【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 寄存器區(qū)域。過程映像，區(qū)域的輸入映像寄 存器區(qū)域 PLC 用來存放輸入端點(diǎn)的狀態(tài)，輸出映像寄存器區(qū)域 PIQ 用來存放用戶程序 OBI 運(yùn)行的結(jié)果。 PLC 輸入模塊的輸出信號(hào)狀態(tài)與傳感器信號(hào)相對(duì)應(yīng)， 為傳感器信號(hào)經(jīng)過，隔離和濾波后的有效信號(hào)，開關(guān)量輸入電路同構(gòu)傳感器的 電平變化，識(shí)別開關(guān)的通斷狀態(tài)， CPU 存每個(gè)掃描周期的開始掃描輸入模塊，信號(hào)狀態(tài)并將其狀態(tài)送入輸入映像寄存器區(qū)域； CPU 根據(jù)用戶程序中的程序指令來處理傳感器信號(hào)。并將處理結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域。 PLC 輸出模塊具有一定的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，在額定負(fù)載以內(nèi)，直接和負(fù)載相連，可以驅(qū)動(dòng)相 應(yīng)的執(zhí)行器。 CPU 連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。如下圖所示， CPU 的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請(qǐng)求、執(zhí)行 CPU 自診斷測(cè)試及寫輸出等內(nèi)容。 PLC 可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。它一直周而復(fù)始地循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務(wù)。用戶程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分，用戶程序不運(yùn)行時(shí)， PLC 也在掃描，只不過在一個(gè)周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分內(nèi)容。典型的 PLC 在一個(gè)周期中可完成以下 5 個(gè)掃描過程。 1 自診斷測(cè)試掃描過程。 為保證設(shè)備的可靠性，及時(shí)反應(yīng)所出現(xiàn)的故 障， PLC 都具有自監(jiān)視功能。自監(jiān)視功能主要由時(shí)間監(jiān)視器完成。 WDT 是一個(gè)硬件定時(shí)器，每一個(gè)掃描周期開始前都被復(fù)位。 WDT 的定時(shí)可由用戶修改，一般在 100～ 200ms 之間。其它的執(zhí)行結(jié)果錯(cuò)誤可由程序設(shè)計(jì)者通過標(biāo)志位進(jìn)行處理。 2 與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的掃描過程。 一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過程，配有網(wǎng)絡(luò)的 PLC 系統(tǒng)才有通信掃描過程，這一過程用于 PLC 之間及 PLC 與上位計(jì)算機(jī)或終端設(shè)備之間的通信。 3 用戶程序掃描過程。 機(jī)器處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一掃描周期內(nèi)部包換掃描過程。該過程在機(jī)器運(yùn)行中是可控的，即用 戶可以通過軟件進(jìn)行設(shè)定。用戶程序的長(zhǎng)短，會(huì)影響過程所用的時(shí)間 . 4 讀輸入與寫輸出掃描過程。 機(jī)器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一時(shí)間。個(gè)掃描周期內(nèi)都包含這個(gè)掃描過程。該過程在機(jī)器運(yùn)行中是否被執(zhí)行是可控的。 CPU 在處理用戶程序時(shí)，使用的輸入值不是直接從輸入點(diǎn)讀取的運(yùn)算的結(jié)果也不直接送到實(shí)際輸出點(diǎn)，而是在內(nèi)存中設(shè)置了兩個(gè)映像寄存器：一個(gè)為輸入映像寄存器，另一個(gè)為輸出映像寄存器。用戶程序中所用的輸入值是輸入映像寄存器的值，運(yùn)算結(jié)果也放在輸出映像寄存器中。在輸入掃描過程中， CPU 把實(shí)際輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器 ；在輸出過程中， CPU 把輸出映像寄存器的值鎖定到實(shí)際輸出點(diǎn)。為了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便，PLC 具有 I/O 控制功能，用戶可以通過編程器封鎖或開放 I／ O。封鎖 I／ O 就是關(guān)閉 I／ O 掃描過程。 在讀輸入階段， CPU 對(duì)各個(gè)輸入端子進(jìn)行掃描，通過輸入電路將各輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入輸入映像寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段， CPU 按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，根據(jù)輸入映像寄存器和輸出映像寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時(shí)將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映像寄存器中。在程序執(zhí)行期間，即使輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì) 改變―輸入端子狀態(tài)變化只能在下一個(gè)工作周期的輸入階段才被集中讀入。在寫輸出階段，將輸出映像寄存器的狀態(tài)集中鎖定到輸出鎖存器，再經(jīng)輸出電路傳遞到輸出端子。 由上述分析得出循環(huán)掃描有如下特點(diǎn)： 一 掃描過程周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、寫輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。 二 輸入映像寄存器的內(nèi)容是設(shè)備驅(qū)動(dòng)的，在程序執(zhí)行過程中的一個(gè)工作周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變， CPU 采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像積存的值來控制程序的執(zhí)行。 