【正文】 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(yīng)的輸出裝置。 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。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。 (2) 監(jiān)視電源、 PLC內(nèi)部各個單元電路的工作狀態(tài)。 為了進(jìn)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)。 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(jī)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。 用戶程序存儲區(qū)存放用戶根據(jù)實(shí)際控制要求或生產(chǎn)工藝流程編寫的具體控制程序。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。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。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。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(diǎn)。默認(rèn)狀態(tài)下各個單元的數(shù)據(jù)均為 0。 (2) 指令表 (Instruction List， IL) 適合于簡單文本的程序設(shè)計。一般由多條語句組成一個程序段。這是進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計的前提和基礎(chǔ)。而 PLC采用了一種不同于一般計算機(jī)的運(yùn)行方式，即循環(huán)掃描。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 。 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。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。 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(jī)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。完成上述 3個階段稱作一個掃描周期。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)。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。每次執(zhí)行程序前復(fù)位 WDT并開始計時。 輸入操作實(shí)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。 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。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(yùn)算處理，將結(jié)果送到輸出緩沖區(qū)。 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(jī)，其工作原理與普通計算機(jī)類似，具有計算機(jī)的許多特點(diǎn)。 前面對 PLC的基本情況作了一般性的介紹。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。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。 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 )。 每個定時器只有一個輸入。 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(diǎn)驅(qū)動。對于直流輸入的 PLC，電源的額定電壓一般為 24VDC。 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(jī)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。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。由于 EPROM擦寫不方便，目前已逐漸被 EEPROM所取代。 CPU模塊一般都有相應(yīng)的狀態(tài)指示燈，如電源指示、運(yùn)行指示、輸入 /輸出指示和故障指示等。 CPU中的寄存器參與運(yùn)算，并存儲運(yùn)算的中間結(jié)果。 第 4章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 第 4章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 返回總目錄 第 4章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 PLC的產(chǎn)品型號很多，發(fā)展非常迅速，應(yīng)用日益廣泛，不同的產(chǎn)品在硬件結(jié)構(gòu)、資源配置和指令系統(tǒng)等方面各不相同。它也是在控制器的指揮下工作。箱體式 PLC的面板上也有這些顯示。 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 (3) EEPROM是一種電可擦除的只讀存儲器，擦除時間很短，不需要專用的擦除設(shè)備。 ② 數(shù)據(jù)寄存器 與模擬量 I/O一樣，每個數(shù)據(jù)寄存器占用系統(tǒng) RAM存儲區(qū)中的一個字 (16位 )，主要用于模擬量處理、數(shù)據(jù)運(yùn)算和通信等。 I/O模塊的類型、品種與規(guī)格越多，系統(tǒng)的靈活性越高。當(dāng)電源在額定電壓的－ 15%～ +10%范圍內(nèi)波動時， PLC都可以正常工作。內(nèi)部繼電器沒有向外的任何聯(lián)系，只供內(nèi)部編程使用。編程時，設(shè)定值由用戶確定。不同的 PLC提供的數(shù)據(jù)寄存器的種類的數(shù)量不同，編址方式 (即編號 )也不一樣。開發(fā)以 PC為基礎(chǔ)、在Windows平臺下，符合 IEC11313國際標(biāo)準(zhǔn)的新一代開放體系結(jié)構(gòu)的 PLC正在規(guī)劃中。 PLC是按循環(huán)掃描的方式處理控制任務(wù)，沿梯形圖先后順序執(zhí)行。由于沒有結(jié)合具體的 PLC產(chǎn)品進(jìn)行說明，因此有些地方可能還難以形成完整而具體的認(rèn)識，如內(nèi)部的繼電器資源等內(nèi)容。但其工作方式卻與計算機(jī)有較大的不同，具有一定的特殊性。第三階段進(jìn)行輸出刷新，將輸出緩沖區(qū)各輸出點(diǎn)的狀態(tài)通過輸出接口電路全部送到 PLC的輸出端子。若發(fā)現(xiàn)異常，除了出錯指示燈 (ERROR)亮之外，還判斷故障的性質(zhì)。 PLC在每次掃描中都將保存在輸入和輸出緩沖區(qū)的內(nèi)容進(jìn)行一次更新。正常時，掃描執(zhí)行一遍用戶程序所需時間不會超過某一定值。 輸入 /輸出響應(yīng)的滯后不僅與掃描方式和硬件電路的延時有關(guān)，還與程序設(shè)計的指令安排有關(guān)，在程序設(shè)計中一定要注意。這時才是 PLC的真正輸出，如圖 。 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 可編程控制器的輸入 /輸出過程 當(dāng) PLC投入運(yùn)行后，在系統(tǒng)監(jiān)控程序的控制下，其工作過程一般主要包括 3個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新 3個階段。此時，如是偶然因素造成超時，系統(tǒng)便轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行，如由于不可恢復(fù)的確定性故障，則系統(tǒng)會在故障診斷及處理操作中發(fā)現(xiàn)這種故障，并發(fā)出故障報警信號，切斷一切外界聯(lián)系，停止用戶程序的執(zhí)行，等待技術(shù)人員處理。如在一次 I/O刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則在本次掃描期間輸入緩沖器的狀態(tài)保持不變， PLC相應(yīng)的輸出也保持不變，而要到下一次掃描期間輸出才對輸入產(chǎn)生響應(yīng)。對于嚴(yán)重故障， PLC就切斷 — 切外部聯(lián)系，停止用戶程序的執(zhí)行。每一次循環(huán)的時間稱為一個掃描周期。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，如果一個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器的所有觸點(diǎn) (常開 /常閉觸點(diǎn) )不論在控制線路的哪個位置，都會立即同時動作。 可編程控制器的