【正文】 ，即可編程控制器也是由中央處理器（ CPU ）、存儲器、輸入／輸出（ I/O）接口及電源組成的，只不過它比一般的通用計算機具有更強的與工業(yè)過程相連的接口能力和更直接的適應控制要求的編程語言。串行總線通訊時，使用單根導線分時傳送數(shù)字信號；并行總線則是多根導線同時傳遞數(shù)字信號，數(shù)字信號的位數(shù)決定了導線數(shù)。其流向是受 CPU模塊控制的，所以在各種結(jié)構框圖中，凡涉及到控制總線 CB, 均以雙向線表示。 n 微型計算機誕生 20世紀 70年代初。存儲器芯片內(nèi)數(shù)據(jù)在電路斷電狀態(tài)下不會丟失。n 數(shù)字量輸入模板的功用是將現(xiàn)場送來的開關信號（如按鈕信號、各種行程開關信號、繼電器觸點的閉合或打開信號等），經(jīng)光電隔離后，將電平轉(zhuǎn)換成 CPU 可處理的 TTL電平。輸入模塊接線方式輸入模塊接線端子Ea) 輸入模塊接線端子E1b)E2Ei外部電路 外部電路COM隔離式輸入接線方式n （ 2）隔離式輸入接線方式 隔離式輸入接線方式中，每一個輸入回路有兩個接線端子，由單獨的一個電源供電，如圖 45b)。數(shù)字量輸入模板結(jié)構CB DB ABIC ICIC ICICCBDBAB數(shù)據(jù)寄存器地址譯碼信號緩沖ICICICIC光電耦合狀態(tài)指示端口接線排總線接線排第二講 可編程控制器的組成和工作原理數(shù)字量輸入模板結(jié)構CB DB ABIC ICIC ICICCBDBAB數(shù)據(jù)寄存器地址譯碼信號緩沖ICICICIC光電耦合狀態(tài)指示端口接線排總線接線排第二講 可編程控制器的組成和工作原理n 由 CB、 DB、 AB 3總線形成 I/O模塊與 CPU模塊的接口，這是 “總線 +模板 ”型計算機結(jié)構組織體系的通用形式。在讀信號控制下，將外部輸入信號存入該處，便于 PLC的信號處理；數(shù)據(jù)寄存器電路信號關系n 數(shù)據(jù)寄存器電路的信號關系：n （ 1）它的輸入是 PLC輸入端口的外部開關量信號（源自光電隔離電路的輸出）；n （ 2）它的輸出是 PLC總線的數(shù)據(jù)信號線（ DB）。n 它與 DB、 CB總線上的信號在時間上有嚴格的時序關系。使 PLC與外部輸入信號進行電氣隔離；光電耦合電路還有電平轉(zhuǎn)換功能。數(shù)字量輸入模板結(jié)構CB DB ABIC ICIC ICICCBDBAB數(shù)據(jù)寄存器地址譯碼信號緩沖ICICICIC光電耦合狀態(tài)指示端口接線排總線接線排第二講 可編程控制器的組成和工作原理n 輸入接口的外部設有接線端子排，便于與現(xiàn)場信號的連接。n 電阻 R 是降壓電阻（限制施加到光電藕合器上的電壓幅值）n 電阻 R3 和電容 C是交流輸入信號 220V 的交流濾波電路，用以濾除其中的高頻或尖峰脈沖干擾信號。也可以將全部輸出點分為幾組，每組有一個公共端（ COM ）和一個單獨的電源，如圖所示。直流數(shù)字量輸出接口模板電路結(jié)構n 直流數(shù)字量輸出接口模板電路結(jié)構n 輸出接口模板電路結(jié)構如圖 410所示，可分為譯碼、控制邏輯、信號鎖存、光電隔離和輸出驅(qū)動 5個部分。n （ 3）它的功用是暫存輸出信號； 光電耦合電路n 光電耦合電路n 在數(shù)字量輸出模塊中，光電藕合電路連接信號鎖存電路的輸出端，傳遞驅(qū)動電路的控制信號。晶體管輸出型n 1）晶體管輸出型 晶體管輸出型適用于小電流工作的直流負載，具有高速運行特點，其最高工作頻率可達 20KHZ~100KHZ（1KHZ=1000HZ），其接口電參數(shù)有 CMOS電平和 TTL電平等標準。 