【文章內(nèi)容簡介】 0ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計算機(jī)的運(yùn)行方式———掃描技術(shù)。這樣在對I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。 PLC的工作方式是一個不斷的循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新一輪的掃描。PLC就這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描。 PLC運(yùn)行正常時，掃描周期的長短與CPU的運(yùn)算速度、I/O點(diǎn)的情況、用戶應(yīng)用程序的長短及編程情況等均有關(guān)。通常用PLC執(zhí)行1K字指令所需時間來說明其掃描速度（一般為1~10ms/K）。值得注意的是，不同指令其執(zhí)行時間的長短是不同的，從零點(diǎn)幾微秒到上百微秒不等，故選用不同指令所用的掃描時間將會不同。若用于高速系統(tǒng)要縮短掃描周期時，可從軟件上考慮。PLC工作的全過程可用下圖所示的運(yùn)行框圖來表示。PLC整個運(yùn)行可分為上電處理、掃描過程和出錯處理三個階段。一. 上電處理 PLC上電后對PLC系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化工作，包括硬件初始化、I/O模塊配置運(yùn)行方式檢查、停電保持范圍設(shè)定及其他初始化處理等。二. 掃描過程　　當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。(一) 輸入采樣階段　　在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。(二) 用戶程序執(zhí)行階段　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|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)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。　　即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，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)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。(三) 輸出刷新階段　　當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)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)。這時，才是PLC的真正輸出?！　⊥瑯拥娜舾蓷l梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時間對整個運(yùn)行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。　　一般來說，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時間的總和。三. 出錯處理 在PLC的每個掃描周期都要執(zhí)行一次自診斷檢查，以確定PLC自身的動作是否正常，如CPU、電池電壓、程序存儲I/O、通信等是否異?；虺鲥e。若檢查出異常，CPU面板上的LED及異常繼電器會接通，在特殊寄存器中會存入出錯代碼。當(dāng)出現(xiàn)致命錯誤時，CPU被強(qiáng)制為STOP模式，所有的掃描停止。 根據(jù)以上所述，外部信號的輸人總是通過PLC的掃描由“輸入傳送”來完成的，這就不可避免地帶來了“邏輯滯后”。PLC能不能像計算機(jī)那樣采用中斷輸人的方法，即當(dāng)有中斷申請信號輸人后，系統(tǒng)會中斷正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相關(guān)的中斷子程序。系統(tǒng)若有多個中斷源時，它們之間按重要性有一個先后順序的排隊。系統(tǒng)由程序設(shè)定允許中斷或禁止中斷。PLC關(guān)于中斷的概念及處理思路與一般微機(jī)系統(tǒng)基本是一樣的，但也有特殊之處。 一般微機(jī)系統(tǒng)的CPU，在每一條指令執(zhí)行結(jié)束時都要查詢有無中斷申請。而PLC對中斷的響應(yīng)則是在相關(guān)的程序塊結(jié)束后查詢有無中斷申請，或者在執(zhí)行用戶程序時查詢有無中斷申請，若有中斷申請，則轉(zhuǎn)人執(zhí)行中斷服務(wù)程序。如果用戶程序以塊式結(jié)構(gòu)組成，則在每塊結(jié)束或執(zhí)行塊調(diào)用時處理中斷。 在PLC中，中斷源的信息是通過輸人點(diǎn)而進(jìn)人系統(tǒng)的，PLC掃描輸人點(diǎn)是按輸入點(diǎn)編號的先后順序進(jìn)行的，因此中斷源的先后順序只要按輸人點(diǎn)編號的順序排列即可。系統(tǒng)接到中斷申請后，順序掃描中斷源，它可能只有一個中斷源申請中斷，也可能同時有多個中斷源申請中斷系統(tǒng)在掃描中斷源的過程中，就在存儲器的一個特定區(qū)建立起“中斷處理表”，按順序存放中斷信息，中斷源被掃描過后，中斷處理表也已建立完畢，系統(tǒng)就按該表順序先后轉(zhuǎn)至相應(yīng)的中斷子程序人口地址去工作。 