【文章內(nèi)容簡介】 有關(guān)電路。內(nèi)存主要用 于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是 PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細(xì)分析 CPU 的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU 速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù)，它們決定著 PLC 的工作速度， IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 I/O 模塊 PLC 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出 部分（ I/O）完成的。 I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入 PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。 I/O 分為開關(guān)量輸入（ DI），開關(guān)量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊。 開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或 1和 0）兩種狀態(tài)的信號(hào)，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的 I/O 分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模 擬 量 ： 按 信 號(hào) 類 型 分 ， 有 電 流 型 （ 420mA,020mA ）、 電 壓 型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 IO外，還有特殊 IO 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 7 電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），直流電源 （常用的為 24VAC）。 底板或機(jī)架 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 CPU 能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。 PLC 系統(tǒng)的其它設(shè)備 編程設(shè)備：編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。小編程器 PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。 人機(jī)界面：最簡單的 人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。 輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，如 EPROM、 EEPROM 寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。 PLC 的工作原理 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(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。 (1) 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(gè)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(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(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)中對(duì)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。 8 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(huì)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(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。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即 I/O 指令則可以直接存取 I/O 點(diǎn)。即使用 I/O 指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從 I/O 模塊取值，輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 (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)的外設(shè)。這時(shí)，才是 PLC 的真正輸 出 。 PLC 內(nèi)部運(yùn)作方式 雖然 PLC 所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計(jì)時(shí)器與計(jì)數(shù)器等名稱，但 PLC內(nèi)部并非實(shí)體上具有這些硬件，而是以內(nèi)存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機(jī)械裝置做實(shí)體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實(shí)際上 PLC 執(zhí)行階梯圖程式的運(yùn)作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入 CPU 中并最后執(zhí)行控制運(yùn)作。在整個(gè)的掃描過程包括三大步驟， “ 輸入狀態(tài)檢查 ” 、 “ 程式執(zhí)行 ” 、 “ 輸出狀態(tài)更新 ” 說明如下： 步驟一 “ 輸入狀態(tài)檢查 ” ： PLC 首先檢查輸入端元件 所連接之各點(diǎn)開關(guān)或傳感器狀態(tài)（ 1 或 0 代表開或關(guān)），并將其狀態(tài)寫入內(nèi)存中對(duì)應(yīng)之位置 Xn。步驟二 “ 程式執(zhí)行 ” ：將階梯圖程式逐行取入 CPU 中運(yùn)算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點(diǎn)狀態(tài)， CPU 直接自內(nèi)存中查詢?nèi)〕觥］敵鼍€圈之運(yùn)算結(jié)果則存入內(nèi)存中對(duì)應(yīng)之位置，暫不反應(yīng)至輸出端 Yn。步驟三 “ 輸出狀態(tài)更新 ” ：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至 PLC 輸出部接點(diǎn)，并且重回步驟一。 此三步驟稱為 PLC 之掃描周期，而完成所需的時(shí)間稱為 PLC 之反應(yīng)時(shí)間， PLC 輸入訊號(hào)之時(shí)間若小于此反應(yīng)時(shí)間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行 前，輸出與輸入狀態(tài)會(huì)被更新一次，因此稱此種運(yùn)作方式為輸出輸入端 “ 程式結(jié)束再生 ” 。 