【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 時(shí)執(zhí)行的方式工作的，只要形成電流通路，就有可能有幾個(gè)電路同時(shí)工作。而PLC上一以反復(fù)掃描的方式工作的，這是循環(huán)地連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任意時(shí)刻它只能執(zhí)行一條指令，這就是說(shuō)PLC是以串行方式工作的。這種串行工作方式可以避免繼電器控制的觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配等問(wèn)題。最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于替代傳統(tǒng)的繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的。(1)繼電器控制裝置采用硬件邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所以的觸點(diǎn)（包括其通常開或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制的那個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。(2)PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)（包括其常開或常閉觸點(diǎn)）不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在1000ms以上，而PLC掃描用戶程序的時(shí)間一般小于100ms。因此，PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式——掃描方式。這樣在對(duì)于I/O響應(yīng)要求不高的場(chǎng)合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒什么區(qū)別了。當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)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(gè)階段。 PLC運(yùn)行掃描圖(1)輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)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(gè)階段中,即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。(2)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(shí)，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筛饔|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)算的序?qū)τ筛饔|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(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該程序過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)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(huì)對(duì)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(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。(3)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(duì)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(dòng)相應(yīng)外設(shè)。這時(shí)才是PLC的真正輸出。比較下面這兩段程序執(zhí)行的結(jié)果完全一樣，但在PLC中執(zhí)行的過(guò)程卻不一樣。程序1只用一次掃描周期，就可完成對(duì)M4的刷新；程序2要用四次掃描周期，才能完成對(duì)M4的刷新。這兩個(gè)例子說(shuō)明：同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，也可以看到：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的結(jié)果有區(qū)別。程序1程序2當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時(shí)間對(duì)整個(gè)運(yùn)行來(lái)說(shuō)可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。一般來(lái)說(shuō)，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。