.1 PLC与PC通讯的一般方式
计算机和PLC结合的关键是他们之间通信功能的实现。由于串行通信具有线路简单、应用灵活、可靠性高等优点，并且普通计算机均有串行口，所以通常上位计算机与PLC之间的通信都是采用串行通信的方式。目前PLC和PC机之间的通信方式有以下几种：
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（1）使用通用的上位机组态软件。如WINCC等，来实现PLC与PC机得通信。组态软件以其功能强大、界面友好、开发简洁等优点目前PC监控领域已经得到广泛的应用，但是一般价格比较昂贵。组态软件本身并不具备直接访问PLC存储器或其它智能仪表的能力，必须借助I／O驱动程序来实现。也就是说，I／O驱动程序是组态软件与PLC或其它智能仪表等设备交互信息的桥梁，负责从设备采集实时数据并将操作命令下达给设备，它的可靠性将直接影响组态软件的性能。但是在大多数情况下，I／O驱动程序是与设备有关的，即针对某种PLC的驱动程序不能驱动其它种类的PLC，因此组态软件的灵活性也受到了一定的限制。
（2）通过使用PLC开发商提供的系统协议和网络适配器，来实现PLC与PC机得通信。但是由于其通信协议是不公开的，因此通信必须使用PLC开发商提供的上位机组态软件，并采用支持相应协议的外设。可以说这种方式是PLC开发商为自己的场频量身定作的，因此难以满足不同用户的需要。
（3）利用PLC厂商所提供的标准通信端口和由用户自定义的自由口通信方式来实现PLC与PC机得通信。这种方式由用户定义通信协议，不需要增加投资，灵活性好，特别适合小规模的控制系统。
4.3.2 西门子S7-200系列PLC通信方式及应用
西门子S7-200系列PLC性能优良、性价比高，适用范围很广。本人也采用的是该系列的PLC，因此本文主要讨论西门子S7-200系列PLC通信。
（1）点对点PPI方式，用于西门子公司的PLC编程器或其他该公司人机接口产品的通信，PPI是主／从协议，网络上的S7-200均为从站，其他CPU或TD200为主站。如果在用户程序中允许PPI主站模式，他们可以用网络读写指令写其他CPU中的数据。PPI没有限制可以有多少个主站与一个从站的通信，但是在网络中最多只能有32个从站。PPI通信协议是不公开的。
（2）自由通信方式，通过使用接收中断，发送中断，字符中断、发送指令和接收指令，自由端口通信可以控制S7-200 CPU通信口得操作模式。利用自由口模式，可以实现用户定义的通信协议，连接多种只能设备。
本课题主要通过RS232串行口连接PC机上，利用自由端口通信方式来实现数据的传输。西门子S7-200系列PLC的自由端口模式是由用户控制的串行通信方式，为计算机或其他串行通信接口的设备与PLC之间的通信提供了一种灵活高效的方法。下面将详细介绍下PLC自由端口通信协议。
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