PLC 的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出 網(wǎng)絡(luò)就是控制器 的觀點(diǎn)說法。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù) PLC 具有 RS232 接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 PLC 的通信，還未實(shí)現(xiàn)互操作性 ， IEC 規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)， PLC 各廠家均有采用。 對(duì)于一個(gè)自動(dòng)化工程 (特別是中大規(guī)模控制系統(tǒng) )來講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要 9 的。首先，網(wǎng)絡(luò)必須是開放的，以方便不同設(shè)備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展；其次，針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議、機(jī)制的前提下進(jìn)行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。 10 第 二 章 電子密碼鎖的控制 系統(tǒng) 密碼 鎖控制器由可編程序控制器，鍵盤輸入單元，密碼顯示單元，密碼執(zhí)行單元，報(bào)警單元組成。鍵盤輸入單元由四個(gè)按鈕分別表示數(shù)字的第一位到第四位，有確認(rèn)鍵和撤銷鍵。密碼顯示單元由七段碼 LED 實(shí)現(xiàn)。密碼鎖執(zhí)行單元由電磁閥和機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，報(bào)警單元由報(bào)警指示燈和蜂鳴器組成。 鍵盤輸入單元程序?qū)㈡I盤按壓數(shù)次通過譯碼器指令轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的繼電器狀態(tài)位動(dòng)作。密碼顯示單元程序用七段碼指令將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為七段碼并通過 LED顯示，密碼執(zhí)行單元程序用于判斷輸入值與設(shè)定值是否一致，密碼符合時(shí)電磁閥動(dòng)作。 單片機(jī) 單片機(jī)的歷史 在我國，單片機(jī)已不是一個(gè)陌生的名詞，它的出現(xiàn)是近代近代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支。 單片機(jī)是早期 Single Chip Microputer 的直譯，它忠實(shí)地反映了早期單片機(jī)的形態(tài)和本質(zhì)。隨后，按照面向?qū)ο?、突出控制功能，在片?nèi)集成了許多外圍電路及外設(shè)接口，突破了傳統(tǒng)意義的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，發(fā)展成 microcontroller的體系結(jié)構(gòu)，目前國外已普遍稱之為微控制器 MCU（ MicroController Unit） .鑒 于 它 完 全 作 嵌 入 式 應(yīng) 用 ， 故 又 稱 為 嵌 入 式 微 控 制 器 （ Embedded Microcontroller） .國內(nèi)由于單片機(jī)一詞已約定成俗，仍沿用至今，但應(yīng)將單片機(jī)的“機(jī)”理解成微控 制器而不是微計(jì)算機(jī)。 從 1946 年世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生以來，整個(gè)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)有了迅猛的發(fā)展，然而直到 20 世紀(jì) 60年代，計(jì)算機(jī)仍主要用于數(shù)值運(yùn)算、邏輯運(yùn)算及推理，它在實(shí)際控制領(lǐng)域才剛剛嶄露頭角。 在工業(yè)控制領(lǐng)域，人們對(duì)計(jì)算機(jī)提出了許多與傳統(tǒng)海量高速數(shù)值計(jì)算完全不同的控制要求，如能夠面向控制對(duì)象，便于進(jìn)行控制變量的輸入／輸出；能夠適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場較為惡劣的工作環(huán)境；體積小巧，能夠嵌入控制系統(tǒng)的內(nèi)部；控制能力突出，具有豐富的用于控制的指令系統(tǒng)和 I/O 接口等。 8 位單片機(jī)從 1976 年公布至今已 20 余年。盡管 8 位 機(jī)今天以及今后 10 年仍是單片機(jī)主流機(jī)型，但單片機(jī)技術(shù)卻有了巨大發(fā)展，以 Intel 的 8位單片機(jī)為例來了解單片機(jī)的發(fā)展史，其發(fā)展階段大致可分為單片機(jī)探索階段，單片機(jī)完善階段， MCU 形成階段和 MCU完善階段。 第一代：單片機(jī)探索階段 第二代 : 單片機(jī)完善階段 第三代：微控制器形成階段 第四代：微控制器百花齊放 11 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 單片機(jī)是典型的嵌入式系統(tǒng)，只能作為嵌入式應(yīng)用，即嵌入到對(duì)象環(huán)境、結(jié)構(gòu)、體系中作為其中的一個(gè)智能化控制單元，如洗衣機(jī)、電視機(jī)、 VCD、 DVD 等家用電器，打印機(jī)，復(fù)印機(jī)，通信 設(shè)備，智能儀表，現(xiàn)場總線控制單元等。構(gòu)成各種嵌入式應(yīng)用的電路系統(tǒng)，統(tǒng)稱為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中包括了滿足對(duì)象要求的全部硬件電路和應(yīng)用軟件。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常分為三個(gè)層次，即單片機(jī)，單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 單片機(jī)：通常是應(yīng)用系統(tǒng)的主機(jī)，設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，為所選擇的單片機(jī)系列器件。 單片機(jī)系統(tǒng) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)：在實(shí)際應(yīng)用中，需要以單片機(jī)芯片為擴(kuò)展外圍電路和外圍芯片，構(gòu)成具有應(yīng)用功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，統(tǒng)稱單片機(jī)系統(tǒng)。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)包括以下 3個(gè)組成部分。 ①信號(hào)傳感裝置 :相當(dāng)于人的感知器官， 感受外界的相關(guān)信息。 ②執(zhí)行機(jī)構(gòu)：相當(dāng)于人的手足，作出具體動(dòng)作。 ③單片機(jī)系統(tǒng)：相當(dāng)于人得大腦，接收信號(hào)傳感裝置收集到的各種信息，進(jìn)行計(jì)算，比較，判斷等處理，并向執(zhí)