三 程序執(zhí)行完后的輸出映像寄存器的值決定了下一個(gè)掃描周期的 輸出值，而在程序執(zhí)行階段，輸出映像寄存器的值即可以作為控制程序執(zhí)行的條件，同時(shí)又可以被程序修改用于存儲(chǔ)中間結(jié)果或下一個(gè)掃描周期的輸出結(jié)果。此時(shí)的修改不會(huì)影響輸出鎖存器的現(xiàn)在輸出值，這是與輸入映像寄存器完全不同的。 四 對(duì)同一個(gè)輸出單元的多次使用、修改次序會(huì)造成不同的執(zhí)行結(jié)果。由于輸出映像寄存器的值可以作為程序執(zhí)行的條件，所以程序的下一個(gè)掃描周期的集中輸出結(jié)果是與編程順序有關(guān)的，即最后一次的修改決定了下一個(gè)周期的輸出值，這是編程人員要注意的問題。各個(gè)電路和不同的掃描階段會(huì)造成輸入和輸出的延遲，這是 PLC 的主 要缺點(diǎn)。各 PLC 廠家為了縮小延遲采取了很多措施，編程人員應(yīng)對(duì)所使用型號(hào)的 PLC 的延遲時(shí)間的長(zhǎng)短很清楚，它是進(jìn)行 PLC 選型時(shí)的重要指標(biāo)。 2 可編程控制器的技術(shù)性能指標(biāo)。 1 I/O 點(diǎn)數(shù) 2 存儲(chǔ)容量 3 掃描速度 4 指令系統(tǒng) 5 可擴(kuò)展性 6 通信功能 3 可編程控制器的組成 如圖所示， PLC 與通用計(jì)算機(jī)沒有什么區(qū)別，只是一臺(tái)增強(qiáng)了 I/O 功能的可與控制對(duì)象方便連接的計(jì)算機(jī)。其完成控制的實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行 I／ O 變換，并將這個(gè)變換物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。 1 輸入寄存器 輸入寄存器可按位進(jìn)行尋 址，每一位對(duì)應(yīng)一個(gè)開關(guān)量，其值反映了開關(guān)量的狀態(tài)，其值的改變由輸入開關(guān)量驅(qū)動(dòng)，并保持一個(gè)掃描周期。 CPU 可以讀其值，但不可以寫或進(jìn)行修改。 圖 21. PLC 的組成 2 輸出寄存器 輸出寄存器的每一位都表明了 PLC 在下一個(gè)時(shí)間段的輸出值 ,而程序循環(huán)執(zhí)行開始時(shí)的輸出寄存器的值 ,表明的是上一時(shí)間段的真實(shí)輸出值。在程序執(zhí)行過程中 ,CPU 可以讀其值 ,并作為條件參加控制 ,還可以修改其值 ,而中間的變換僅僅影響寄存器的值。只有程序執(zhí)行到一個(gè)循環(huán)的尾部時(shí)的值才影響下一時(shí)間段的輸出，即只有最后的修改才 對(duì)輸出接點(diǎn)的真實(shí)值產(chǎn)生影響。 3 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開發(fā)固化好了的，用戶不能更改， PLC 要在系統(tǒng)程序的管理下運(yùn)行。用戶存儲(chǔ)器中存放的是用戶程序和運(yùn)行所需要的資源， I/O 寄存器的值作為條件決定著存儲(chǔ)器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復(fù)雜的控制功能。 4 CPU 單元 CPU 單元控制著 I／ O 寄存器的讀、寫時(shí)序，以及對(duì)存儲(chǔ)器單元中程序的解釋執(zhí)行工作，是 PLC 的大腦。 5 其它接口單元 其它接口單元用于提供 PLC 與其它設(shè)備和模塊進(jìn)行連接通信的物理?xiàng)l件。 4 可編程控制器的主要用途 PLC 編程一般采用易于理解和掌握的梯形圖語(yǔ)言及面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令編制程序，非常形象直觀，在了解了 PLC 簡(jiǎn)單工作原理和它的編程技術(shù)后，就可以結(jié)合實(shí)際需要進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)，進(jìn)而將 PLC 用語(yǔ)實(shí)際控制系統(tǒng)中，此外， PLC還具有使用和編程方便，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，在實(shí)際運(yùn)用中設(shè)施施工周期短等特點(diǎn)，是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的理想工具。 PLC 誕生后，受到工業(yè)界的普遍歡迎，并得到迅速發(fā)展，目前，它的應(yīng)用幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，而且隨著 PLC 技術(shù)的推廣和應(yīng)用， PLC 將向著標(biāo)準(zhǔn)化，小型化， 模塊化及低成本，高功能的方向發(fā)展。 32PLC 與一般的計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，由中央處理單元（ CPU），存儲(chǔ)器（ MEMERY），輸入 /輸出（ INPUT/OUTPUT）接口，電源部件外部設(shè)備接口等，但由于 PLC 專為工業(yè)環(huán)境下設(shè)計(jì)，為了便于接線，擴(kuò)充功能，操作及維護(hù)，它的結(jié)構(gòu)與組成又與一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有所區(qū)別。 可編程控制器的應(yīng)用與發(fā)展 可編程控制器 PLC 是以早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。自 60 年代問世以來， PLC 得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。尤其在數(shù)據(jù)處理，網(wǎng)絡(luò)通信及與 NCS 等集散系統(tǒng)融合方面有了很大的 進(jìn)展，可編程控制器已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化強(qiáng)有力的工具。得到了廣泛的普及和推廣應(yīng)用，可編程序控制器在工業(yè)自動(dòng)化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化，價(jià)格低、可靠性高。在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出， PLC 可編程控制器是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)發(fā)展起