【文章內(nèi)容簡介】 出口的一種 )與處理器連機，完成人機對話操作。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 按照功能強弱，手持式編程器又可分為簡易型及智能型兩類。前者只能聯(lián)機編程，后者既可聯(lián)機編程又可脫機編程。所謂脫機編程是指在編程時，把程序存儲在編程器本身存儲器中的一種編程方式。它的優(yōu)點是在編程及修改程序時，可以不影響 PLC機內(nèi)原有程序的執(zhí)行，也可以在遠離主機的異地編程后再到主機所在地下載程序。 2) 其他外部設(shè)備 PLC還可能配設(shè)其他一些外部設(shè)備。 (1) 盒式磁帶機，用以記錄程序或信息。 (2) 打印機，用以打印程序或制表。 (3) ?EPROM寫入器，用以將程序?qū)懭胗脩?EPROM中。 (4) 高分辨率大屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng)，用以顯示或監(jiān)視有關(guān)部分的運行狀態(tài)。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 PLC的軟件系統(tǒng) 1. 軟件的分類 PLC的軟件包含系統(tǒng)軟件及應(yīng)用軟件兩大部分。 (1) 系統(tǒng)軟件含系統(tǒng)的管理程序，用戶指令的解釋程序，另外還包括一些供系統(tǒng)調(diào)用的專用標(biāo)準(zhǔn)程序塊等。系統(tǒng)管理程序用以完成機內(nèi)運行相關(guān)時間分配、存儲空間分配管理及系統(tǒng)自檢等工作。用戶指令的解釋程序用以完成將用戶指令變換為機器碼的工作。系統(tǒng)軟件在用戶使用可編程控制器之前就已裝入機內(nèi)，并永久保存，在各種控制工作中并不需要做什么調(diào)整。 (2) 應(yīng)用軟件 (又稱用戶軟件 )是用戶為達到某種控制目的，采用 PLC廠家提供的編程語言自主編制的程序。使用 PLC實現(xiàn)某種控制目的，用存儲在計算機中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，就是 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 人們所指的存儲邏輯。應(yīng)用程序是一定控制功能的表述。同一臺 PLC用于不同的控制目的時就需要編制不同的應(yīng)用軟件。用戶軟件存入 PLC后如需改變控制目的可多次改寫。 2. 應(yīng)用軟件編程語言的表達方式 應(yīng)用程序的編制需使用可編程控制器生產(chǎn)廠方提供的編程語言。至今為止還沒有一種能適合于各種可編程控制器的通用編程語言。但由于各國可編程控制器的發(fā)展過程有類似之處，因此可編程控制器的編程語言及編程工具大體差不多。一般常見的有如下幾種編程語言的表達方式：梯形圖 (Ladder Diagram)、指令表 (Instruction List)、順序功能圖 (Sequential Function Chart)、功能塊圖 (Functional Block Diagram)、結(jié)構(gòu)文本 (Structured Text)。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 PLC的工作原理 PLC的等效電路 PLC的等效電路如圖 。 1．輸入回路 這一部分由外部輸入回路、 PLC輸入接線端子和輸入繼電器組成。外部輸入信號經(jīng) PLC輸入接線端子驅(qū)動輸入繼電器。一個輸入端子對應(yīng)一個等效電路中的輸入繼電器，它可提供任意個常開和常閉觸點，供 PLC內(nèi)部控制電路編程時使用。由于輸入繼電器反映輸入信號的狀態(tài)，如輸入繼電器接通即表示傳送給 PLC一個接通的輸入信號，因此習(xí)慣上經(jīng)常將兩者等價使用。輸入回路的電源可用 PLC電源部件提供的直流電壓，也可由獨立的交流電源供電。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 圖 PLC的等效電路 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 2. 內(nèi)部控制電路 這部分電路是由用戶程序形成的。它的作用是按照程序規(guī)定的邏輯關(guān)系，對輸入信號和輸出信號的狀態(tài)進行運算、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于繼電器控制原理圖，兩者在電路結(jié)構(gòu)及線圈與接點的控制關(guān)系上都大致相同，只是梯形圖中元件符號及其含義與繼電器控制回路中的元件不同。有關(guān)梯形圖的特點及編程方法將在后面章節(jié)中詳細(xì)介紹。 3. 輸出回路 輸出回路由與內(nèi)部控制電路隔離的輸出繼電器的外部常開觸點、輸出接線端子和外部電路組成，用來驅(qū)動外部負(fù)載。 PLC內(nèi)部控制電路中有許多輸出繼電器。每個輸出繼電器除了有為內(nèi)部控制電路提供編程用的常開、常閉觸點外，還為 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 輸出電路提供一個常開觸點與輸出接線端相連。驅(qū)動外部負(fù)載的電源由用戶提供。