必須說明的是，多中斷源可以有優(yōu)先順序，但無嵌套關(guān)系。即中斷程序執(zhí)行中，若有新的中斷發(fā)生，不論新中斷的優(yōu)先順序如何，都要等執(zhí)行中的中斷處理結(jié)束后，再進(jìn)行新的中斷處理。所以在PLC系統(tǒng)工作中，當(dāng)轉(zhuǎn)人下一個中斷服務(wù)子程序時，并不自動關(guān)閉中斷，所以也沒有必要去開啟中斷。 PLC按巡回掃描方式工作，正常的輸入/輸出在掃描周期的一定階段進(jìn)行，這給外設(shè)希望及時響應(yīng)帶來了困難。采用中斷輸人可解決對輸人信號的高速響應(yīng)問題。當(dāng)中斷申請被響應(yīng)且中斷子程序被執(zhí)行后，有關(guān)信息應(yīng)當(dāng)盡早送到相關(guān)外設(shè)，而不希望等到掃描周期的輸出傳送階段，就是說對部分信息的輸人或輸出要與系統(tǒng)CPU的掃描周期脫離。PLC可利用專們的硬件模塊(如快速響應(yīng)I/O模塊)或通過軟件(使用專門指令)使某些I/O立即刷新。 PLC的I/O系統(tǒng) 1. I/O響應(yīng)時間 為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個開關(guān)量輸人端都采用光隔離等技術(shù)。為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計算機(jī)的運(yùn)行方式(掃描技術(shù))。 以上兩個主要原因，使得PLC的I/O響應(yīng)比由一般微型計算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)慢得多，其響應(yīng)時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。PLC響應(yīng)時間是指從PLC的某一輸人信號變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號的改變所需的時間。響應(yīng)時間是可變的，例如，在一個掃描周期的輸人采樣階段開始前瞬間收到一個輸人信號，則在本周期內(nèi)該信號就起作用，這個響應(yīng)時間最短，等于輸人采樣時間、一個用戶程序執(zhí)行時間和輸出刷新時間之和 如果在一個掃描周期的輸人采樣階段剛過就收到一個輸人信號，則該信號在本周期內(nèi)不起作用，必須等到下一個掃描周期才起作用，這時響應(yīng)時間最長，等于輸人采樣時間、兩個用戶程序執(zhí)行時間、輸出刷新時間之和 2. 1/O尋址方式 PLC的硬件結(jié)構(gòu)主要分單元式和模塊式兩種。前者將PLC的主要部分(包括I/O系統(tǒng)和電源等)全部安裝在一個機(jī)箱內(nèi)。后者將PLC的主要硬件部分分別制成模塊，然后由用戶根據(jù)需要將所選用的模塊插人PLC機(jī)架上的槽內(nèi)，構(gòu)成一個PLC系統(tǒng)。 不論采取哪一種硬件結(jié)構(gòu)，都必須確立用于連接工業(yè)現(xiàn)場的各個輸入/輸出點(diǎn)與PLC的I/O映像區(qū)之間的對應(yīng)關(guān)系，即給每一個輸入/輸出點(diǎn)以明確的地址，確立這種對應(yīng)關(guān)系所采用的方式稱為I/O尋址方式。 I/O 尋址方式有以下三種： （1）固定的I/O尋址方式這種尋址方式是由PLC制造廠家設(shè)計、生產(chǎn)PLC時確定的，它是每一個輸入/輸出點(diǎn)都有一個明確的固定不變的地址。三菱公司的PLC采用的就是這種尋址方式。 （2）開關(guān)設(shè)定的I/O尋址方式這種尋址方式是由用戶通過對機(jī)架和模塊上的開關(guān)位置的設(shè)定來確定的。 （3）用軟件來設(shè)定的I/O尋址方式這種I/O尋址方式是由用戶通過軟件編制I/O地址分配表后確定的。 PLC的編程語言 可編程控制器是通過程序?qū)ο到y(tǒng)控制的，各種機(jī)型的PLC都有自己的編程語言。PLC的編程語言有多種，如梯形圖、語句表、邏輯功能和結(jié)構(gòu)化文本等。下面分別加以介紹。 梯形圖編程語言 梯形圖編程語言是一種圖形語言，是若干圖形符號的組合。不同廠家的PLC各有自己的一套梯形圖符號。這種編程語言具有繼電器控制電路形象、直觀的優(yōu)點(diǎn)，使熟悉繼電器控制的技術(shù)人員很容易掌握。可見，各種機(jī)型的PLC都把梯形圖作為第一編程語言。 左表列出了物理的繼電器與CP1系列PLC輸出繼電器的梯形圖符號。 圖是用繼電器控制的電動機(jī)直接啟、停(也稱啟保停)控制梯形圖， (b)是用PLC控制的梯形圖程序。由圖可見，這兩種梯形圖形式很相似。但是，它們只是形式上的相似，實(shí)質(zhì)上卻存在著本質(zhì)的差別，其主要區(qū)別有以下幾點(diǎn) (1)繼電器控制電路中使用的繼電器都是物理的電器，繼電器與其他控制電器間的連接必須通過硬接線來完成。PLC的繼電器不是物理的電器，它是PLC內(nèi)部的寄存器位，常稱為“軟繼電器”。之所以稱為“軟繼電器”，是因?yàn)樗哂信c物理繼電器相似的功能。