第 2章PC的基本原理

1、第 2章 PC的基本原理第 2章 PC的基本原理2.1 PC的組成及其各部分的功能的組成及其各部分的功能2.2 PC的結(jié)構(gòu)形式的結(jié)構(gòu)形式2.3 PC的工作過程的工作過程2.4 PC的使用步驟的使用步驟第 2章 PC的基本原理2.1 PC的組成及其各部分的功能的組成及其各部分的功能2.1.1 PC的基本組成的基本組成圖圖2.1.1 PC的基本組成的基本組成中央處理單元(CPU)系統(tǒng)存儲(chǔ)器用戶存儲(chǔ)器輸入部件輸出部件外設(shè)接口I/O擴(kuò)展口編程器電源可編程序控制器至現(xiàn)場用戶設(shè)備接觸器指示燈電磁閥電源模擬量輸出來自用戶設(shè)備按鈕選擇開關(guān)限位開關(guān)電源模擬量輸入第 2章 PC的基本原理圖2.1.2 PC的單總線

2、結(jié)構(gòu)框圖輸出鎖存、電平轉(zhuǎn)換等I/O擴(kuò)展智能I/O輸入濾波、電平轉(zhuǎn)換、鎖存功能開關(guān)和指示器編程器微處理器CPU系統(tǒng)程序EPROM用戶數(shù)據(jù)RAM用戶程序EPROM存儲(chǔ)器擴(kuò)展通信接口系統(tǒng)總線去現(xiàn)場來自現(xiàn)場后備電池至其他PC監(jiān)視器或打印機(jī)光電耦合光電耦合、繼電器或可控硅第 2章 PC的基本原理2.1.2 PC各組成部分的功能各組成部分的功能 1輸入部件輸入部件 輸入部件是PC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場被控對象之間的連接部件，是現(xiàn)場信號(hào)進(jìn)入PC的橋梁。該部件接收由主令元件、檢測元件來的信號(hào)。 主令元件是指由用戶在控制鍵盤(或控制臺(tái))上操作的一切功能鍵，如開機(jī)、關(guān)機(jī)、調(diào)試或緊急停車等按鍵。主令元件給出的信號(hào)稱為主令信

3、號(hào)。檢測元件的功能是檢測一些物理量(如行程距離、速度、位置、壓力、流量、液位、溫度、電壓、電流等)在設(shè)備工作進(jìn)程中的狀態(tài)，并通過輸入部件送入PC以控制工作程序的轉(zhuǎn)換等。常見的檢測元件有行程開關(guān)、限位開關(guān)、光電檢測開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)及其他各類傳感器等。第 2章 PC的基本原理 輸入方式有兩種，一種是數(shù)字量輸入(也稱為開關(guān)量或接點(diǎn)輸入)，另一種是模擬量輸入(也稱為電平輸入)。后者要經(jīng)過模擬/數(shù)字變換部件才能進(jìn)入PC。 輸入部件均帶有光電耦合電路，其目的是把PC與外部電路隔離開來，以提高PC的抗干擾能力。為了與現(xiàn)場信號(hào)連接，輸入部件上設(shè)有輸入接線端子排。為了濾除信號(hào)的噪聲和便于PC內(nèi)部對信號(hào)的處理，輸

4、入部件內(nèi)部還有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)鎖存電路。 各PC生產(chǎn)廠家都提供了多種形式的I/O部件或模塊，供用戶選用。第 2章 PC的基本原理 2輸出部件輸出部件 輸出部件也是PC與現(xiàn)場設(shè)備之間的連接部件，其功能是控制現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行工作(如電機(jī)的啟、停、正/反轉(zhuǎn)，閥門的開、關(guān)，設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)、升降等)。對于PC，希望它能直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，如電磁閥、微電機(jī)、接觸器、燈和音響等，因此，輸出部件中的輸出級(jí)常是一些大功率器件，如機(jī)械觸點(diǎn)式繼電器、無觸點(diǎn)交流開關(guān)(如雙向可控硅)及直流開關(guān)(如晶體三極管)等。 與輸入部件類似，輸出部件上也有輸出狀態(tài)鎖存、顯示、電平轉(zhuǎn)換和輸出接線端子排。輸出部件或模塊也有多種類型供選