在 PLC的輸出端子排上，有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際的物理繼電器 (硬繼電器 )，它實際上是存儲器中的一位觸發(fā)器。該觸發(fā)器為“ 1”態(tài)，則相當(dāng)于繼電器接通；該觸發(fā)器為“ 0”態(tài)，則相當(dāng)于繼電器斷開。在 PLC提供的所有繼電器中，輸入繼電器用來反映輸入設(shè)備的狀態(tài)，也可以將其看成是輸入信號本身；輸出繼電器用來直接驅(qū)動用戶輸出設(shè)備；其他繼電器與用戶設(shè)備沒有關(guān)系，在控制程序中僅起傳遞中間信號的作用，因此統(tǒng)稱為內(nèi)部繼電器，如輔助繼電器、特殊功能繼電器、計數(shù)器、計時器等。 PLC的所有繼電器統(tǒng)稱 PLC的元素，其使用及編程方法將在后面章節(jié)中詳細(xì)介紹。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 PLC的掃描工作方式 PLC靠執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制要求。為了便于執(zhí)行程序，在存儲器中設(shè)置輸入映像寄存器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)行程序之前的各輸入狀態(tài)和執(zhí)行過程中各結(jié)果的狀態(tài)。 PLC對用戶程序的執(zhí)行是以循環(huán)掃描方式進行的。所謂掃描，只不過是一種形象的說法，用來描述 CPU對程序順序、分時操作的過程。掃描從第 0號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲地址號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，即完成一個掃描周期，然后再從頭開始執(zhí)行用戶程序，周而復(fù)始。由于 CPU的運算處理速度很高，使得從外觀上看，用戶程序似乎是同時執(zhí)行的。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 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運行的方式。在執(zhí)行過程中，如果一個繼電器的線圈通電，那么該繼電器的所有常開和常閉觸點，無論處在控制線路的什么位置，都會立即動作：其常開觸點閉合，常閉觸點打開。而 PLC采用循環(huán)掃描控制程序的工作方式：在 PLC的動作過程中，如果某個軟繼電器的線圈接通，該線圈的所有常開和常閉接點并不一定都會立即動作，只有CPU掃描到該接點時才會動作：其常開接點閉合，常閉接點打開。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 PLC的掃描工作過程 PLC開始運行時，首先清除 I/O映像區(qū)的內(nèi)容，然后進行自診斷，自檢 CPU及 I/O組件，確認(rèn)正常后開始循環(huán)掃描。每個掃描過程分為三個階段進行，即輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。 PLC重復(fù)執(zhí)行上述三個階段，每重復(fù)一次的時間就是一個工作周期 (或掃描周期 )，如圖 。 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休斎攵说妮斎胄盘枲顟B(tài) (“0”或“ 1”，表現(xiàn)在接線端上為是否承受外加電壓 )讀入輸入映像寄存器區(qū)。這個過程稱為對輸入信號的采樣，或稱輸入刷新，接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在輸入采樣階段結(jié)束后，即使輸入信號狀態(tài)發(fā)生改變，輸入映像寄存器區(qū)中的狀態(tài)也不會發(fā)生改變。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 圖 PLC工作周期的三個階段 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 2. 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段， PLC對程序按順序進行掃描，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山狱c構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng) RAM區(qū)對應(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存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能隨著程序的執(zhí)行隨時發(fā)生改變。值得注意的是，在程序的執(zhí)行過程中，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)，會對排在下面的，凡是用到這些邏輯線圈的 觸點 或數(shù)據(jù)的邏輯行起作用，而排在 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 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 下一個掃描周期才可能會對排在上面的邏輯行起作用。