例如，當(dāng)它的“線圈”通電時，其所屬的常開觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)斷開，當(dāng)它的“線圈”斷電時，其所屬的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)均隨常態(tài)PLC梯形圖中的接線稱為“軟接線”，這種“軟接線”是通過編程序來實(shí)現(xiàn)的。 (2)PLC的每一個繼電器都對應(yīng)著內(nèi)部的一個寄存器位，由于可以無限次地讀取某位寄存器的內(nèi)容，所以，可以認(rèn)為PLC的繼電器有無數(shù)個常開、常閉觸點(diǎn)可供用戶使用。而物理繼電器的觸點(diǎn)個數(shù)是有限的。 (3)PLC的輸入繼電器是由外部信號所驅(qū)動的，在梯形圖中只能使用輸入繼電器的觸點(diǎn)，而不出現(xiàn)它的線圈。而物理繼電器觸點(diǎn)的狀態(tài)取決于其線圈中有無電流通過，在繼電器控制電路中，若不接繼電器線圈，只接其觸點(diǎn)，則觸點(diǎn)永遠(yuǎn)不會動作。 PLC梯形圖左右的兩根線也叫母線，但與繼電器控制電路的兩根母線不同。繼電器控敘電路的母線與電源連接，其每一行(也稱梯級)在滿足一定條件時將通過兩條母線形成電流通路，從而使電器動作。而PLC梯形圖的母線并不接電源，它只表示每一個梯級的起始和終了，PLC的每一個梯級中并沒有實(shí)際的電流通過。通常說PLC的線圈接通了，這只不過是為了分析問題方便而假設(shè)的概念電流通路，而概念電流只能從左向右流，這是PLC梯形圖與繼電器控制電路本質(zhì)的區(qū)別。 繼電器控制是靠改變電器間的硬接線來實(shí)現(xiàn)各種控制功能的，而PLC是通過編程序來實(shí)現(xiàn)控制的。圖中只畫出了一部分輸入和輸出端子。、 ，、 ，輸入和輸出 端子各有自己的公共端COM。 當(dāng)啟動按鈕SB1閉合時，它的觸點(diǎn)相應(yīng)動作:當(dāng)停止按鈕SB2閉合時，它的觸點(diǎn)相應(yīng)動作。，外部負(fù)載KM的線圈通電。根據(jù)上述關(guān)系， (b)啟、停電動機(jī)的過程是 按下啟動按鈕SB1， 。由于沒有按動SB2。，使KM通電。KM的主觸點(diǎn)接在電動機(jī)的主電路中，于是電動機(jī)啟動。釋放啟動按鈕SB1后。在電動機(jī)運(yùn)行過程中按下SB2， ，，使KM斷電，于是電動機(jī)停轉(zhuǎn)。 語句表編程語言類似計算機(jī)的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能。對同樣功能的指令，不同廠家的PLC使用的助記符一般不同。 對右圖的梯形圖，其語句表為 LD () OR () AND NOT () OUT ( ) 指令語句是PLC用戶程序的基礎(chǔ)元素，多條語句的組合構(gòu)成了語句表。一個復(fù)雜的控制功能是用較長的語句表來描述的。 語句表編程語言不如梯形圖形象、直觀，但是在使用簡易編程器輸入用戶程序時，只能輸入語句表程序。 功能塊（FB)是一個包含標(biāo)準(zhǔn)處理功能的基本程序單元。用戶在使用時，可以根據(jù)需要選擇由PLC生產(chǎn)廠家提供的功能塊或自行定義。 用戶定義的功能塊中可以包含用不同編程語言實(shí)現(xiàn)的、與傳統(tǒng)PLC程序相似的控制代碼。與傳統(tǒng)PLC程序最大的區(qū)別就是功能塊中的數(shù)據(jù)是符號化的數(shù)據(jù)，且不與硬件或固定的存儲器直接相連。因此用戶所定義的功能塊中控制代碼可以在相同的PLC任務(wù)中使用，在多個任務(wù)間共享，或者復(fù)制到其他PLC中。 OMRON最新推出的CJ1, CS1, CP系列PLC和CXP ()可直接支持用戶定義的標(biāo)準(zhǔn)功能塊。梯形圖功能塊是由完成特定功能的程序段組成的。組成程序的每一步都有輸入和輸出，功能塊中的輸入和輸出被定義成變量的特點(diǎn)，決定著它能成為一個編程“元素”，而能夠在不同的程序中被多次調(diào)用。總的來說，功能塊是由變量加算法構(gòu)成的。內(nèi)部變量是只能在功能塊內(nèi)部使用的變量。內(nèi)部變量不能與功能塊的I/O參數(shù)直接建立聯(lián)系，例如，不能從功能塊的輸入?yún)?shù)直接獲得數(shù)據(jù)，也不能將數(shù)據(jù)直接從功能塊輸出。輸入變量是從功能塊外面指定的輸入?yún)?shù)中獲得數(shù)據(jù)。每個功能塊都有一個默認(rèn)輸入變量EN, EN為使能變量，功能塊創(chuàng)建時自動生成，不需要用戶定義，當(dāng)EN處于ON時，功能塊執(zhí)行。輸出變量可以將數(shù)據(jù)賦給功能外面指定的輸出參數(shù)。每個功能塊都由一個默認(rèn)輸出變量ENO，ENO為使能輸出變量，功能塊創(chuàng)建時自動生成，不需要用戶定義，功能塊執(zhí)行時，ENO處于ON狀態(tài)。 外部變量是由CXP定義保存的系統(tǒng)變量（條件標(biāo)志和一些輔助區(qū)域位），或用戶定義的全局符號（可用于每個實(shí)例）。 算法是依靠梯形圖的編程來完成的。依靠算法可以完成某個特定的控制功能。 結(jié)構(gòu)化文本隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC的高級功能越來越多，如果任然用梯形圖來實(shí)現(xiàn)，會很不方便。為了方便用戶使用PLC的數(shù)學(xué)運(yùn)算