【正文】 等。系統(tǒng)程序存儲器用于存儲整個系統(tǒng)的監(jiān)控程序，一般采用只讀存儲器 (Read Only Memory， ROM)，具有掉電不丟失信息的特性。由于 EPROM擦寫不方便，目前已逐漸被 EEPROM所取代。因此，它需要一定數(shù)量的存儲單元 (RAM)來暫時存放 I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作 I/O緩沖區(qū)。另外，不同的 PLC還提供數(shù)量不等的特殊內(nèi)部繼電器，具有不同的特殊功能。按 I/O點數(shù)確定模塊的規(guī)格及數(shù)量， I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受 PLC所能管理的配置能力，即底板或機架槽數(shù)的限制。 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) 第 4章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 智能模塊 除了上述通用的 I/O模塊外， PLC還提供了各種各樣的特殊 I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、高速計數(shù)器、位置控制、以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線、遠(yuǎn)程 I/O控制、溫度控制、中斷控制、聲音輸出、打印機等專用型或智能型的 I/O模塊，用以滿足各種特殊功能的控制要求。如果沒有一個良好的、可靠的電源，系統(tǒng)是無法正常工作的。對于直流輸入的 PLC，電源的額定電壓一般為 24VDC。 PLC內(nèi)部與輸入端子連接的輸入繼電器是用光電耦合器隔離的電子繼電器，編號與接線端子編號一致，如圖 。 3. 內(nèi)部繼電器 PLC中有很多內(nèi)部繼電器，其線圈與輸出繼電器一樣，由 PLC內(nèi)各軟元件的觸點驅(qū)動。這類繼電器只能單個使用，而且只能使用觸點，不能使用線圈。 每個定時器只有一個輸入。當(dāng)復(fù)位控制信號的上升沿到來時，計數(shù)器被復(fù)位。 PLC中每一個數(shù)據(jù)寄存器都是一個字存儲單元，都是 16位 (最高位為正、負(fù)符號位 )，也可用兩個數(shù)據(jù)寄存器組合起來存儲 32位數(shù)據(jù) (最高位為正、負(fù)符號位 )。 上文對 PLC的繼電器資源作了簡要的介紹，具體的應(yīng)用在后續(xù)章節(jié)中再結(jié)合相應(yīng)的 PLC產(chǎn)品和指令詳細(xì)討論。國際電工委員會 (IEC)在 1992年頒布了可編程控制器的編程軟件標(biāo)準(zhǔn)IEC11313，為各 PLC廠家編程的標(biāo)準(zhǔn)化鋪平了道路。 1. 梯形圖 梯形圖語言是 PLC中應(yīng)用程序設(shè)計的一種標(biāo)準(zhǔn)語言，也是在實際設(shè)計中最常用的一種語言。內(nèi)部繼電器、定時器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能作為中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。 可編程控制器的資源與編程語言 第 4章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 4. 功能塊圖 功能塊圖使用類似于布爾代數(shù)的圖形邏輯符號來表示控制邏輯，一些復(fù)雜的功能用指令框表示，適合于有數(shù)字電路基礎(chǔ)的編程人員使用。 前面對 PLC的基本情況作了一般性的介紹。 (2) 必須熟悉 PLC的指令系統(tǒng)。 可編程控制器的資源與編程語言 第 4章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 可編程控制器的工作原理 PLC在本質(zhì)上是一臺微型計算機，其工作原理與普通計算機類似，具有計算機的許多特點。 計算機一般采用等待輸入、響應(yīng)處理的工作方式，沒有輸入時就一直等待輸入，如有鍵盤操作或鼠標(biāo)等 I/O信號的觸發(fā)，則由計算機的操作系統(tǒng)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的程序。第二步掃描用戶程序，根據(jù)本周期輸入信號的狀態(tài)和上周期輸出信號的狀態(tài)，對用戶程序逐條進(jìn)行運算處理，將結(jié)果送到輸出緩沖區(qū)。自檢過程的主要任務(wù)是消除各繼電器和寄存器狀態(tài)的隨機性，進(jìn)行復(fù)位和初始化處理，檢查 I/O模塊的連接是否正常，再對內(nèi)存單元進(jìn)行測試。 1. 故障診斷及處理操作 這是在每一次掃描程序前對 PLC系統(tǒng)作一次自檢。對應(yīng)于輸入端的數(shù)據(jù)區(qū)為輸入緩沖區(qū)，對應(yīng)于輸出端的數(shù)據(jù)區(qū)為輸出緩沖區(qū)。 輸入操作實際是采樣輸入信號，刷新輸入緩沖區(qū)的內(nèi)容，輸出操作則是送出處理結(jié)果，按輸出緩沖區(qū)的內(nèi)容刷新輸出信號。 3. 執(zhí)行用戶程序 用戶程序的執(zhí)行一般包括程序的具體執(zhí)行與監(jiān)視兩部分操作。