LED二極管的驅(qū)動發(fā)光，引起光電耦合電路的副邊側(cè)光電三極管導通。n 光電耦合電路的副邊側(cè)光電三極管與晶體管的輸入端構成驅(qū)動控制信號回路。 VT可看作兩個普通晶閘管的反并聯(lián)（但其驅(qū)動信號是單極性的），只要門極 G 為高電平，就使 VT 雙向?qū)?，從而接? 220V 交流電源向負載供電。當外部輸出回路短路，熔絲動作熔融，引起電路斷路，電流流過上側(cè)，使 L2通電流驅(qū)動二極管發(fā)光，報警。生產(chǎn)現(xiàn)場信號處理要求n 通常生產(chǎn)現(xiàn)場的信號處理要求有幾種：n 需要處理多路模擬量信號；因而模擬量輸入 /輸出接口模板具有多個信號處理通道。模擬量模塊信號隔離電路結(jié)構n 為了提高模擬信號處理模塊的抗干擾能力，需要使用電氣隔離技術。信號調(diào)理電路功用是：n 1?？刂齐娐穘 控制電路 控制電路完成模板各單元的指揮協(xié)調(diào)任務。信號濾波作用n 2?？刂齐娐穘 （ 4）控制電路協(xié)調(diào)模板上的各單元工作。10V ， 177。 通訊模塊n 通訊模塊n 通信接口是專用于數(shù)據(jù)通信的一種智能模板，主要用于多臺 PLC組網(wǎng)或 PLC機 機對話。在個人計算機不斷更新?lián)Q代的今天，出現(xiàn)了使用以個人計算機為基礎的編程系統(tǒng)。電源模塊n 電源模塊n 第二類是供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源；第三類是鋰電池及其充電電源。它被安裝在控制柜的面板上，或獨立地作為操作臺放在控制室里使用?？刂七壿媽崿F(xiàn)方法n 由可編程序控制器組成的控制系統(tǒng)則是通過控制程序（軟件）實現(xiàn)不同的控制邏輯。外部輸入信號經(jīng) PLC輸入接線端子連接輸入模塊的光電耦合電路、數(shù)據(jù)寄存器電路， PLC總線進入CPU模塊；輸入部分主要是將外部多個開關量信號組合的通斷變化狀態(tài)轉(zhuǎn)換成了數(shù)字量數(shù)據(jù)信號輸入?？删幊绦蚩刂破鞯墓ぷ鬟^程有兩個顯著特點：n 一。每次掃描所用的時間稱為掃描時間，又稱為掃描周期或工作周期。I/O模塊的輸入采樣操作、與輸出刷新的操作n 在周期性順序掃描某個時段，將輸出過程映像塊內(nèi)的數(shù)據(jù)一次性地全部寫至外部輸出模塊電路的數(shù)據(jù)寄存器中，形成一個稱為 “刷新 ”的操作。對其他編程元件的數(shù)據(jù)輸入，則是直接讀自 CPU模塊內(nèi)相關的存儲區(qū)。如果程序運行正常，則在每次掃描周期的公共處理階段對 WDT進行清零（復位），避免由于 PLC在執(zhí)行程序的過程中進入死循環(huán)，或者由于PLC執(zhí)行非預定的程序而造成系統(tǒng)故障，從而導致系統(tǒng)癱瘓。n 系統(tǒng)管理程序具有下述幾個功能。因而它既不同于 VB、 VC等高級語言，又不同于匯編語言。由于可編程控制器的應用場合是工業(yè)現(xiàn)場，它的主要用戶是電氣技術人員，所以其編程語言與通用的計算機編程語言相比，具有明顯的特點，它既不同于高級語言，又不同于匯編語言，它要滿足易于編寫和易于調(diào)試的要求，還要考慮現(xiàn)場電氣技術人員的接受水平和應用習慣。n 帶地址的元素指令：以單個元素加地址的形式表示控制邏輯。下面逐一說明。因而為 PLC用戶設計的編程語言則是簡單易學。通過它將用戶程序的各個程序代碼段讀入 PLC內(nèi)存；將程序內(nèi)的各個編程元件、數(shù)據(jù)參數(shù)的存儲地址轉(zhuǎn)化為實際的數(shù)據(jù)格式、與 PLC內(nèi)物理存放地址。