5、用。第 2章 PC的基本原理 3中央處理器中央處理器(CPU) 與一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一樣，CPU是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它按PC中系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮PC有條不紊地進(jìn)行工作。其主要任務(wù)有：控制從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)的接收與存儲(chǔ)；用掃描的方式通過I/O部件接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入狀態(tài)表或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；診斷電源、PC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯(cuò)誤等；PC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令，經(jīng)過命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算術(shù)運(yùn)算等；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出寄存器表的內(nèi)容，再經(jīng)由輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。第 2章 PC

6、的基本原理 目前，小型PC為單CPU系統(tǒng)，而中型及大型PC則為雙CPU甚至多CPU系統(tǒng)。PC所采用的微處理器有三種： (1) 通用微處理器。小型PC一般使用8位微處理器如8080/8085、6800和Z80等，大中型PC除使用位片式微處理器外，大都使用16位或32位微處理器。當(dāng)前不少PC的CPU已升級(jí)到INTEL公司的微處理器產(chǎn)品，有些已采用奔騰(PENTIUM)處理器，如西門子公司的S7-400。采用通用微處理器的優(yōu)點(diǎn)是：價(jià)格便宜，通用性強(qiáng)，還可借用微機(jī)成熟的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和豐富的軟硬件資源。第 2章 PC的基本原理 (2) 單片微處理器(即單片機(jī))。它具有集成度高、體積小、價(jià)格低及可擴(kuò)展性好

7、等優(yōu)點(diǎn)。如INTEL公司的8位MCS-51系列運(yùn)行速度快，可靠性高，體積小，很適合于小型PC；16位96系列速度更快，功能更強(qiáng)，適合于大中型PC使用。 (3) 位片式微處理器。它是獨(dú)立于微型機(jī)的一個(gè)分支，多為雙極型電路，4位為一片，幾個(gè)位片級(jí)聯(lián)可組成任意字長的微處理器，代表產(chǎn)品有AMD2900系列。PC中位片式微處理器的主要作用有兩個(gè)，一是直接處理一些位指令，從而提高了位指令的處理速度，減少了位指令對字處理器的壓力；二是將PC的面向工程技術(shù)人員的語言(梯形圖、控制系統(tǒng)流程圖等)轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言。 模塊式PC把CPU作為一種模塊，備有不同型號(hào)供用戶選擇。第 2章 PC的基本原理 4. 存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)

8、器擴(kuò)展存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器擴(kuò)展 PC中存儲(chǔ)器的功能與普通微機(jī)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器功能相似，用來存儲(chǔ)系統(tǒng)程序和用戶的程序與數(shù)據(jù)。目前主要采用的系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器是指用來存放系統(tǒng)管理、用戶指令解釋及標(biāo)準(zhǔn)程序模塊、系統(tǒng)調(diào)用等程序的存儲(chǔ)器，常用EPROM構(gòu)成。用戶存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)用戶編制的梯形圖程序或用戶數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)用戶程序的叫用戶程序存儲(chǔ)器，常用EPROM或EEPROM構(gòu)成。存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)的叫用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，常用RAM構(gòu)成，為防止掉電時(shí)信息的丟失，有后備電池作保護(hù)。第 2章 PC的基本原理 由于PC系統(tǒng)程序關(guān)系到PC的性能，不能由用戶直接存取，因而，PC產(chǎn)品樣本或使用手冊中所列存儲(chǔ)器形式及其容量一般都是指用戶存儲(chǔ)器而言。

