【正文】 1. PLC常用的存儲器類型 (1) RAM是一種讀 /寫存儲器 (隨機存儲器 )，存取速度最快，但掉電后信息就丟失，需要鋰電池作為后備電源。 為了進一步提高 PLC的可靠性，近年來對大型 PLC還采用雙 CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用 3CPU的表決式系統(tǒng)。然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后，按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或數(shù)據(jù)運算，將運算結(jié)果送入相應的輸出緩沖區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。 (2) 監(jiān)視電源、 PLC內(nèi)部各個單元電路的工作狀態(tài)。 CPU在很大程度上決定了 PLC的整體性能，如整個系統(tǒng)的控制規(guī)模、工作速度和內(nèi)存容量等。本章主要介紹 PLC的硬件組成、工作原理和系統(tǒng)資源配置等內(nèi)容。 第 4章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 本章內(nèi)容 ● 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) ● 可編程控制器的資源與編程語言 ● 可編程控制器的工作原理 ● 思考題與習題 第 4章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) PLC從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種，但在邏輯結(jié)構(gòu)上基本上相同。 CPU中的控制器控制 PLC工作，由它讀取指令，解釋并執(zhí)行指令。 (3) 診斷編程過程中的語法錯誤，對用戶程序進行編譯。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O緩沖區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置。這樣，即使某個 CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 (2) EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)是一種可擦除的只讀存儲器。它和硬件一起決定了 PLC的性能。前者在 PLC斷電時，由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會丟失；后者在 PLC斷電時，數(shù)據(jù)被清零。不同類型的 PLC，其存儲容量各不相同。 I/O模塊既可通過底板總線與主控模塊放在一起，構(gòu)成一個系統(tǒng)，又可通過插座用電線引出遠程放置，實現(xiàn)遠程控制及聯(lián)網(wǎng)。編程設備在 PLC的應用系統(tǒng)設計與調(diào)試、監(jiān)控運行和檢查維護中是不可缺少的部件，但不直接參與現(xiàn)場的控制。輸入類型上有 220V或 110V的交流輸入，也有 24V的直流輸入。其觸點沒有數(shù)量限制，沒有機械磨損和電蝕等問題。 第 4章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 內(nèi) 內(nèi) 部 電 路 C O M 輸入 1 圖 輸入繼電器內(nèi)部原理圖 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 2. 輸出繼電器 PLC的輸出繼電器是向外部負載輸出信號的窗口，也是通過光電耦合器隔離后接外部負載的。 1) 通用內(nèi)部繼電器 PLC中都有一定數(shù)量的通用內(nèi)部繼電器。當所計時間達到設定值時，其輸出觸點動作。 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 5. 計數(shù)器 PLC中的計數(shù)器一般是 16位減法計數(shù)器，都有兩個輸入，一個用于計數(shù)，一個用于復位。在實際設計中，一定要十分熟悉其編址方式、特性和數(shù)量。 2) 專用數(shù)據(jù)寄存器 專用數(shù)據(jù)寄存器也叫特殊數(shù)據(jù)寄存器。 PLC存在的主要缺點在于 PLC的軟件和硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開放的。 (3) 順序功能圖 (Sequential Function Chart， SFC) 適合于時序混合型的多進程復雜控制。