本節(jié)主要介紹可編程控制器編程所需的一些基本概念和約定；重點闡述了編程語言的形式、指令結(jié)構、程序結(jié)構類型和組件等編程基本知識，通過本節(jié)的學習，使讀者理解可編程序控制器的指令結(jié)構、程序結(jié)構類型和組件要素，為后續(xù)內(nèi)容的學習創(chuàng)造基本條件。 n PLC 自檢 CPU 檢測 PLC各器件的狀態(tài)，如出現(xiàn)異常再進行診斷，并給出故障信號，或自行進行相應處理，這將有助于及時發(fā)現(xiàn)或提前預報系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。n 將輸出過程映像塊內(nèi)的數(shù)據(jù)一次性地全部寫至外部輸出模塊電路的數(shù)據(jù)寄存器 ，形成一個稱為 “刷新 ”的操作。I/O映像區(qū)n I/O映像區(qū)：對于每個 I/O端點， PLC的存儲器中就有一個對應的存儲器單元，就像是每個 I/O端點的 “鏡像 ”。初始化之后， PLC就進入周期性順序掃描過程中。輸出部分是由PLC輸出模塊與外部控制電器組成?？刂撇糠种饕怯?PLC的 CPU模塊硬件電路和控制程序軟件組成。參考文獻《 機械系統(tǒng)的驅(qū)動與控制 》 可編程序控制器的工作原理可編程序控制器的工作原理n 可編程控制器是一種專用的工業(yè)控制計算機，因此．其工作原理建立在計算機控制系統(tǒng)工作原理的基礎上。人機接口最簡單、最基本和最普遍的形式由安裝在控制臺上的按鈕、轉(zhuǎn)換開關、撥碼開關、指示燈、 LED 數(shù)字顯示器和聲光報警等元件組成。 PLC對其外部工作電源的穩(wěn)定度要求不高，一般可允許 177。 編程器n 編程器n 編程器用于用戶程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤去調(diào)用和顯示 PLC 的一些內(nèi)部繼電器狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。智能 I/O 模板n 為適應和滿足更加復雜控制功能的需要， PLC 生產(chǎn)廠家均生產(chǎn)了各種不同功能的智能 I/O模板，這些 I/O模板上一般都有獨立的微處理器和控制軟件，可以獨立地工作，以便減少對 CPU 模板的壓力。n 模擬量 I/O接口模塊的模擬輸入信號或模擬輸出信號可以是電壓信號形式．也可以是電流信號形式。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 D/A電路n （ 3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 D/A電路的輸出端是多個信號采樣 /保持電路，通常生產(chǎn)現(xiàn)場可能有多路模擬量信號需要輸出，故此 D/A的輸出端并接了多路信號采樣 /保持電路，可以在控制電路的控制下，分時輸出多路模擬信號。模擬量輸出信號電路按功能可劃分成輸出信號調(diào)理、信號采樣 /保持電路、控制電路等。信號采樣 /保持電路在控制電路的作用下，完成信號采樣 /保持功用，信號采樣 /保持電路的工作特點是瞬時采樣，然后在兩次采樣期間能保持其輸出端信號電壓不變。外部信號與模擬量模塊的模擬電路部分有聯(lián)系，容易受到干擾，故電磁兼容性差，但成本低。n 數(shù)字信號部分電路中包含有信號光電耦合 /隔離、信號鎖存、口地址譯碼和控制邏輯電路組成。 