9、 PC中已提供一定容量的存儲(chǔ)器供用戶使用，但對有些用戶，可能還不夠用，因此大部分PC都提供了存儲(chǔ)器擴(kuò)展(EM)功能，用戶可以將新增的存儲(chǔ)器擴(kuò)展模板直接插入CPU 模板中，也有的是插入中央基板中。第 2章 PC的基本原理 5. 通信接口通信接口 為了實(shí)現(xiàn)人-機(jī)或機(jī)-機(jī)之間的對話，PC中配有多種通信接口。通過這些通信接口，PC可以與監(jiān)視器、打印機(jī)、其他PC或計(jì)算機(jī)相連。 當(dāng)PC與打印機(jī)相連時(shí)，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印；當(dāng)與監(jiān)視器(CRT)相連時(shí)，可將過程圖像顯示出來；當(dāng)與其他PC相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制；當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以組成多級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相

10、結(jié)合的綜合系統(tǒng)。第 2章 PC的基本原理 6. 智能智能I/O接口接口 為了滿足更加復(fù)雜控制功能的需要，PC配有多種智能I/O接口。例如滿足位置調(diào)節(jié)需要的位置閉環(huán)控制模板，對高速脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)和處理的高速計(jì)數(shù)模板等等。這類智能模板都有其自身的處理器系統(tǒng)。 7. I/O擴(kuò)展接口擴(kuò)展接口 當(dāng)一個(gè)PC中心單元的I/O點(diǎn)數(shù)不夠用時(shí)，就要對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展接口就是用于連接中心基本單元與擴(kuò)展單元的。 8. 功能開關(guān)與指示燈功能開關(guān)與指示燈 功能開關(guān)是用來控制PC工作狀態(tài)的，如編程、監(jiān)視、運(yùn)行開關(guān)等。指示燈有PC工作狀況指示燈、電源指示燈，電壓過低指示燈等。第 2章 PC的基本原理 9. 編程器編程器 編程

11、器的作用是供用戶進(jìn)行程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在磁帶上。磁帶上的信息可以重新裝入PC。 編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語言助記符后才能送入，簡易編程器一般由簡易鍵盤和發(fā)光二極管矩陣或其他顯示器件組成。智能編程器又稱圖形編程器，它可以聯(lián)機(jī)編程，也可以脫機(jī)編程，具有LCD(液晶顯示器)或CRT圖形顯示功能，可直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。 也可以利用微機(jī)作為編程器，這時(shí)微機(jī)應(yīng)配有相應(yīng)的軟件包。第 2章 PC的基本原理2.2 PC的結(jié)構(gòu)形式的結(jié)構(gòu)形式2.2.1 單元式結(jié)構(gòu)單

12、元式結(jié)構(gòu)圖2.2.1 單元式結(jié)構(gòu)的PC第 2章 PC的基本原理2.2.2 模塊式結(jié)構(gòu)模塊式結(jié)構(gòu)圖圖2.2.2 模塊式結(jié)構(gòu)模塊式結(jié)構(gòu)PC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 電源單元DIN導(dǎo)軌CPU單元第 2章 PC的基本原理2.2.3 疊裝式結(jié)構(gòu)疊裝式結(jié)構(gòu) 前者結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、體積小巧，易于與被控設(shè)備組合成一個(gè)整體，但由于每個(gè)單元的I/O點(diǎn)數(shù)有一定的搭配關(guān)系，有時(shí)配置的系統(tǒng)輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)不能充分利用，加之各單元尺寸大小不一致，因此不易安裝整齊。而后者無論是輸入還是輸出點(diǎn)數(shù)均可靈活配置，又易于構(gòu)成較多點(diǎn)數(shù)的大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)，且尺寸統(tǒng)一、安裝整齊，但是尺寸較大，難于與小型設(shè)備聯(lián)成一體。為此有些PC生產(chǎn)廠家開發(fā)出疊裝式結(jié)