2．PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用光電藕等技術(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(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）。以上兩個(gè)主要原因，使得PLC的I/O響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿得多，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長(zhǎng)。所謂I/O響應(yīng)時(shí)間是指從PLC的某一輸入信號(hào)變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端的時(shí)間。其最短的I/O響應(yīng)時(shí)間與最長(zhǎng)I/O響應(yīng)時(shí)間如圖所示： I/O響應(yīng)時(shí)間以上是一般的PLC的工作原理，但在現(xiàn)代出現(xiàn)的比較先進(jìn)的PLC中，輸入映象刷新循環(huán)、程序執(zhí)行循環(huán)和輸出映象刷新循環(huán)已經(jīng)各自獨(dú)立工作，提高了PLC的執(zhí)行效率。（CPU）中央處理單元（center process unit ,CPU）可比作PLC的大腦，是PLC實(shí)現(xiàn)信息處理和控制的關(guān)鍵部件，其性能的優(yōu)劣直接影響PLC的技術(shù)性能指標(biāo)。(1)CPU的組成CPU一般是由控制電路、運(yùn)算器和總線等部件組成，這些電路一般都集成在一個(gè)芯片上。CPU通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口電路相連接。不同型號(hào)的PLC使用不同的CPU部件，制造廠家使用CPU部件的系統(tǒng)指令編寫系統(tǒng)程序，并固化到只讀存儲(chǔ)器RAM中。CPU按系統(tǒng)程序賦予的功能，接收編者按編程器或計(jì)算機(jī)等編程工具輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，存入隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中。CPU按掃描方式工作，從規(guī)定著的地址存放的第一條用戶程序開始，到用戶程序的最后一個(gè)地址，不停的周期性掃描，每掃描一次，用戶程序就執(zhí)行一次。(1) CPU的主要功能①運(yùn)行程序：PLC的程序存放于內(nèi)存中，但程序運(yùn)行卻在CPU中。PLC運(yùn)行時(shí)首先CPU從地址總線上給出存儲(chǔ)地址，從控制總線上給出存儲(chǔ)地址，從控制總線上給出讀命令，從數(shù)據(jù)總線上得到讀出行譯碼，最后，CPU執(zhí)行指令規(guī)定的操作，如讀取輸入信號(hào)，取操作數(shù)，進(jìn)行邏輯運(yùn)算或算術(shù)運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果輸出給有關(guān)部件。CPU運(yùn)行程序是周而復(fù)始不斷重復(fù)著的，這與PLC掃描工作方式是相適應(yīng)的。若PLC設(shè)置在中斷主程序轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序完成后，自動(dòng)返回主程序。②接受程序：PLC的系統(tǒng)程序由廠家提供并固化在CPU內(nèi)部存儲(chǔ)器ROM中，它除了能編譯、運(yùn)行用戶程序以外，還對(duì)PLC進(jìn)行上電初始化、I/O刷新及公共處理。用戶程序由用戶根據(jù)機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)工藝和控制要求進(jìn)行編制并保存在ROM中。CPU通過(guò)系統(tǒng)程序?qū)τ脩舫绦蜻M(jìn)行編輯或計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)上訴過(guò)程。同時(shí)，有時(shí)還需要對(duì)系統(tǒng)的特殊功能進(jìn)行設(shè)置，如將系統(tǒng)設(shè)置為具有中斷控制、高速脈沖記數(shù)、高速脈沖輸出、輸入脈沖延時(shí)和捕捉等功能。CPU則根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)上訴功能。部分PLC接受程序是通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如西門子的PLC編程軟件STEP5，即是通過(guò)組織塊來(lái)實(shí)現(xiàn)分段程序的連接，通過(guò)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制功能。③系統(tǒng)監(jiān)控：PLC除了可處于運(yùn)行及編程狀態(tài)外，還可設(shè)置成監(jiān)控狀態(tài)。此時(shí)，PLC即可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控，也可通過(guò)編程和計(jì)算機(jī)修改程序或改變程序。