【文章內(nèi)容簡介】 ，并存入指定的映像寄存器或數(shù)據(jù)寄存器。③ 診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯誤。④ PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，執(zhí)行相應(yīng)工作：從存儲器逐條讀取用戶指令，經(jīng)過命令解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號去啟閉控制電路，通俗講就是執(zhí)行用戶程序，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號；進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分時、分渠到執(zhí)行數(shù)據(jù)存取、傳送、組合、比較、變換等動作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯運(yùn)算或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出寄存器的內(nèi)容，再由輸入映像寄存器的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表、打印、數(shù)據(jù)通信等。其他接口外存接口 EPROM A/D、D/A盒式存儲器 計算機(jī)ROMRAM 其他設(shè)備鍵盤與顯示中央處理器（CPU） 內(nèi)部存儲器輸入接口光耦合輸出接口繼電器或晶體管 輸入接線端子 輸出接線端子圖22 PLC邏輯結(jié)構(gòu)圖 PLC中的存儲器與普通微機(jī)系統(tǒng)的存儲器的結(jié)構(gòu)類似，它由系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器等部分構(gòu)成。（1）系統(tǒng)程序存儲器系統(tǒng)程序存儲器是用EPROM或EEPROM來存儲廠家編寫的系統(tǒng)程序。系統(tǒng)程序是指控制和完成PLC各種功能的程序，相當(dāng)于單片機(jī)的監(jiān)控程序或微機(jī)的操作系統(tǒng)，在很大程度上它決定該系列PLC的性能與質(zhì)量，用戶無法更改或條用。系統(tǒng)程序有系統(tǒng)管理程序、用戶程序編輯和指令解釋程序、標(biāo)準(zhǔn)子程序和調(diào)用管理程序這3種類型。①系統(tǒng)管理程序：由它決定系統(tǒng)的工作節(jié)拍，包括PLC運(yùn)行管理（各種操作的時間分配安排）、存儲空間管理（生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)）和系統(tǒng)自診斷管理（如電源、系統(tǒng)出錯，程序語法、句法檢驗等）。②用戶程序編輯和指令解釋程序：編輯程序能將用戶程序變?yōu)閮?nèi)碼形式以便于程序的修改調(diào)試，駕駛程序能將編程語言變?yōu)闄C(jī)器語言便于CPU的操作和運(yùn)行。③標(biāo)準(zhǔn)子程序和調(diào)用管理程序：為了提高運(yùn)行速度，在程序執(zhí)行中某些信息處理（I/O處理）貨特殊運(yùn)算等都是通過標(biāo)準(zhǔn)子程序來完成的。（2）用戶程序存儲器用戶程序存儲器用來存放用戶的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)，它包括用戶程序存儲器（程序區(qū)）和用戶數(shù)據(jù)存儲器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩種。程序存儲器以存儲用戶程序，數(shù)據(jù)存儲器用來存儲輸入、輸出以及內(nèi)部接點(diǎn)和線圈的狀態(tài)以及特殊功能要求的數(shù)據(jù)。用戶存儲器的內(nèi)容有用戶根據(jù)控制需要可讀、可寫、可任意修改和增刪。通常的用戶存儲器形式有高密度、低功耗的CMOSRAM、EPROM和EEOROM3種。3. I/O單元I/O單元又稱為I/O模塊，它是PLC與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)過程連接的接口。現(xiàn)場的輸入信號，如按鈕開關(guān)、行程開關(guān)、限位開關(guān)以及各種傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量等，都要通過輸入模塊傳送到PLC中。由于這些信號電平各式各樣，而PLC的CPU處理的信號只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以輸入模塊還需要將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的數(shù)字信號。輸出模塊的作用是接收CPU處理過的數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場的執(zhí)行部件所能接受的控制信號，以驅(qū)動負(fù)載，如電磁閥、電動機(jī)、燈光顯示等。PLC提供了各種操作電平和驅(qū)動能力的I/O模塊供用戶選擇，如數(shù)字量I/O模塊、模擬量I/O模塊。這些模塊又分為直流與交流、電壓與電流等類型。