13、構(gòu)，將二者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來。疊裝式結(jié)構(gòu)的CPU、電源、I/O等單元也是各自獨(dú)立的模塊，但它們相互的連接安裝不需要用基板，僅用電纜連接即可，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可以將體積做得小巧。第 2章 PC的基本原理2.3 PC的工作過程的工作過程2.3.1 大中型大中型PC的工作過程的工作過程電源啟動(dòng)電源檢查WDT時(shí)間與編程器交換信息是否用 DPU？與DPU交換信息是否有網(wǎng)絡(luò)？與網(wǎng)絡(luò)交換信息狀態(tài)判定執(zhí)行用戶程序I/O服務(wù)I / O故障運(yùn)行停止運(yùn)行NNYY1234562.3.1 大中型大中型PC的工作過程的工作過程1.自監(jiān)視掃描階段2. 與編程器交換信息的掃描階段3.與數(shù)

14、字處理器DPU交換信息的掃描階段4. 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的掃描階段5. 用戶程序掃描階段6. 輸入/輸出(I/O)服務(wù)掃描階段第 2章 PC的基本原理 1自監(jiān)視掃描階段自監(jiān)視掃描階段 為了保證工作的可靠性，PC內(nèi)部具有自監(jiān)視或自診斷功能。自監(jiān)視功能是由監(jiān)視定時(shí)器WDT(Watch-dog Timer)完成的，WDT 是一個(gè)硬件時(shí)鐘。自監(jiān)視過程主要是檢查及復(fù)位WDT。如果在復(fù)位前，掃描時(shí)間已超過WDT的設(shè)定值，CPU將停止運(yùn)行、輸入/輸出復(fù)位，并給出報(bào)警信號(hào)。這種故障稱為WDT故障。WDT故障可能由CPU硬件引起，也可能由于用戶程序執(zhí)行時(shí)間太長，使掃描周期超過WDT的規(guī)定時(shí)間而引起。用編程器可以清除W

15、DT故障。 WDT的設(shè)定時(shí)間一般為150200 ms，而一般系統(tǒng)的掃描時(shí)間均小于5060 ms。有些PC中，用戶可以對WDT的時(shí)間進(jìn)行修改(修改方法在使用手冊中給出)。第 2章 PC的基本原理 2. 與編程器交換信息的掃描階段與編程器交換信息的掃描階段 用戶程序通過編程器寫入PC，以及用編程器進(jìn)行在線監(jiān)視和修改時(shí)，CPU將總線的控制權(quán)交給編程器，CPU處于被動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)編程器完成處理工作或達(dá)到信息交換的規(guī)定時(shí)間，CPU重新得到總線權(quán)，并恢復(fù)主動(dòng)狀態(tài)。 在這一掃描階段，用戶可以通過編程器修改內(nèi)存程序，啟動(dòng)或停止CPU，讀CPU狀態(tài)，封鎖或開放輸入/輸出，對邏輯變量和數(shù)字變量進(jìn)行讀寫等。 3. 與數(shù)

16、字處理器與數(shù)字處理器DPU交換信息的掃描階段交換信息的掃描階段 當(dāng)系統(tǒng)配有數(shù)字處理器時(shí)，一個(gè)掃描周期中才包含這一階段。第 2章 PC的基本原理 4. 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的掃描階段網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的掃描階段 在配有網(wǎng)絡(luò)的PC系統(tǒng)中，才有通信掃描階段。在這一階段，PC與PC之間，PC與磁帶機(jī)或與上位計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信息交換。 5. 用戶程序掃描階段用戶程序掃描階段 PC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，一個(gè)掃描周期中包含了用戶程序掃描階段。 在用戶程序掃描階段，對應(yīng)于用戶程序存儲(chǔ)器所存的指令，PC從輸入狀態(tài)暫存區(qū)和其他軟元件的狀態(tài)暫存區(qū)中將有關(guān)元件的通/斷狀態(tài)讀出，從第一條指令開始順序執(zhí)行，每一步的執(zhí)行結(jié)果均存入輸出狀態(tài)暫存區(qū)