在這種狀態(tài)下，PLC的CPU工作狀態(tài)及接收編程器操作的功能。存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來(lái)存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯程序、邏輯變量和其他一些信息。系統(tǒng)程序是用來(lái)控制和完成PLC各種功能的程序，這些程序由PLC制造廠商相應(yīng)的CPU指令系統(tǒng)來(lái)編寫，并固化到ROM中。用戶程序存儲(chǔ)用來(lái)存放由編輯器或計(jì)算機(jī)輸入的用戶程序。用戶程序是使用者根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求編寫的控制程序，可通過(guò)編程工具進(jìn)行修改。在PLC中主要使用兩種類型的儲(chǔ)存器，即ROM和RAM儲(chǔ)存器，部分PLC也使用EEPROM和EPROM儲(chǔ)存器。(1)只讀儲(chǔ)存器ROMROM中的內(nèi)容一般是由PLC制造廠家寫入的系統(tǒng)程序，并且永遠(yuǎn)駐留。系統(tǒng)主要包括檢查程序、編譯程序和監(jiān)控程序。PLC啟動(dòng)后，首先由檢查程序檢查PLC的各部分操作是否正常，并將檢查結(jié)果顯示給操作人員；然后編譯程序?qū)⒂脩翩I入的控制程序變換成由微電腦指令組成的程序，并對(duì)用戶的需要調(diào)用相應(yīng)的內(nèi)部程序。例如用編程器選擇了程序工作方式，則監(jiān)控程序就調(diào)入“鍵盤輸入處理程序”，將用戶輸入的程序送到RAM中；若用編程選擇運(yùn)行工作方式，則監(jiān)控程序?qū)?dòng)用戶程序。ROM的容量與PLC的復(fù)雜程序有關(guān)。(2)隨機(jī)儲(chǔ)存器RAMRAM是可讀寫儲(chǔ)存器。讀出時(shí)，RAM中的內(nèi)容不被破壞，而寫入時(shí)，剛寫入的信息就會(huì)覆蓋原來(lái)位置上的信息。RAM中一般存入用戶程序、邏輯變量、中間結(jié)果、最終運(yùn)算結(jié)果及供內(nèi)部監(jiān)控、管理程序使用的系數(shù)數(shù)據(jù)等內(nèi)容。用戶程序是指選擇編程工作方式時(shí)，用編程工具輸入的程序經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，存入在RAM的低地址區(qū)。而邏輯變量則指在輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器、保持繼電器、定時(shí)器、移位電器等。一般PLC還開辟一定數(shù)量的數(shù)據(jù)區(qū)供數(shù)值運(yùn)算，A/D，D/A，高速脈沖計(jì)數(shù)等功能。內(nèi)部監(jiān)控、管理程序也要使用部分存儲(chǔ)單元存放系數(shù)數(shù)據(jù)。由于不同型號(hào)的PLC其儲(chǔ)存器的容量是不同的，所以在技術(shù)說(shuō)明書中，一般都會(huì)給出與用戶編程和使用單元有關(guān)的指標(biāo)，如輸入輸出繼電器的數(shù)量、保持繼電器的數(shù)量、內(nèi)部輔助繼電器的數(shù)量、定時(shí)器和記數(shù)器的數(shù)量、允許用戶程序的最大長(zhǎng)度等，這些指標(biāo)都間接地反映了RAM的容量。RAM通常和鋰電池配合使用，這樣在斷電時(shí)可起到對(duì)用戶程序的保存作用。(3)EPROM,EFPROM部分PLC還使用內(nèi)置EPROM或外置EEPROM，EEPROM存儲(chǔ)器用于存放用戶程序，這樣用戶程序可實(shí)現(xiàn)“永久”保存，不會(huì)出現(xiàn)存儲(chǔ)器采用RAM+鋰電池結(jié)構(gòu)時(shí)，隨著鋰電池電能的消耗，電量不足而出現(xiàn)用戶程序丟失的現(xiàn)象。電源部件將交流轉(zhuǎn)換成供PLC的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路工作需要的直流電源，使PLC能正常工作。PLC內(nèi)部使用的電源是整機(jī)的供給中心，它的優(yōu)劣直接影響到PLC的功能和可靠性，因此目前大部分PLC采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電。這是PLC與被控設(shè)備相連接的接口電路。用戶設(shè)備輸入PLC的各種控制信號(hào)，如限位開關(guān)、操作按扭、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量等，通過(guò)輸入借口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠接收和處理的信號(hào)。輸出接口電路將中央處理器送出的弱電控制信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、電機(jī)等被控執(zhí)行元件。(1)輸入接口的電路輸入接口的電路一般由光電耦合電路和微電腦輸入接口電路組成。