每次執(zhí)行程序前復(fù)位 WDT并開始計時。但 PLC的掃描周期一般只有幾十毫秒或更少，兩次采樣之間的時間很短，對于一般輸入量來說可以忽略。如考慮到 I/O硬件電路的延時， PLC的響應(yīng)滯后就更大一些。在這兩個階段中，即使外部的輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，輸入緩沖區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。在此期間， CPU按照輸出緩沖區(qū)中對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。因此，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入繼電器在 I/O緩沖區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而輸出繼電器和其他軟元件在 I/O緩沖區(qū)或系統(tǒng) RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化。完成上述 3個階段稱作一個掃描周期。對慢速控制系統(tǒng)來說，滯后現(xiàn)象反而增加了系統(tǒng)的抗干擾能力。 4. 響應(yīng)外設(shè)的服務(wù)請求 外設(shè)命令是可選操作，它給操作人員提供了交互機會，也可與其他系統(tǒng)進(jìn)行通信，不會影響系統(tǒng)的正常工作，而且會更有利于系統(tǒng)的控制和管理。其中輸入狀態(tài)在采樣時刷新，輸出狀態(tài)則根據(jù)用戶程序而逐個更新。即只有在采樣 (刷新 )時刻，輸入緩沖區(qū)中的內(nèi)容才與輸入信號 (不考慮電路固有慣性和滯后影響 )一致，其他時間范圍內(nèi)輸入信號的變化不會影響輸入緩沖區(qū)的內(nèi)容。 通常把 PLC內(nèi)部的各種存儲器稱為“軟繼電器”。 2. 數(shù)據(jù)輸入和輸出操作 數(shù)據(jù)輸入和輸出操作即為 I/O狀態(tài)刷新。 可編程控制器的工作原理 第 4章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 在正常的掃描周期中， PLC內(nèi)部要進(jìn)行一系列操作，一般包括故障診斷及處理操作、連接工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)輸入和輸出操作、執(zhí)行用戶程序和響應(yīng)外部設(shè)備的任務(wù)請求 (如打印、顯示和通信等 )。一個掃描周期中除了執(zhí)行指令外，還有 I/O刷新、故障診斷和通信等操作，如圖 。 PLC在工作時采用循環(huán)掃描的工作方式。而 PLC采用了一種不同于一般計算機的運行方式，即循環(huán)掃描。 (3) 必須熟悉 PLC的輸入和輸出電路特性及外部輸入 /輸出設(shè)備與 PLC的輸入 /輸出繼電器的連接方法。這是進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計的前提和基礎(chǔ)。輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運算，方框用“導(dǎo)線”連在一起。一般由多條語句組成一個程序段。梯形圖由觸點、線圈和指令框等構(gòu)成。 (2) 指令表 (Instruction List， IL) 適合于簡單文本的程序設(shè)計。所以，采用 PLC進(jìn)行控制就涉及到用相應(yīng)的程序設(shè)計語言來完成編程的任務(wù)。默認(rèn)狀態(tài)下各個單元的數(shù)據(jù)均為 0。 不同的 PLC其定時器和計數(shù)器的編址方式 (即編號 )不同，具體工作特性和數(shù)量的多少也不一樣。需要注意的是， PLC中的定時器沒有常規(guī)的時間繼電器一樣的瞬動觸點。 4. 定時器 PLC中的定時器根據(jù)時鐘脈沖的累積計時。內(nèi)部繼電器一般分為通用內(nèi)部繼電器和特殊內(nèi)部繼電器。輸入電路的時間常數(shù)一般小于 10ms。這些編程用的繼電器的工作線圈沒有工作電壓等級、功耗大小和電磁慣性等問題。有些 PLC中的電源與 CPU模塊合二為一，有些是分開的。編程設(shè)備用于輸入和編輯用戶程序，對系統(tǒng)作一些設(shè)定，監(jiān)控 PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況。通常 I/O模塊上還有 I/O接線端子排和狀態(tài)顯示，以便于連接和監(jiān)視。 用戶程序存儲區(qū)存放用戶根據(jù)實際控制要求或生產(chǎn)工藝流程編寫的具體控制程序。該存儲區(qū)又分為具有掉電保存的存儲區(qū)域和掉電不保存的存儲區(qū)域。 1) 系統(tǒng)程序存儲區(qū) 系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當(dāng)于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序，包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等，由制造商將其固化在 ROM中，用戶不能直接存取。