（1）數(shù)字量輸入模塊數(shù)字量輸入模塊又稱為開關(guān)量輸入模塊，它將工業(yè)現(xiàn)場的開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量信號傳送給CPU，并保證信息的正確和控制器不受其干擾。它一般是采用光電耦合電路與現(xiàn)場輸入信號相連，這樣可以防止使用環(huán)境中的強(qiáng)電干擾進(jìn)入PLC。光電耦合電路的核心是光電耦合器，其結(jié)構(gòu)由發(fā)光二級管和光敏晶體管構(gòu)成?，F(xiàn)場輸入信號的電源可由用戶提供，直流輸入信號的電源也可由PLC自身提供。數(shù)字量輸入模塊根據(jù)使用電源的不同分為直流輸入（直流12V或24V）模塊和交流輸入（交流100～120V或200～240V）模塊兩種。①直流輸入模塊當(dāng)外部檢測開關(guān)接點(diǎn)接入的是直流電壓時，需使用直流輸入模塊對信號進(jìn)行檢測。下面以某一輸入點(diǎn)的直流輸入模塊進(jìn)行講解。直流輸入模塊的原理圖如圖23所示。外部檢測開關(guān)S的一端接外部直流電源（直流12V或24V），S的另一端與PLC的輸入模塊的一個信號輸入端子相連，外部直流電源的另一端接PLC輸入模塊的公共端COM。虛線框內(nèi)是PLC內(nèi)部輸入電路，R1為限流電阻；R2和C構(gòu)成濾波電路，抑制輸入信號中的高頻干擾；LED為發(fā)光二級管。當(dāng)S閉合后，直流電源經(jīng)RRC的分壓和濾波后形成3V左右的穩(wěn)定電壓給光敏電耦合器VLC，LED顯示某一輸入點(diǎn)是否有信號輸入。光電耦合器VLC另一側(cè)的光敏晶體管接通，此時A點(diǎn)位高電平，內(nèi)部+5V電壓經(jīng)R3和濾波器形成適合CPU所需的標(biāo)準(zhǔn)信號送入內(nèi)部電路中。 S R1 +5V交內(nèi)部電路 C R2 VLC 濾波器 COM A R3 LED圖23 直流輸入模塊原理電路內(nèi)部電路中的鎖存器將送入額信號暫存，CPU執(zhí)行相應(yīng)的指令后，通過地址信號和控制信號將鎖存器中的信號進(jìn)行讀取。當(dāng)輸入電源有PLC內(nèi)部提供是，外部電源斷開，將現(xiàn)場檢測開關(guān)的公共接點(diǎn)直接與PLC輸入模塊的公共輸入點(diǎn)COM相連接即可。②交流輸入模塊外部檢測開關(guān)接點(diǎn)加入的是交流電時，需使用交流輸入模塊進(jìn)行信號的檢測。交流輸入模塊的原理電路圖如圖24所示。外部檢測開關(guān)S的一端接外部交流電（交流100～120V或200～240V），S的另一端與PLC的輸入模塊的一個信號輸入端子相連，外部交流電源的另一端PLC輸入模塊的公共端COM。虛線框內(nèi)是PLC內(nèi)部輸入電路，R1和R2構(gòu)成分壓電路；C為隔直電容，用來過濾掉輸入電路中的直流成分，對交流相當(dāng)于短路；LED為發(fā)光二級管。當(dāng)S閉合時，PLC可輸入交流電源，其工作原理與直流輸入電路類似。 S R1 +5V交內(nèi)部電路 C R2 VLC 濾波器 COM A R3 LED圖24 交流輸入模塊原③交直流輸入模塊當(dāng)外部檢測開關(guān)接點(diǎn)加入的是交流或直流電壓時，需使用交直流輸入模塊進(jìn)行信號的檢測，如圖25所示。從圖中看出，其內(nèi)部電路與直流輸入模塊原理電路類似，只不過交直流輸入模塊原理電路的外接電源除直流電源外，還可以使用12～24V的交流電源。（2）數(shù)字量輸出模塊數(shù)字量輸出模塊又稱為開關(guān)量輸出模塊，它可將PLC內(nèi)部信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種開關(guān)信號。數(shù)字量輸出模塊按照使用電源（即用戶電源）的不同，分為直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流輸出模塊3種。按照輸出電路所使用的開關(guān)器件不同，又分為晶體管輸出、晶閘管（即可控硅）輸出和繼電器輸出。其中晶體管輸出方式的模塊只能帶直流負(fù)載，晶閘管輸出方式的模塊只能帶交流負(fù)載，繼電器輸出方式的米快即可帶直流負(fù)載也可帶交流負(fù)載。①直流輸出模塊（晶體管輸出方式）PLC某I/O點(diǎn)直流輸出模塊的電路圖如圖26所示，虛線框內(nèi)表示PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。它由光電耦合器VLC、二極管現(xiàn)實(shí)LED、輸出電路VT、穩(wěn)壓管VD、熔斷器FU等組成。當(dāng)某端需輸出時，CPU控制鎖存器的對應(yīng)位為1，通過內(nèi)部電路控制VLC輸出，晶體管VT導(dǎo)通輸出，相應(yīng)的負(fù)載接通，同時輸出指示燈LED亮，表示該輸出端有輸出。當(dāng)某端不輸出時，鎖存器相應(yīng)位為0，VLC沒有輸出，VT晶體管截止，使負(fù)載失電，此時LED指示燈不亮，負(fù)載所需直流電源由用戶提供。 S R1 +5V交內(nèi)部電路 C R2 VLC 濾波器 A R3 LED圖25 交直流輸入模塊原理電路內(nèi)部電路 VLC +5V負(fù)載 VT LED R2 VD R1 R3 FU COM圖26晶體管輸出電路②交流輸出模塊（晶閘管輸出方式）PLC某I/O點(diǎn)交流輸出模塊電路圖如圖27所示，虛線框內(nèi)表示PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖中雙向晶閘管為輸出開關(guān)器件，由它組成的固態(tài)繼電器T具有隔離作用；電阻R2和C構(gòu)成了高頻濾波電路，減少高頻信號的干擾；浪涌吸收器起限幅作用，將晶閘管上的電壓限制在600V以下；負(fù)載所需交流電源由用戶提供。