17、。第 2章 PC的基本原理 6. 輸入輸入/輸出輸出(I/O)服務(wù)掃描階段服務(wù)掃描階段 CPU在執(zhí)行用戶程序時(shí)，使用的輸入值不是直接從實(shí)際輸入端得到的，運(yùn)算的結(jié)果也不直接送到實(shí)際輸出端，而是在內(nèi)存中設(shè)置了兩個(gè)暫存區(qū)，一個(gè)是輸入暫存區(qū)或稱輸入映像寄存器，一個(gè)是輸出暫存區(qū)或稱輸出映像寄存器。用戶程序中所用到的輸入值是輸入狀態(tài)暫存區(qū)的值，運(yùn)算結(jié)果放在輸出狀態(tài)暫存區(qū)中。圖2.3.2給出了用戶程序執(zhí)行階段與I/O服務(wù)階段的信息流程圖。在輸入服務(wù)(輸入采樣及輸入刷新)掃描過程中，CPU 將實(shí)際輸入端的狀態(tài)讀入輸入狀態(tài)暫存區(qū)。在輸出服務(wù)(輸出刷新與鎖存)掃描過程中，CPU將輸出狀態(tài)暫存區(qū)的值同時(shí)傳送到輸出狀

18、態(tài)鎖存器。第 2章 PC的基本原理 由于輸入/輸出暫存區(qū)的設(shè)置，使PC對輸入/輸出的處理具有以下特點(diǎn)： 輸入狀態(tài)暫存區(qū)的數(shù)據(jù)，取決于輸入服務(wù)階段各實(shí)際輸入點(diǎn)的通/斷狀態(tài)。在用戶程序執(zhí)行階段，輸入狀態(tài)暫存區(qū)的數(shù)據(jù)不再隨輸入的變化而變化。 在用戶程序執(zhí)行階段，輸出狀態(tài)暫存區(qū)的內(nèi)容隨程序執(zhí)行結(jié)果不同而隨時(shí)改變，但輸出狀態(tài)鎖存器的內(nèi)容不變。 在輸出服務(wù)階段，將用戶程序執(zhí)行階段的最終結(jié)果由輸出狀態(tài)暫存區(qū)傳遞到輸出狀態(tài)鎖存器。輸出端子的狀態(tài)由輸出狀態(tài)鎖存器決定。第 2章 PC的基本原理圖2.3.2 I/O服務(wù)階段與用戶程序執(zhí)行階段輸入端子輸入濾波及光電耦合輸入狀態(tài)暫存器輸出狀態(tài)鎖存器輸出狀態(tài)暫存器輸出光電

19、耦合及功率放大輸出端子輸入輸出梯形圖輸入采樣階段用戶程序執(zhí)行階段輸出執(zhí)行階段第 2章 PC的基本原理2.3.2 小型小型PC的工作過程的工作過程圖2.3.3 小型PC的典型工作過程上 電清I/O和內(nèi)部電器復(fù)位定時(shí)器檢查總線及I / O邊接情況復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器檢查硬件和程序存儲(chǔ)器復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器輸出刷新執(zhí)行用戶程序輸入采樣復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器執(zhí)行來自外設(shè)(如編程器)的命令正確？置錯(cuò)誤標(biāo)志和光顯示錯(cuò)誤還是報(bào)警？NY錯(cuò)誤報(bào)警第 2章 PC的基本原理)小型PC的四個(gè)掃描階段 公共處理掃描階段。在此掃描階段PC復(fù)位WDT，檢查I/O總線和程序存儲(chǔ)器。 即公共處理包括PLC自檢，執(zhí)行來自外設(shè)的命令，對警戒時(shí)鐘又稱監(jiān)

