【文章內(nèi)容簡介】 口電路 （ I/O接口），電源及編程設備幾大部分構成。 一．中央處理器（ CPU） 中央處理器（ CPU） 是 PLC的控制中樞。 PLC的 CPU按照系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲用戶鍵入的應用程序和數(shù)據(jù)，檢查電源，存儲器， I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，診斷用戶程序的語法錯誤。 PLC中采用的 CPU 一般有三大類，一類為通用處理器，如 80286， 80386等，一類為單片機芯片，如 8301， 8096等，另外還有位處理器，如 AMD2900,AMD2903等。 二．存儲器 PLC是工業(yè)控制計算機，除了硬件以外，還必須有軟件才能正常工作。 PLC的軟件分兩部分：系統(tǒng)軟件和應用軟件。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器；存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 RLC常用存儲器的類型：讀寫存儲器（ RAM），可擦除的只讀存儲器（ EPROM） ,電可擦除的只讀存儲器（ EPROM） 三．輸入 / 輸出（ I/O） I/O接口有良好的光電隔離和濾波作用。 PLC的輸出接口往往始于被控對象相連接，被控對象有電磁閥，指示燈，接觸器，小型電動機等。 輸入接口 各種 PLC的輸入電 路 大都相同，通常有三種輸入類型。一種是直流（ 12~14）輸入，另一種是交流（ 100~120V， 200~240V）輸入，第三種是交直流輸入。 輸出接口 PLC的輸出有三種形式：繼電器輸出，晶體管輸出。繼電器輸出型 PLC 最為常用。當 CPU有輸出時，接通輸出電 路 中繼電器的線圈，繼電器的觸點閉合，通過該觸點控制外部負載電 路 的負載。晶體管輸出型 PLC是通過光耦合器是晶體管截至或?qū)ㄒ钥刂仆獠控撦d電 路 ，并同時 PLC內(nèi)部電 路 和晶體管輸出電路 進行電氣隔離。 8 四．電源 PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。模塊的 PLC，是獨立的電源模塊；整體式 PLC電源集成在廂體內(nèi)。 PLC的電源多為高精度的開關電源；掉電保 護電 路 供電的后備電源多為鋰電池。 五．編程器 編程器是 PLC的重要外圍設備。編程器的主要任務是輸入程序，編輯程序，調(diào)試程序，監(jiān)控程序，還可以在線測試 PLC工作狀態(tài)和參數(shù)與 PLC進行人機對話。 可編程序控制器的編程語言 可編程序控制器可采用的編程語言大致可分為以下兒種 :梯形圖 (LAD)編程語言、功能塊圖 (FBD)編程語言，指令語句編程語言和邏輯表達式編程語言。 （ 1）梯形圖 (LAD)編程語言 梯形圖 (LAD)是與電氣控制電 路 圖相呼應的圖形語言。它沿用了繼電器、觸電、串并聯(lián)等術語和類似的圖形符號，并簡化 了符號，還增加了一些功能性的指令。 梯形圖格式中的繼電器不是物理繼電器，而是軟繼電器。軟繼電器各觸電均為存儲器中的一位，表示軟繼相應位為“１”狀態(tài)，表示軟繼電器線圈得電，它的常開觸點閉合或常閉觸點斷開；表示軟繼相應位為“０”狀態(tài)，表示軟繼電器線圈得電，他的常開觸點斷開或常閉觸點閉合； （ 2）功能塊圖 (FBD) 功能塊圖，是圖形化的高級編程語言，通過軟連接的方法把所需的功能塊圖連接起來，用于實現(xiàn)系統(tǒng)的控制。功能塊圖的表示格式有利于程序流的跟蹤。功能塊圖與梯形圖可以互相轉(zhuǎn)換。 （ 3）語句表 (STL) 語句表是 用助記符來表達 PLC的各種控制功能的，它類似于計算機的匯編語言，但比匯編語言直觀易懂，編程簡單。 （ 4） 順序功能圖（ SFC） 順序功能圖屬于圖形語言，用它經(jīng)常編制順序控制類程序。順序功能圖編程法可將一個復雜的控制過程分解為一些小的工作狀態(tài)，對這些小狀態(tài)的功能分別處理后在再把這些小狀態(tài)依一定的順序要求連接組合成整體的控制程序。 9 （ 5） 結(jié)構化文本（ ST） ST被稱為與 PASCAL 和 C語言一樣的高級編程語言。 ST不是采用低級的，面向機器的操作符而是以高度壓縮的方式提供大量描述復雜功能的抽象語句。與語句指令表 IL相比， ST語言的優(yōu)點是明顯的：編程任務高度壓縮化的表達格式，在語句塊中有清晰的程序結(jié)構。 可編程序控制器的工作原理 1. 掃描工作原理 當 PLC運行時，是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務的，需要執(zhí)行眾多的操作，但 CPU不可能同時去執(zhí)行多個操作，它只能按分時操作（串行工作）方式，每一次執(zhí)行一個操作，按順序逐個執(zhí)行。