①光電耦合電路：采用光電偶合電路和現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)相連的目的是防止現(xiàn)場(chǎng)的強(qiáng)電干擾進(jìn)入PLC，也防止傳導(dǎo)性干擾，從而起到對(duì)電信號(hào)的隔離作用。光電耦合電路的關(guān)鍵部件是光電耦合器，一般由發(fā)光二極管和光敏三極管組成。②微電腦輸入接口電路：它一般是數(shù)據(jù)輸入存儲(chǔ)器、選通電路和中斷請(qǐng)求邏輯電路構(gòu)成，這些電路集成在一個(gè)芯片上?，F(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)通過(guò)光電耦合器送到輸入儲(chǔ)存器，然后通過(guò)數(shù)據(jù)總線送給CPU。(2)輸出接口電路PLC的輸出接口電路是一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成。微電腦輸出接口電路一般由輸出數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成而成。CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線將要輸出的信號(hào)放到輸出儲(chǔ)存器中，并通過(guò)光電耦合器隔離后輸出。功率放大電路是為了適應(yīng)工業(yè)控制的要求，將PLC的輸出信號(hào)加以放大。PLC一般采用繼電器輸出,部分PLC采用晶閘管輸出。①繼電器輸出電路：負(fù)載電源由用戶提供，可以是交流也可以是直流，視負(fù)載情況而定。繼電器輸出電路抗干擾能力強(qiáng)，負(fù)載能力大（工作電流可達(dá)25A），但信號(hào)響應(yīng)速度較慢，其延遲一般為810ms 。②晶閘管輸出電路：負(fù)載電源由用戶提供，只能是直流。晶體管輸出電路負(fù)載能力較大（工作電流僅1A左右），其響應(yīng)速度較快，延遲一般為導(dǎo)通12ms，關(guān)斷810ms。③晶體管輸出電路：負(fù)載電源由用戶提供，只能是直流。晶體管輸出電路負(fù)載能力?。ǎ?，但響應(yīng)速度快，.除了上面介紹的這幾個(gè)主要單元以外，PLC上還配有各種與外圍設(shè)備連接用的并行、串行接口，通常用插座引出到外殼上，可通過(guò)電纜或通過(guò)底板方便的配接編程器、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、觸摸屏、顯示器以及A/D，D/A，高速計(jì)數(shù)等模塊。4切紙機(jī)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC的環(huán)境技術(shù)條件設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)制造時(shí)，充分考慮了它的環(huán)境適應(yīng)性，它具有在惡劣技術(shù)條件下可靠工作的性能。但是，每種PLC都有自己的工作環(huán)境技術(shù)條件，用戶在選用時(shí)，特別在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要給予充分的考慮。在設(shè)計(jì)、安裝時(shí)盡可能地改善可編程器的現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，達(dá)到延長(zhǎng)其工作命，提高系統(tǒng)的可靠性的目的。一般PLC及外部電路（I/O模塊、輔助電源等）都能在下列工作條件下可靠地工作：濕度：相對(duì)濕度為5%—95%（無(wú)凝結(jié)霜）：震動(dòng)和沖擊：滿足國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)： 電源：220V交流，允許變化上下15%頻率47~53HZ，瞬間停電保持為10ms；周圍空氣：周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體。(1)溫度的影響：晶體管和電阻電容等外部電路都是由半導(dǎo)體集成電路（簡(jiǎn)稱IC）、晶體管和電阻電容等元件構(gòu)成的，溫度的變化將直接影響這些元件的可靠性和壽命。溫度高時(shí)容易產(chǎn)生下列問(wèn)題：IC晶體管等到半導(dǎo)體器件性能惡化，故障率增加和壽命降低：模擬回路的漂移變大，精度降低等。如果溫度偏低，除模擬回路精度降低外，回路的安全系數(shù)也會(huì)變小，超低溫時(shí)還可能引起控制系統(tǒng)的動(dòng)作不正常。別是溫度的急劇變化（高低溫沖擊），由于電子器件熱脹冷縮，更容易引起電子器件的惡化和溫度特性變壞。(2)濕度的影響：在濕度大的環(huán)境中，水分容易通過(guò)模塊上IC的金屬表面進(jìn)內(nèi)部，引起內(nèi)部元件的惡化，印刷板可能由于高壓或高電流而引起短路，干燥的絕緣物體上可能帶靜電，特別是MOS集成電路，由于輸入阻抗高，可能會(huì)因靜電感應(yīng)而損壞。控制器不運(yùn)行時(shí)，溫度、濕度的急劇變化，會(huì)引起結(jié)露，結(jié)露后會(huì)使絕緣電阻大大降低，容易引發(fā)高壓的泄露，使金屬表面生銹，從而導(dǎo)致絕緣惡化，特別是交流會(huì)20V，110V的I/O模塊，由于絕緣的惡化，可能產(chǎn)生預(yù)料不到的事故。(3)振動(dòng)和沖擊的影響：一般PLC能耐的振動(dòng)和沖擊頻率為10