20、視定時(shí)器或看門狗WDT清零等。 PLC自檢就是CPU檢測PLC各器件的狀態(tài)，如出現(xiàn)異常再進(jìn)行診斷，并給出故障信號(hào)，或自行進(jìn)行相應(yīng)處理。這將有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)或提前預(yù)報(bào)系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。第 2章 PC的基本原理在CPU對PLC自檢結(jié)束后，就檢查是否有外設(shè)請求，如是否需要進(jìn)入編程狀態(tài)，是否需要通信服務(wù)，是否需要啟動(dòng)磁帶機(jī)或打印機(jī)等。采用WDT技術(shù)也是提高系統(tǒng)可靠性的一個(gè)有效措施，它是在PLC內(nèi)部設(shè)定一個(gè)監(jiān)視定時(shí)器，這是一個(gè)硬件時(shí)鐘，是為了監(jiān)視PLC的每次掃描時(shí)間而設(shè)置的，對它預(yù)先設(shè)定好規(guī)定時(shí)間，每個(gè)掃描周期都要監(jiān)視掃描時(shí)間是否超過規(guī)定值，如果程序運(yùn)行正常，則在每次掃描周期的公共處理階段對W

21、DT進(jìn)行清零（復(fù)位），避免由于PLC在執(zhí)行程序的過程中進(jìn)入死循環(huán)，或者由于PLC執(zhí)行非預(yù)定的程序而造成系統(tǒng)故障，從而導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，如果程序運(yùn)行失常進(jìn)入死循環(huán)，則WDT得不到按時(shí)清零而造成超時(shí)溢出，從而給出報(bào)警信號(hào)或停止PLC工作。第 2章 PC的基本原理 執(zhí)行外設(shè)命令掃描階段。在此階段PC執(zhí)行編程器、圖形編程器等外設(shè)輸入的命令。 即如果有編程器、可編程終端等外部設(shè)備連在PLC上，當(dāng)這些外部設(shè)備有中斷請求時(shí)，PLC進(jìn)入中斷服務(wù)程序，服務(wù)外部設(shè)備命令的操作。如果沒有外部設(shè)備的命令，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)跳過該階段，繼續(xù)循環(huán)掃描。 執(zhí)行用戶程序掃描階段。 在這個(gè)階段，PLC逐條解釋并執(zhí)行存放在用戶程序存儲(chǔ)區(qū)中

22、的用戶程序。對用戶以梯形圖形式編寫的程序，按照從左到右、從上到下的的順序逐一掃描，并從輸入映象寄存器中取出上一次讀入的所有輸入端的狀態(tài)，從輸?shù)?2章 PC的基本原理出映象寄存器中取出各輸出元件的狀態(tài)，然后根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并將結(jié)果再存入輸出映象寄存器中，但這些結(jié)果在該階段不會(huì)送到輸出端（集中批處理），直到執(zhí)行END指令才結(jié)束對用戶程序的掃描。 數(shù)據(jù)輸入/輸出掃描階段。與大中型PC的I/O服務(wù)階段類似。 數(shù)據(jù)輸入/輸出階段也稱為I/O狀態(tài)刷新。在這個(gè)階段，PLC采集所有端子上的輸入信號(hào)，并將這些信號(hào)存入輸入映象寄存器中，供下一次循環(huán)時(shí)執(zhí)行用戶程序使用。（集中批處理）在PLC掃描到其他階段

23、時(shí)，無論輸入端信號(hào)如何變化，輸入映象第 2章 PC的基本原理寄存器中的內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的數(shù)據(jù)輸入/輸出階段，才重新采集輸入端的狀態(tài)。該階段PLC在采集輸入信號(hào)的同時(shí)，還將輸出映象寄存器中要輸出的信號(hào)送到輸出鎖存器中（輸出劇新、集中批處理），然后由鎖存器去驅(qū)動(dòng)PLC的輸出電路，最后成為PLC的實(shí)際輸出，驅(qū)動(dòng)外接電路。)小型PLC對輸入/輸出的處理規(guī)則輸入映象寄存器 輸入映象寄存器中的數(shù)據(jù)是在輸入采樣階段掃描到的輸入信號(hào)的狀態(tài)集中寫進(jìn)去的，在本掃描周期中，它不隨外部輸入信號(hào)的變化而變化。第 2章 PC的基本原理輸出映象寄存器 輸出映象寄存器（它包含在元件映象寄存器中）的狀態(tài)，由用戶

