【正文】 編程控制器而獨立計數(shù)的高速計數(shù)器對這些參量計數(shù)。高速計數(shù)模塊可對幾萬赫茲甚至上兆赫茲的脈沖計數(shù)，當計數(shù)器的當前值等于或大于預置值時，輸出被驅(qū)動（這一過程與可編程控制器的掃描過程無關，可保證負載被及時驅(qū)動）。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 （ 3） PID過程控制模塊 比例 /積分 /微分（ PID）控制模塊是實現(xiàn)對連續(xù)變化的模擬量閉環(huán)控制的智能模塊。如 圖 128所示?？蓪?PID模塊看成一個過程調(diào)節(jié)器。在 PID模塊上有輸入 (輸出接口和進行閉環(huán)控制運算的 CPU，模塊一般可以控制多個閉環(huán)。 （ 4）中斷輸入模塊與快速響應模塊 中斷輸入模塊適用于快速響應的控制系統(tǒng)，過程控制接收到中斷輸入信號后，暫停正在運行的主程序，轉而執(zhí)行中斷程序，執(zhí)行完后返回，繼續(xù)執(zhí)行主程序。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 快速響應模塊的功能與通用的開關量 I/O模塊功能相似。主要區(qū)別是在相同條件下，快速響應模塊能將輸入量的變化較快地反映到輸出量上。 可編程控制器的輸入量與輸出量之間存在因掃描工作方式引起的延遲（輸入量的變化，一般要在一個掃描周期后，才能反映到輸出上），這種延遲最長可達兩個多掃描周期。用快速響應模塊可實現(xiàn)快速輸入/輸出控制。模塊輸出響應的延遲僅受電路中的硬件影響，不受可編程控制器掃描周期的影響，即模塊的輸出由輸入量直接控制，同時還受用戶秩序的控制。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 （ 6）通信模塊 可編程控制器的通信模塊相當于局域網(wǎng)中的網(wǎng)絡接口，通過通信數(shù)據(jù)模塊總線和可編程控制器的主機連接，用硬件和軟件一起來實現(xiàn)通信協(xié)議?？删幊炭刂破鞯耐ㄐ拍K一般配有幾種接口，可以通過通信模塊上的選擇開關進行接口選擇，實現(xiàn)與別的可編程控制器智能控制設備或計算機之間的通信。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 （ 5）運動控制模塊 運動控制模塊通過輸出脈沖控制位置移動量和移動速度，可分為單坐標控制和雙坐標控制，雙坐標控制可實現(xiàn)兩坐標運動協(xié)調(diào)，這實際上是通過可編程控制器運動控制模塊實現(xiàn)的數(shù)控（ NC）技術。 位置控制一般采用閉環(huán)控制，用伺服電動機作驅(qū)動裝置。如果用步進電動機作驅(qū)動裝置，那么既可采用開環(huán)控制，也可用閉環(huán)控制。模塊用存儲器來存儲給定的運動曲線，模塊從位置傳感器得到當前的位置值，并與給定值相比較，比較的結果用來控制伺服電動機或步進電動機的驅(qū)動裝置。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 4. 編程器 編程器作用是將用戶編寫的程序下載至 PLC的用戶程序存儲器，并利用編程器檢查、修改和調(diào)試用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行過程，顯示 PLC狀態(tài)、內(nèi)部器件及系統(tǒng)的參數(shù)等。 編程器有簡易編程器和圖形編程器兩種。簡易編程器體積小，攜帶方便，但只能用語句形式進行聯(lián)機編程，適合小型 PLC的編程及現(xiàn)場調(diào)試。圖形編程器既可用語句形式編程，又可用梯形圖編程，同時還能進行脫機編程。 目前 PLC制造廠家大都開發(fā)了計算機輔助 PLC編程支持軟件，當個人計算機安裝了 PLC編程支持軟件后，可用作圖形編程器，進行用戶程序的編輯、修改，并通過個人計算機和 PLC之間的通信接口實現(xiàn)用戶程序的雙向傳送、監(jiān)控 PLC運行狀態(tài)等。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 5. 電源 PLC的電源將外部供給的交流電轉換成供 CPU、存儲器等所需的直流電，是整個 PLC的能源供給中心。 PLC大都采用高質(zhì)量的工作穩(wěn)定性好、抗干擾能力強的開關穩(wěn)壓電源，許多 PLC電源還可向外部提供直流 24V穩(wěn)壓電源，用于向輸入接口上的接入電氣元件供電，從而簡化外圍配置。 二、 PLC的工作原理 1. PLC工作方式 雖然 PLC以微處理器為核心，故具有許多計算機的特點，但它的工作方式卻與微機有很大不同。計算機一般采用等待命令的工作方式，如在常見的鍵盤掃描方式或 I/O掃描方式下，有鍵按下或 I/O有輸入動作則轉入相應的子程序；無鍵按下或 I/O無輸入動作則繼續(xù)掃描鍵盤和I/O口。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，即順序掃描，不斷循環(huán)這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下進行的。