【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 編程序控制器的等效電路 圖 31 PLC 構(gòu)成的存儲(chǔ)程序控制系統(tǒng) 由圖 31 可知，可編程控制器構(gòu)成的存儲(chǔ)程序控制系統(tǒng)。由如下三個(gè)部分組成。 輸入設(shè)備：連接到可編程控制器的輸入端，它們直接接收來(lái)自操作臺(tái)命令輸入設(shè)備 （開(kāi)關(guān)、傳感器） 輸出設(shè)備 （接觸器、電磁閥） PLC內(nèi)部控制電路 控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)等） 10 或來(lái)自被控 制對(duì)象的各種狀態(tài)信息，產(chǎn)生輸入控制信號(hào)送入可編程控制器。常用的輸入設(shè)備包括控制開(kāi)關(guān)和傳感器?？刂崎_(kāi)關(guān)可以是按鈕開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)。光電開(kāi)關(guān)、繼電器和接觸器的接點(diǎn)等。傳感器包括各種數(shù)字式模擬式傳感器，如光柵位移式傳感器、磁尺、熱電阻。熱電偶等。 可編程控制器內(nèi)部控制電路：采用大規(guī)模集成電路制作的微處理和存儲(chǔ)器，執(zhí)行按照被控制對(duì)象的實(shí)際要求編制并存入程序存儲(chǔ)器中的程序，完成控制任務(wù)。 輸出設(shè)備：與可編程控制器的輸出端相連。它們用來(lái)將可編程控制器的輸出控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)被控制對(duì)象的工作信號(hào)。常用 的輸出設(shè)備包括電磁開(kāi)關(guān)、電磁閥、電磁繼電器、電磁離合器、狀態(tài)指示部件等。 輸入部分采集輸入信號(hào)，輸出部分就是系統(tǒng)的執(zhí)行部分，這兩部分與繼電器控制系統(tǒng)相同。 PLC 內(nèi)部控制電路是由編程實(shí)現(xiàn)的邏輯電路，用軟件編程代替繼電器等功能。對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，在編制應(yīng)用程序時(shí)，可以不考慮微處理器和存儲(chǔ)器復(fù)雜構(gòu)成及使用的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，而把 PLC 看成內(nèi)部由許多“軟繼電器”組成的控制器，用近似繼電器控制電路圖的編程語(yǔ)言進(jìn)行編程。這樣從功能上講就可以把 PLC 的控制部分看做是由許多“軟繼電器”組成的等效電路，這些“軟繼電器”的線圈 、常開(kāi)接點(diǎn)、常閉接點(diǎn)一般用圖 32 符號(hào)表示， PLC 的等效電路如圖 33 所示。 線圈 常開(kāi)接點(diǎn) 常閉接點(diǎn) 圖 32“軟繼電器”的線圈和接點(diǎn) 下面對(duì) PLC 等效電路的各組部分作簡(jiǎn)要分析。 11 圖 33 PLC 等效電路 這一部分由外部輸入電路、 PLC 輸入接線端子和輸入繼電器組成。外 部輸入信號(hào)經(jīng) PLC 輸入接線端子驅(qū)動(dòng)輸入繼電器。一個(gè)輸入對(duì)應(yīng)一個(gè)等效電路中的輸入繼電器，它可提供任意個(gè)常開(kāi)和而常閉接點(diǎn)，供 PLC 內(nèi)部控制接通即表示傳送給 PLC 一個(gè)接通的輸入信號(hào)，因此習(xí)慣上經(jīng)常將兩者等價(jià)使用。輸入回路的電源可用 PLC 電源部件提供的直流電壓，也可由獨(dú)立的交流電源供電。 這部分電路是由用戶程序形成的。它的作用是按照規(guī)定的邏輯關(guān)系，對(duì)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)算、處理和判斷，然后得到相應(yīng)的輸出。用戶程序通常采用梯形圖編寫，梯形圖在形式上類似與繼電器控制原理圖，兩者在電路結(jié)構(gòu)及線 圈與節(jié)點(diǎn)的控制關(guān)系上大致相同。 輸出部分由于內(nèi)部控制電路隔離的輸出繼電器的外部常開(kāi)觸點(diǎn)、輸出接線端子和外部電路組成，用來(lái)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 PLC 內(nèi)部控制電路中有許多輸出繼電器。