24、程序中輸出指令的執(zhí)行結(jié)果來決定。輸出鎖存器 輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)是在輸出刷新階段從輸出映象寄存器中集中寫進(jìn)去的。輸出端子的輸出狀態(tài) 輸出端子的輸出狀態(tài)是由輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)確定的。執(zhí)行用戶程序時(shí)所需的輸入/輸出狀態(tài) 執(zhí)行用戶程序所需的輸入/輸出狀態(tài)，是從輸入/輸出映象寄存器中讀出的。第 2章 PC的基本原理）主要工作過程（三個(gè)階段） 輸入采樣階段：首先以掃描方式將所有輸入端子的通斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換成高低狀態(tài)“1”或“0”并存入輸入鎖存器中，然后將其寫入各自對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。 程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處

25、理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。 輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或可控硅）輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。 第 2章 PC的基本原理總之1）PLC的工作過程是：PLC的一個(gè)掃描周期主要必須經(jīng)過輸入采樣、程序執(zhí)行、和輸出刷新三個(gè)階段（其中的輸入采樣和輸出刷新也稱為I/O刷新）；2）PLC的工作方式是：采用循環(huán)掃描工作方式（串行工作方式）；3）PLC工作的特點(diǎn)是：一、周期性掃描 二、集中批處理)PLC的等效電路PLC的等效電路如下圖示：第 2章 PC的基本原理

26、(a)第 2章 PC的基本原理(b)(c)第 2章 PC的基本原理 一、PLC的等效電路 為了進(jìn)一步理解PLC的工作原理和工作過程，可采用等效電路來表示PLC。PLC等效電路主要由輸入部分、輸出部分和內(nèi)部控制電路組成，如圖(a)所示。 輸入部分的作用是收集被控設(shè)備的信息或操作指令，圖中的若干個(gè)外接按鈕、開關(guān)等的觸點(diǎn)通過硬接線與PLC輸入端相連，而在PLC內(nèi)部連接到輸入繼電器的“軟線圈”(圖中0000l為輸入繼電器)。輸出部分的作用是驅(qū)動(dòng)外部被控負(fù)載，PLC輸出端外部通過硬接線接到用戶被控沒備，而在PLC內(nèi)部則連接輸出繼電器的“硬觸點(diǎn)”(圖中1000l10002為輸出繼電器)。內(nèi)部控制電路的作用

27、是對從輸入部分得到的信息進(jìn)行運(yùn)算、處理，并判斷哪些功能應(yīng)輸出，第 2章 PC的基本原理這部分建立起從PLC輸入端信號(hào)到PLC輸出負(fù)載之間的聯(lián)系，通過用戶根據(jù)控制任務(wù)要求編寫的用戶程序來實(shí)現(xiàn)邏輯控制的“軟接線”。圖中的TIM000為定時(shí)器，01601為輔助繼電器。PLC內(nèi)部還有計(jì)數(shù)器CNT和許多“軟”繼電器或繼電器“軟”觸點(diǎn)和“軟”接線，這些都是通過編程軟件即“用戶程序”來工作的。 下面以最簡單的三相籠型異步電動(dòng)機(jī)連續(xù)工作控制為例來說明繼電器一接觸器控制電路(硬接線三相異步電動(dòng)機(jī)的主電路未畫)與PLC硬接線、PLC梯形圖（軟接線)的對應(yīng)關(guān)系，如圖（b)、(c）所示。圖（b）中，接觸器線圈KM為執(zhí)