觸點代表邏輯輸入條件，線圈代表邏輯運算結(jié)果，指令框用來表示定時器、計數(shù)器或數(shù)學運算等功能指令。指令表適合于經(jīng)驗豐富的程序員使用，可以實現(xiàn)某些梯形圖不易實現(xiàn)的功能。 5. 結(jié)構(gòu)化文本 結(jié)構(gòu)化文本是為 IEC611313標準創(chuàng)建的一種 PLC專用的高級語言。針對特定型號的 PLC，一定要搞清楚其內(nèi)部繼電器的類型、數(shù)量、編號范圍和相關(guān)特性。不同的 PLC對輸入和輸出的信號要求不一樣，如輸入信號分直流和交流，輸出則有繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出等不同類型。 PLC在工作時逐條順序地掃描用戶程序。順序掃描工作方式簡單直觀，程序設計簡化，并為 PLC的可靠運行提供保證。掃描周期是 PLC的重要參數(shù)之一，它反映 PLC對輸入信號的靈敏度或滯后程度。 PLC的面板上一般都有設定其工作方式的開關(guān)。輸入掃描就是對 PLC的輸入進行一次讀取，將輸入端各變量的狀態(tài)重新讀入 PLC中，存入輸入緩沖器。所謂“軟繼電器”實際上是存儲器中的一位觸發(fā)器，其 0、 1對應繼電器線圈的斷與通。 PLC根據(jù)用戶程序要求及當前的輸入狀態(tài)進行處理，結(jié)果存放在輸出緩沖區(qū)中。每一次計算都以當前的 I/O狀態(tài)表中的內(nèi)容為依據(jù)，結(jié)果送到相應的輸出緩沖器中，上面的結(jié)果作為下面計算的依據(jù)，中間結(jié)果不能作為輸出的依據(jù)。 PLC每次執(zhí)行完用戶程序后，如有外設命令，就進入外設命令服務的操作，操作完成后就結(jié)束本次掃描周期，開始下一個掃描周期。但對控制時間要求較嚴格、響應速度要求較快的系統(tǒng)，就必須考慮滯后對系統(tǒng)性能的影響，在設計中盡量縮短掃描周期，或者采用中斷的方式處理高速的任務請求。在整個運行期間， PLC的 CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述 3個階段。并且，排在上面的指令，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的指令起作用。 3. 輸出刷新過程 在用戶程序掃描結(jié)束后， PLC就進入輸出刷新階段。輸入采樣結(jié)束后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。前者與程序的長短及所用的指令有關(guān)，而后者基本不變。掃描周期越長，滯后現(xiàn)象就越嚴重。 2) 監(jiān)視 PLC中一般設置有監(jiān)視定時器 (Watchdog timer， WDT)，即“看門狗”，用來監(jiān)視程序執(zhí)行是否正常。這種循環(huán)掃描的工作方式存在一種信號滯后的現(xiàn)象，但 PLC的掃描速度很高，一般不會影響系統(tǒng)的響應速度。而在 PLC中，卻是用微處理器和存儲器來代替繼電器控制線路，是通過用戶程序來控制這種“繼電器”的斷與通，所以將這種繼電器稱為“軟繼電器”。 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 PLC的存儲器中有一個專門存放 I/O數(shù)據(jù)的區(qū)域。此時可進行通信處理，如對 PLC進行離線編程或聯(lián)機操作。 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 上電初始化 系統(tǒng)自診斷 通信處理 輸入掃描 程序運行 輸出刷新 ?? 第一個掃描周期 第二個掃描周期 圖 PLC的工作流程圖 在進入掃描之前， PLC首先執(zhí)行自檢操作，以檢查系統(tǒng)硬件是否存在問題。 PLC掃描工作的第一步是采樣階段，通過輸入接口把所有輸入端的信號狀態(tài)讀入緩沖區(qū)，即刷新輸入信號的原有狀態(tài)。為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的這種差異，必須考慮到繼電器控制裝置中各類觸點的動作時間一般在 100ms以上，而 PLC掃描用戶程序的時間一般均小于 100ms。這些內(nèi)容一般可以在 PLC的硬件安裝手冊中查到。由于一般的 PLC教材和參考資料只介紹一些常用的資源，內(nèi)容不夠全面，必要的時候可查看相應的 PLC用戶手冊。 西門子公司的 PLC使用的 STEP7中的 S7 SCL屬于結(jié)構(gòu)化控制語言，程序結(jié)構(gòu)與 C語言和 Pascal語言相似，特別適合習慣使用高級語言進行程序設計的技術(shù)人員使用。在進行程序設計時，工藝過程被劃分