每個(gè)輸出繼電器除了有內(nèi)部控制電路提供編程用的常開(kāi)、常閉節(jié)點(diǎn)外，還為輸出電路提供一個(gè)常開(kāi)節(jié)點(diǎn)與輸出接負(fù)載電源 輸出公共端 ~ 內(nèi)部“軟接線”（用程序?qū)崿F(xiàn)） 輸入公共端 限 位 開(kāi)關(guān) COM 輸入繼電器線圈 繼電器接點(diǎn) 繼電器線圈 輸入端 按鈕 輸入回路 內(nèi)部控制電路 輸出電路 用戶輸入設(shè)備 輸出接點(diǎn) 用戶輸出設(shè)備 （接觸器、電磁閥等） 12 線端相連。驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載的電源由用戶提供。在 PLC 的輸出端子排上，由接輸出電源用的公共端。 需要注意的是， PLC 等效電路中的繼電器并不是實(shí)際的物理繼電器，它實(shí)際上是存儲(chǔ)器針對(duì)每一位觸發(fā)器。該觸發(fā)器為“ 1”態(tài)，則 相當(dāng)與繼電器接通；該觸發(fā)器為“ 0”態(tài)，則相當(dāng)于繼電器斷開(kāi)。在 PLC 提供的所有繼電器中，輸入繼電器用來(lái)反應(yīng)輸入設(shè)備的狀態(tài)，也可以將其他看成是輸入信號(hào)本身；輸出繼電器用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)用戶輸出設(shè)備，而其他幾電氣與用戶設(shè)備沒(méi)有聯(lián)系，在控制程序中僅起傳導(dǎo)中將信號(hào)的作用，因此統(tǒng)稱為內(nèi)部繼電器，如輔助繼電器、頁(yè)數(shù)繼電器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。 PLC 的所有繼電器統(tǒng)稱 PLC 的元素。 167。3. 2 PLC 的掃描技術(shù) 167。 掃描工作方式 PLC 靠執(zhí)行用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求。為了便于程序執(zhí)行，在存儲(chǔ)器中設(shè)置輸入映象寄存器區(qū)和輸出映像寄 存器區(qū)（或統(tǒng)稱 I/O 映像區(qū)），分別存放執(zhí)行程序之前的個(gè)輸入狀態(tài)和執(zhí)行過(guò)程這個(gè)結(jié)果的狀態(tài)。 PLC 對(duì)用戶程序的執(zhí)行是以喜歡掃描方式進(jìn)行的。所謂掃描，只不過(guò)是一種現(xiàn)象的說(shuō)法，用戶描述 CPU 對(duì)程序順序、分時(shí)操作的過(guò)程。掃描從第 0 號(hào)存儲(chǔ)地址所存放的第一條用戶程序開(kāi)始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲(chǔ)地址號(hào)遞增的方向順序逐條掃描用戶程序，也就是順序執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束，即完成一個(gè)掃描周期，然后再?gòu)念^開(kāi)始執(zhí)行用戶程序，并周而復(fù)始的重復(fù)。由于 CPU 的運(yùn)算處理速度很高，使得從外觀上看，用戶程序幾乎是同時(shí)執(zhí)行的。 PLC 的掃描工作方式同傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)明顯不同。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行的方式；在執(zhí)行過(guò)程中，如果一個(gè)繼電器的線圈通電，哪么該機(jī)電器的所有常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)，無(wú)論處在控制線路的什么位置，都會(huì)立即動(dòng)作：其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)打開(kāi)。而 PLC 采用循環(huán)掃描控制程序的工作方式；在PLC 的工作過(guò)程中，如果某個(gè)軟繼電器的線圈接通，該線圈的所有常開(kāi)和常閉接點(diǎn)，并不一定都會(huì)立即動(dòng)作，只有 CPU 掃描到該節(jié)點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作：其常開(kāi)接點(diǎn)閉合，常閉接點(diǎn)打開(kāi)。 167。 掃描工作過(guò)程 PLC 開(kāi)始運(yùn)作時(shí)，首先清除 I/O 映像的內(nèi)容， 然后進(jìn)行自診斷，自檢 CPU及 I/O 組件，確定正常后開(kāi)始循環(huán)掃描。每個(gè)掃描過(guò)程分為三個(gè)階段進(jìn)行，即輸入采樣、重新執(zhí)行、輸出刷新。 