當(dāng)某端輸出時，CPU控制鎖存器的對應(yīng)位為1，通過內(nèi)部電路控制T導(dǎo)通，相應(yīng)的負(fù)載接通，同時輸出指示燈LED兩，表示該輸出端有輸出。③交直流輸出模塊（繼電器輸出方式）PLC某I/O點(diǎn)交直流輸出模塊電路如圖28所示，它的輸出驅(qū)動是繼電器K。繼電器K即使輸出開關(guān)，又是隔離器件；R2和C構(gòu)成滅弧電路。當(dāng)某端需要輸出時，CPU控制鎖存器的對應(yīng)位為1，通過內(nèi)部電路控制K吸合，相應(yīng)的負(fù)載接通，同時輸出指示燈LED亮，表示該輸出端有輸出。負(fù)載所需交直流電源有用戶提供。內(nèi)部電路 T負(fù)載 R2 浪涌交 吸收器 LED C R1 圖27 晶閘管輸出電路負(fù)載內(nèi)部電路 交 LED VD R2 R1 K C 圖28 繼電器輸出電路通過上述分析可知，為防止干擾和保證PLC不受外界強(qiáng)電的侵襲，I/O模塊都采用電氣隔離技術(shù)。晶體管只能用于直流輸出模塊，它具有動作頻率高、響應(yīng)速度快、驅(qū)動負(fù)載能力小的特點(diǎn)；晶閘管只能用于交流輸出模塊，它具有響應(yīng)速度快、驅(qū)動負(fù)載能力不大的特點(diǎn)；繼電器既能用于直流也能用于交流輸出模塊，它的驅(qū)動負(fù)載能力強(qiáng)，但動作頻率和響應(yīng)速度慢。（3）模擬量輸入模塊模擬量輸入模塊用于將輸入的模擬量如電流、電壓、文都、壓力等轉(zhuǎn)換成PLC的CPU可接受的數(shù)字量。在PLC中將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的模塊又叫A/D模塊。（4）模擬量輸出模塊模擬量輸出模塊用于將輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備可接受的模擬量，這樣的模塊在PLC中稱為D/A模塊。4. 電源單元PLC的電源單元通常用于將220V的單相交流電傳換成CPU、存儲器等電路工作所需的直流電，它是整個PLC系統(tǒng)的能源供給中心，電源的好壞直接影響PLC的穩(wěn)定性和可靠性。對于小型整體式PLC，其內(nèi)部有一個高質(zhì)量的開關(guān)穩(wěn)壓電源，對CPU、存儲器、I/O模塊提供5V直流電源，還可為外部輸入單元提供24V的直流電源。5. 通信接口為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)與PLC、PLC與PLC間地對話，PLC配有多種通信接口，如打印機(jī)、上位計算機(jī)、編程器等接口。6. I/O擴(kuò)展接口I/O擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元或特殊功能單元與單元相連，使PLC得配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的要求[13]。 PLC的工作原理PLC雖然以微處理器為核心，具有微型計算機(jī)的許多優(yōu)點(diǎn)，但它的工作方式卻與微型計算機(jī)有很大的不同。微型計算機(jī)一般采用等待命令或中斷的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，當(dāng)有按鍵或I/O動作時，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序或中斷服務(wù)程序；無鍵按下時，則繼續(xù)掃描等待。而PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，即“順序掃描，不斷循環(huán)”。用戶程序通過編程器或其他輸入設(shè)備存放在PLC的用戶存儲器中。當(dāng)PLC開始運(yùn)行時，CPU根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控程序的規(guī)定順序，通過掃描，可完成個輸入點(diǎn)狀態(tài)采集或輸入數(shù)據(jù)采集、用戶程序的執(zhí)行、個輸出點(diǎn)狀態(tài)的更新、編程器鍵入響應(yīng)和顯示器更新及CPU自檢等功能。PLC的掃描可按規(guī)定順序進(jìn)行，也可按用戶程序規(guī)定的順序進(jìn)行。這不僅僅因為有的程序不需要每掃描一次，執(zhí)行一次，也因為在一個大控制系統(tǒng)中，需要處理的I/O點(diǎn)數(shù)較多。通過不同的組織模塊的安排，采用分是分批掃描執(zhí)行方法，可縮短掃描周期和提高控制的實(shí)時響應(yīng)性。PLC采用集中采樣、集中輸出的工作方式，減少了外間干擾的影響。PLC的循環(huán)掃描過程分為輸入采樣（或輸入處理）、程序執(zhí)行（或程序處理）和輸出刷新（或輸出處理）3個階段。1. 輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎霠顟B(tài)驚醒采集，并將采樣結(jié)果分別存入相應(yīng)的輸入映像寄存器中，此時輸入映像寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段，