其原因就是因為掃描是從上到下順序進行的，前面執(zhí)行的結(jié)果可能被后面的程序所用到，從而影響后面程序的執(zhí)行結(jié)果；而后面掃描的結(jié)果卻不可能改變前面的掃描結(jié)果，只有到了下一個掃描周期再次掃描前面程序的時候才有可能起作用。如果程序中兩個操作相互用不到對方的操作結(jié)果，那么這兩個操作的程序在整個用戶程序中的相對位置是無關(guān)緊要的。 3. 輸出刷新階段 當(dāng)程序執(zhí)行后，進入輸出刷新階段。此時，將輸出映像寄存器區(qū)中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路中，再通過輸出端驅(qū)動用戶輸出設(shè)備 (負(fù)載 )，這就是 PLC的實際輸出。PLC的掃描過程可用圖 。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 圖 PLC掃描過程 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 4. ?PLC對輸入、輸出的處理規(guī)則 從上面分析的程序執(zhí)行過程，可得出 PLC對輸入 /輸出的處理規(guī)則，如圖 。 (1) 輸入映像寄存器區(qū)中的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子在本掃描周期輸入采樣階段所刷新的狀態(tài)。在程序執(zhí)行和輸出刷新階段，輸入映像寄存器區(qū)中的內(nèi)容不會發(fā)生改變。 (2) 輸出映像寄存器 (包含在元件映像寄存器 )區(qū)中的數(shù)據(jù)由程序中輸出指令的執(zhí)行結(jié)果決定。在輸入采樣和輸出刷新階段，輸出映像寄存器區(qū)的數(shù)據(jù)不會發(fā)生改變。 (3) 輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)，由上一個掃描周期輸出刷新階段存入輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)來確定。在輸入采樣和程序執(zhí)行階段，輸出鎖存電路的數(shù)據(jù)不會發(fā)生改變。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 圖 PLC輸入 /輸出處理規(guī)則 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 (4) 輸出端子直接與外部負(fù)載連接，輸出端子的狀態(tài)由輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)來確定。 (5) 程序執(zhí)行中所需要的輸入、輸出狀態(tài)，從輸入映像寄存器和輸出映像寄存器中讀出。 掃描周期與輸入 /輸出滯后 1. 掃描周期與掃描周期的計算 可編程控制器經(jīng)過 3個階段的工作過程，稱為一個工作周期。在運行 (RUN)工作狀態(tài)掃描 3個階段所需的時間稱為掃描周期 (其典型值為 1～ 100 ms)。完成一個掃描周期，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進行。掃描周期是可編程控制器的重要指標(biāo)之一。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 嚴(yán)格來講，在 PLC實際工作過程中，每個掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段外，還要進行自診斷、與外設(shè) (如編程器、上位計算機 )通信等處理，即一個掃描周期還應(yīng)包含自診斷及與外設(shè)通信等時間。一般說來，同型號的 PLC，其自診斷所需的時間相同，如三菱 FX2系列機自診斷時間為 ms。通信時間的長短與連接的外設(shè)多少有關(guān)系，如果沒有連接外設(shè)，則通信時間為 0 ms。輸入采樣與輸出刷新時間取決于其 I/O點數(shù)，而掃描用戶程序所用的時間則與掃描速度及用戶程序的長短有關(guān)。對于基本邏輯指令組成的用戶程序，二者的乘積即為掃描時間。如果程序中包含特殊功能指令，則還必須根據(jù)用戶手冊查表計算執(zhí)行這些特殊功能指令的時間。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識 舉例說明，如三菱公司 FX240MR，配置開關(guān)量輸入 24點，開關(guān)量輸出 16點，用戶程序 1000步，不包含特殊功能指令，PLC運行時不連接上位計算機等外設(shè)。 I/O的掃描速度為 ms/8點，用戶程序的掃描速度為 181。s/步，自診斷所需的時間為 ms，試計算一個掃描周期所需要的時間為多少 ? 解：掃描 40點 I/O所需要的時間為： Tl?=? ms/8點 ? ?40點 ?=? ms 掃描 1000步程序所需要的時間為： T2?=? 181。s/步 ? ?1000步 ?=? ms