28、行元件。圖（c）PLC的I0接線圖中，在輸入端，起動(dòng)按鈕SB1接輸入端子00000、停止按鈕SB2接輸入端子00001，并接到輸入公共端C0M；在輸出端，接觸器線圈KM接輸出端子10000，輸出公共端COM上接電源。第 2章 PC的基本原理 電氣元件與編程元件動(dòng)作順序?yàn)椋旱?2章 PC的基本原理當(dāng)停止時(shí)，按下按鈕SB2，輸入部分輸入繼電器00001“軟線圈”得電，內(nèi)部控制電路輸入繼電器00001“動(dòng)斷軟觸點(diǎn)”斷開，輸出繼電器10000“軟線圈”失電，10000“動(dòng)合軟觸點(diǎn)”斷開，輸出部分輸出繼電器10000外部“動(dòng)合硬觸點(diǎn)”斷開，被控負(fù)載接觸器線圈KM失電，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。 由上例可見，繼電器一接

29、觸器控制是通過各獨(dú)立器件及其觸點(diǎn)以固定“硬接線”連接方式來實(shí)現(xiàn)控制的。而PLC控制是將被控制對象對控制的要求以軟件編程的“軟接線”方式存儲(chǔ)在PLC中，其內(nèi)容就相當(dāng)于繼電器控制的各種線圈、觸點(diǎn)的連線。當(dāng)控制要求改變時(shí)，只要改變存儲(chǔ)程序的內(nèi)容，不需改變PLC硬接線，就可改變輸入信號(hào)與輸出端被控對象的邏輯控制關(guān)系，因而增加了控制的靈活性和通用性，這也就是PLC最大的特點(diǎn)：可編程，即同一個(gè)硬件可以實(shí)現(xiàn)許多不同的控制。第 2章 PC的基本原理二、PLC工作的特點(diǎn) PLC控制任務(wù)的完成是在其硬件的支持下，通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)的，這一點(diǎn)和計(jì)算機(jī)的工作原理一致。但計(jì)算機(jī)與PLC的工作方式有所不

30、同。計(jì)算機(jī)一般采用等待命令工作方式，如常見的鍵盤掃描或I0掃描方式，當(dāng)鍵盤按下或I0口有信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生中斷，轉(zhuǎn)入相應(yīng)子程序。而PLC確定了工作任務(wù)，裝入了專用程序成為一種專用機(jī)，它采用循環(huán)掃描的工作方式(也稱為巡回掃描的工作機(jī)制)，系統(tǒng)工作任務(wù)管理及用戶程序的執(zhí)行都通過循環(huán)掃描的方式來完成。 第 2章 PC的基本原理2.3.3 輸入輸入/輸出響應(yīng)的滯后現(xiàn)象輸出響應(yīng)的滯后現(xiàn)象1）滯后現(xiàn)象的分析 從上面對PLC工作過程的分析可知，當(dāng)PLC的輸入端有一個(gè)輸入信號(hào)發(fā)生變化到PLC輸出端對該輸入變化作出響應(yīng)，需要一段時(shí)間，這段時(shí)間往往較大，但對一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的，為了減少滯后時(shí)間的影響，很多PLC生產(chǎn)廠家專門設(shè)計(jì)了快速響應(yīng)模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊及中斷處理功能等，來縮短響應(yīng)時(shí)間，滯后時(shí)間是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)了解的一個(gè)重要參數(shù)。第 2章 PC的基本原理2）影響響應(yīng)時(shí)間大小的因數(shù) 輸入濾波的時(shí)間常數(shù)(輸入延遲) 輸出繼電器的機(jī)械滯后(輸出延遲)； PC的循環(huán)掃描工作方式； PC的輸入采樣、輸出刷新的特殊處理方式； 用戶程序中語句的安排，程序的優(yōu)化。3）最短響應(yīng)時(shí)