直流數(shù)字量輸出模塊電路工作原理總結(jié)n 直流數(shù)字量輸出模塊電路工作原理總結(jié)n 通過 PLC的控制總線接受對端口信號鎖存電路的選通控制；n PLC的輸出數(shù)據(jù)信號由數(shù)據(jù)總線傳遞至端口信號鎖存電路（ 8D寄存器）n 數(shù)字量信號被寄存在端口信號鎖存電路（ 8D寄存器）n 輸出數(shù)據(jù)信號經(jīng)光電耦合信號處理電路進入驅(qū)動電路；n 由外部開關量器件與驅(qū)動電路組成信號回路，形成外部輸粗信號；n 其信號鎖存電路的地址識別符號為（ PQ）。圖中電容 C作為高頻濾波電容，可抑制高尖峰電壓擊穿 VT。數(shù)字量輸出模塊電路結(jié)構（晶體管）IC2W外部器件接口電路背部總線光電耦合電路L10VPTR1R2晶體管電路E負載24V0V5VCPU單元 數(shù)據(jù)寄存器晶體管輸出型模板的驅(qū)動能力n 晶體管輸出型模板的每個輸出點的最大帶負載能力為 ，但是因為有溫度上升的限制，每 4點輸出總電流不得大于 （每點平均 ）。繼電器型輸出模塊驅(qū)動能力n 輸出模塊驅(qū)動能力決定于繼電器輸出觸點的額定電壓與電流參數(shù)，即繼電器觸點閉合時可通過的最大電流和觸點打開時可承受的最高電壓。其工作時，每秒通斷頻率不大于 10HZ繼電器型輸出模板n 繼電器型輸出模板 該電路主要是將光電藕合電路的輸出側(cè)接入繼電器的激磁線圈回路，光電耦合器的輸出信號直接控制繼電器的激磁回路的通斷。輸出驅(qū)動電路對外部信號的作用猶如一個 “開關觸點 ”，串接在外部控制電器的控制回路中。地址譯碼電路n 地址譯碼電路的信號關系：n （ 1）它的輸入是 PLC總線的地址信號；n （ 2）它的輸出是對某個端口芯片的選通信號 —— 使能控制信號；n （ 3）它的功用是輸出數(shù)據(jù)寄存器（ PQ）地址譯碼；數(shù)據(jù)寄存器電路n 數(shù)據(jù)寄存器電路n 數(shù)據(jù)寄存器電路的主要作用是在譯碼電路送來的選通信號控制下，將由 PLC總線的數(shù)據(jù)信號線上的輸出信號存入選定的端口數(shù)據(jù)寄存器電路；此后將信號傳至光電耦合電路和驅(qū)動電路完成信號的傳遞和輸出。 多組式匯點式輸出n 由于實際工程中所使用的控制電器類型較多，工作電壓不同。針對不同類型的輸出接口，配之以不同的驅(qū)動電路。由于交流信號不存在極性問題，故施加到光電耦合器的直流電壓僅與整流橋的方向有關。光電耦合電路n （ 1）當外部開關器件閉合時，光電耦合器 PT輸入回路閉合，光電藕合器的原邊側(cè)電路中有電流流過，光電耦合器內(nèi)的發(fā)光二極管導通發(fā)光，光電藕合器的副邊側(cè)（輸出側(cè)）的光電三極管受光激勵導通，使輸出端對地電壓降為零電平。電阻 R R電容 C組成模擬濾波電路；消除信號噪聲。它接受 CPU模板給出的地址信號，由此確定需要訪問的相應數(shù)據(jù)寄存器，產(chǎn)生該數(shù)據(jù)寄存器選通信號，激活數(shù)據(jù)寄存器電路，存儲光電耦合電路上的數(shù)據(jù)信號，將輸入數(shù)據(jù)信號送至 PLC的數(shù)據(jù)總線。數(shù)字量輸入模板結(jié)構CB DB ABIC ICIC ICICCBDBAB數(shù)據(jù)寄存器地址譯碼信號緩沖ICICICIC光電耦合狀態(tài)指示端口接線排總線接線排第二講 可編程控制器的組成和工作原理n 數(shù)據(jù)寄存器是用于寄存信號，又稱作信號鎖存器。圖 所示為直流數(shù)字量輸入模板的結(jié)構示意原理圖。輸入模板與外部用戶輸入設備的接線方式n 輸入模板與外部用戶輸入設備的接線方式可分為匯點式輸入和隔離式輸入兩種。所以可編程序控制器中使用隨機讀寫存儲器作為存儲用戶程序。微處理器包括算術邏輯部件ALU、控制部件和寄存器組三個基本部分，通常由一片或幾片（大規(guī)模集成電路） LSI、（超大規(guī)模集成電路） VISI器件組成。n 對于一種型號的 PLC 而言，總線上各個插腳