PLC 重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段，每重復(fù)一次的時(shí)間就是一個(gè)工作周期（或掃描周期）， 如圖 34 所示： 圖 34 PLC 工作周期的三個(gè)階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘?hào)狀態(tài)（“ 0”或“ 1”，表現(xiàn)在接線端上是否承受外加電壓）讀入輸入映像寄存器區(qū)。這個(gè)過(guò)程成為對(duì) 輸入信號(hào)的采樣，或稱輸入刷新，接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在輸入采樣階輸入采樣 程序執(zhí)行 輸出刷新 13 段結(jié)束后，即時(shí)輸入信號(hào)狀態(tài)發(fā)生改變，輸入映像寄存器區(qū)中的狀態(tài)也不會(huì)發(fā)生改變。 在程序執(zhí)行階段，在 PLC 對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描，又稱程序處理階段。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下，先左后右的順序?qū)τ晒?jié)點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算結(jié)果，刷新輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng) RAM區(qū)對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。在程序執(zhí)行階段，只有輸入映像寄存器區(qū)存放的輸入采樣值不會(huì)發(fā)生改變，其他各種元素在輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)器內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能隨著程序的執(zhí)行隨時(shí)發(fā)生改變。值得注意的是，在程序的執(zhí)行過(guò)程中，排在上面的邏輯行被刷新后的邏輯線圈狀態(tài)或數(shù)據(jù)，會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些邏輯線圈的接點(diǎn)或數(shù)據(jù)的邏輯行起作用，而排在下面的邏輯行，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，只有等到下一個(gè)掃描周期才可以會(huì)對(duì)排在上面的邏輯行起作用。起原因就是因?yàn)閽呙枋菑纳系较马樞蜻M(jìn)行的，前面執(zhí)行的結(jié)果可能改變前面的掃描結(jié)果，只有到了下一個(gè)掃描周期再次掃描前面程序的時(shí)候才有可能起作用。如果程序中兩個(gè)操作相互用不到對(duì)方的操作結(jié)果，哪么這兩個(gè)操作的程序在整個(gè)用戶程序中的相 對(duì)位置是無(wú)關(guān)緊要的。 當(dāng)程序執(zhí)行后，進(jìn)入輸出刷新階段。此時(shí)，將輸出映像寄存器區(qū)中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路，再通過(guò)輸出端驅(qū)動(dòng)用戶輸出設(shè)備（負(fù)載），這就是 PLC 的實(shí)際輸出。 167。 掃描周期的計(jì)算 嚴(yán)格的來(lái)說(shuō)，在 PLC 的實(shí)際工作過(guò)程中，每個(gè)掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段外，還要進(jìn)行自診斷、與外設(shè)（如編程器、上位計(jì)算機(jī)）通信等處理。即一個(gè)掃描周期還應(yīng)包含自診斷及外設(shè)通信等時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，同型號(hào)的 PLC，其自診斷所需的時(shí)間相同，如三菱 FX2 系列機(jī) 自診斷時(shí)間為 。通信時(shí)間的長(zhǎng)度與鏈接等外設(shè)多少有關(guān)系，如果沒(méi)有連接外設(shè)，則通信時(shí)間為 I/O 點(diǎn)數(shù)，而掃描用戶程序所程序所用的時(shí)間則與掃描速度及用戶程序長(zhǎng)短有關(guān)。對(duì)于基本邏輯指令組成用戶程序，二者的乘積即為掃描時(shí)間。如果程序中包含用戶特殊指令，則還必須根據(jù)用戶手冊(cè)查表計(jì)算執(zhí)行這些特殊功能指令的時(shí)間。 167。 PLC 的 I/O 響應(yīng)時(shí)間 掃描操作是最基本