由于 CPU的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看， PLC外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時（并行）完成的。這種串行工作過程稱為 PLC的掃描工作方式。 用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時，掃描是從第一條 程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，周而復始重復運行。 2. PLC掃描工作過程 PLC的掃描工作過程除了執(zhí)行 用戶程序外，在每次掃描工作過程中還要完成內(nèi)部處理、通信服務工作 ，整個掃描工作過程包括內(nèi)部處理、通信服務、輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新五個階段。整個過程掃描執(zhí)行一遍所需的時間稱為掃描周期。掃描周期與 CPU運行速度、 PLC硬件配置及用戶程序長短有關，典型值為1～ 100ms。 在內(nèi)部處理階段，進行 PLC自檢，檢查內(nèi)部硬件是否正常，對監(jiān)視定時器（ WDT）復位以及完成其它一些內(nèi)部處理工作。 在通信服務階段， PLC與其它智能裝置實現(xiàn)通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等。 當 PLC處于停止（ STOP）狀態(tài)時，只完成內(nèi)部處理和通信服務工作。當 PLC處于運行（ RUN）狀態(tài)時，除完成內(nèi)部處理和通信服務工作外，還要完成輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新工作。 PLC的掃描工作方式簡單直觀，便于程序的設計，并為可靠運行提供了保障。 10 當 PLC掃描到的指令被執(zhí)行后，其結(jié)果馬上就被后面將要掃描到的 指令所利用， 而且還可通過 CPU內(nèi)部設置的監(jiān)視定時器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定時間，避免由于 CPU內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進入死循環(huán)。 3 .PLC用戶程序的循環(huán)掃描過程 PLC執(zhí)行程序的過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段 。 a)在輸入采樣階段， PLC以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個掃描周期的 輸入處理階段才能被采樣到。 b)在程序執(zhí)行階段， PLC對程序按順序進行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來表示，則總是按 先上后下，先左后右 的順序進行。當遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序是否跳轉(zhuǎn)。當指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時， PLC從輸入映像寄存器和元件映象寄存器中讀出，根據(jù)用戶程序進行運算，運算的結(jié)果再存入元件映象寄存器中。對于元件映象寄存器來說，其內(nèi)容會隨程序執(zhí)行的過程而變化。 c)當所有程序執(zhí)行完畢后，進入輸出處理階段。在這一階段里， PLC將輸出映象寄存器中與輸出有關的狀態(tài)（輸出繼電器狀態(tài)） 轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，并通過一定方式輸出，驅(qū)動外部負載。 因此， PLC在一個掃描周期內(nèi)，對輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進行。當 PLC進入程序執(zhí)行階段后輸入端將被封鎖，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段才對輸入狀態(tài)進行重新采樣。這方式稱為集中采樣，即在一個掃描周期內(nèi)，集中一段時間對輸入狀態(tài)進行采樣。 11 第三章 PLC 的選型 與設計 PLC 的選型原則 輸入輸出（ I/O）點數(shù)的估算 I/O 點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～ 20%的可擴展 余量后，作為輸入輸出點數(shù)估 算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的 1