當 PLC運行時，用戶程序中有眾多的操作需要執(zhí)行，但 CPU是不能同時執(zhí)行多個操作的，它只能按分時操作原理，每一時刻執(zhí)行一個操作。即 PLC從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結束符后才又返回第一條指令，如此周而復始，不斷循環(huán)。由于 CPU的運算處理速度很高，使得外部顯示的結果從宏觀來看似乎是同時完成的，但實際上各個循環(huán)掃描周期要分為三個階段：輸入刷新階段，程序執(zhí)行階段，輸出刷新階段。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 2. PLC的掃描過程 PLC有兩種工作模式，運行（ RUN）和停止 (STOP)模式，其工作過程如 圖 129和 圖 1210所示。 停止模式。在停止模式下， PLC只進行內(nèi)部處理和通信服務工作，在內(nèi)部處理階段， PLC檢查 CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，進行監(jiān)控定時器復位等工作。在通信服務階段， PLC與其他的帶 CPU的智能裝置通信。 運行階段。當 PLC投入運行后，其工作過程還有三個階段，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。在整個運行期間， PLC的 CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 （ 1）自診斷 每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容包括I/O部分、存儲器、 CPU等，并通過 CPU設置定時器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定的時間，如果發(fā)現(xiàn)異常，則停機并顯示出錯。若自診斷正常，則繼續(xù)向下掃描。 （ 2）通訊服務 PLC檢查是否有與編程器、計算機等的通訊要求，若有則進行相應處理。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 （ 3）輸入處理 PLC在輸入刷新階段，首先以掃描方式按順序從輸入緩存器中寫入所有輸入端子的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并將其存入內(nèi)存中為其專門開辟的暫存區(qū) –輸入狀態(tài)映像區(qū)中，這一過程稱為輸入采樣，或是如刷新，隨后關閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段，即使輸入端有變化，輸入映像區(qū)的內(nèi)容也不會改變。變化的輸入信號的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的輸入刷新階段被讀入。 （ 4）輸出處理 同輸入狀態(tài)映像區(qū)一樣， PLC內(nèi)存中也有一塊專門的區(qū)域稱為輸出狀態(tài)映像區(qū)。當程序的所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)映像區(qū)中所有輸出繼電器的狀態(tài)就在 CPU的控制下被一次集中送至輸出鎖存器中，并通過一定的輸出方式輸出，推動外部的相應執(zhí)行器件工作，這就是 PLC輸出刷新階段。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 （ 5）程序執(zhí)行 PLC在程序執(zhí)行階段，按用戶程序順序掃描執(zhí)行每條指令。從輸入狀態(tài)映像區(qū)讀出輸入信號的狀態(tài)，經(jīng)過相應的運算處理等，將結果寫入輸出狀態(tài)映像區(qū)。通常將自診斷和通訊服務合稱為監(jiān)視服務。輸入刷新和輸出刷新稱為 I/O刷新?？梢钥闯?， PLC在一個掃描周期內(nèi)，對輸入狀態(tài)的掃描只是在輸入采樣階段進行，對輸出賦的值也只有在輸出刷新階段才能被送出，而在程序執(zhí)行階段輸入、輸出會被封鎖。這種方式稱做集中采樣、集中輸出。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 3． PLC對輸入 /輸出的處理 根據(jù)可編程控制器的工作特點，可編程控制器的輸入 /輸出處理的原理如下。 （ 1）輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)（狀態(tài)）取決于輸入端子板上各輸入點在本掃描周期的輸入處理階段所刷新的狀態(tài)（ 1或 0）。 （ 2）程序的執(zhí)行取決于用戶程序內(nèi)容、輸入 /輸出映像寄存器的內(nèi)容及其他各元件映像寄存器的內(nèi)容。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 （ 3）輸出映像寄存器（包括各元件映像寄存器）的數(shù)據(jù)（狀態(tài)）由用戶程序中輸出指令的執(zhí)行結果決定。 （ 4）輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)（狀態(tài)）由上一個掃描周期的輸出處理階段存入到輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)確定，直到本掃描周期的輸出處理階段，其數(shù)據(jù)才被刷新。 （ 5）輸出端子上的輸出數(shù)據(jù)（狀態(tài)）由輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)決定。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 下面用一個簡單的例子進一步說明可編程控制器的工作過程。 圖 1211（ a） 所示是 PLC的外部接線圈，啟動按鈕 SB1和停止按鈕 SB2的常開觸點分別接 PLC輸入端子的 X0和 X1端子，交流接觸器 KM的線圈接可編程控制器輸出端子 Y0。 圖 1211(b) 所示為三個 I/O變量對應的I/O映像寄存器。 圖 1211(c) 是 PLC的梯形圖，它與異步電動機的啟動、自鎖、停止的繼電器控制電路圖的功能相同。但是應注意，梯形圖是一種軟件，是 PLC圖形化的程序。圖中的 X0、 Y0等是梯形圖中的編程元件。編程元件 X0與接在輸入端子 X0的 SB1的常開觸點及輸入映像寄存器 X0相對應，編程元件 Y0與輸出映像寄存器 Y0 相對應，也與接在輸出端子 Y0的可編程控制器內(nèi)的輸出電路相對應。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 梯形圖以指令的形式存儲在可編程控制器的用戶程序存儲器中。 圖 1211所示的梯形圖與下面的 4條指令相對應（“ ———‖之后是該指令對應的觸點或線圈注釋）。 LD X0 ———接在左側母線上的 X0的常開觸點 OR Y0 ———與 X0的常開觸點并聯(lián)的 Y0的常開觸點 ANI X1 ———與并聯(lián)電路串聯(lián)的 X1的常閉觸點 OUT Y0 ———Y0的線圈 所示的梯形圖完成的邏輯運算為 Y0=(X0+Y0)X1。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 在輸入掃描階段， CPU將 SB1和 SB2的常開觸點的數(shù)據(jù)狀態(tài)讀入相應的輸入映像寄存器，外部觸點接通時存入映像寄存器的是二進制數(shù) 1，反之存入 0。 在執(zhí)行程序階段，執(zhí)行第一條指令時， CPU從輸入映像寄存器 X0中取出二進制數(shù)數(shù)據(jù)并存入運算結果寄存器。 執(zhí)行第二條指令時，從輸出映像寄存器 Y0中取二進制數(shù)數(shù)據(jù)，并與運算結果寄存器中的二進制數(shù)數(shù)據(jù)相“或”（觸點的并聯(lián)對應“或”運算），運算結果存入運算結果寄存器。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 執(zhí)行第三條指令時，取出輸入映像寄存器 X1中的二進制數(shù)數(shù)據(jù)，因為是常閉觸點，取反后與前面的運算結果相“與”（電路中的串聯(lián)對應于“與”運算），運算結果存入運算結果寄存器。 執(zhí)行第四條指令時， CPU將運算結果寄存器的二進制數(shù)數(shù)據(jù)送入 Y0的輸出映像寄存器。 在刷新輸出階段， CPU將各輸出映像寄存器中的二進制數(shù)數(shù)據(jù)傳送給輸出模塊并鎖存起來，并由輸出端子輸出（直到下個掃描周期的刷新輸出為止）。如果輸出映像寄存器 Y0中存放的是二進制數(shù) 1，外接的KM線圈通電，反之將斷電。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 設按鈕 SB1， SB2和 KM的狀態(tài)如 圖 1211(d)所示，對應 X0， X1和 Y0的波形圖如 1211(d)所示，高電平表示按下按鈕或 KM線圈通電。當tt1時 ,CPU讀取輸入映像寄存器 X0和 X1的均為二進制數(shù) 0，此時輸出映像寄存器 Y0中的為二進制數(shù) 0，在程序執(zhí)行階段，經(jīng)過上述邏輯運算過程之后，運算結果仍為 Y0=0，所以 KM的線圈處于斷電狀態(tài)。 tt1區(qū)間，雖然 I/O信號的狀態(tài)沒有變化，但用戶程序仍一直反復不斷地執(zhí)行。 T=t1時，按下啟動按鈕 SB1，X0變?yōu)?1狀態(tài)，經(jīng)邏輯運算后 Y0變 1狀態(tài)，在刷新輸出階段，將 Y0對應的輸出映像寄存器中的 1送到輸出模塊，可編程控制器內(nèi) Y0對應的硬件繼電器的常開觸點閉合，交流接觸器 KM的線圈通電動作。 上一頁 下一頁 返回 課題二 PLC的基本組成和工作原理 4．掃描周期與輸入 /輸出滯后 可編程控制器經(jīng)過 5個階段的工作過程，稱為一個工作周期，在運行（ RUN）工作狀態(tài)掃描 5個階段所需時間稱為掃描周期（其典型值為1~100ms）。完成一個掃描周期，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復始地進行。掃描周期是可編程控制器的重要指標之一。掃描周期由PLC的工作過程可知，一個完整的掃描周期 T應為： T=（輸入一點時間 輸入點數(shù)） +（運算速度 程序步數(shù)） +（輸出一點時間 輸出點數(shù)） +監(jiān)視服務時間 上一頁 下一頁 返回