第3章_可編程序控制器的基礎(chǔ)

1、第3章 可編程控制器基礎(chǔ) 了解可編程控制器產(chǎn)生的背景、特點(diǎn)、性能指標(biāo)以及今后的發(fā)展方向掌握可編程控制器的硬件組成形式 熟悉可編程控制器的軟件及工作過程 學(xué)習(xí)目標(biāo)： 教學(xué)內(nèi)容： 3.1 可編程控制器概述 3.2 可編程控制器的組成 3.3 可編程控制器的工作原理 3.4 可編程控制器的硬件基礎(chǔ) 3.5 可編程控制器的軟件基礎(chǔ) 3.6 可編程控制器的性能指標(biāo)及分類 第3章 可編程控制器基礎(chǔ) 3繼電器控制系統(tǒng)存在的缺點(diǎn) (主要是線路復(fù)雜)：1.繼電器控制線路是接線開關(guān)電路，實(shí)現(xiàn)控制的程序就在線路接法的本身，線路一旦確定，難以調(diào)整和更改，不能適應(yīng)當(dāng)前快速的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品更新的要求。2.輸出響應(yīng)時(shí)間長，

2、不能適應(yīng)生產(chǎn)自動(dòng)化程度不斷提高的要求。3.控制要求復(fù)雜時(shí)，繼電器控制系統(tǒng)將變得十分龐大笨重，難以實(shí)現(xiàn)。因此隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們在不斷探求著實(shí)現(xiàn)開關(guān)量控制的新途徑。3.1 PLC的產(chǎn)生和定義3.1.1PLC的產(chǎn)生41968年美國通用汽車公司GM：適應(yīng)汽車型號的不斷更新；生產(chǎn)工藝不斷變化的需要；小批量、多品種生產(chǎn)。盡可能減少重新設(shè)計(jì)；盡可能減少更換繼電器控制系統(tǒng)及接線；降低成本，縮短周期。 PLC產(chǎn)生的背景51968年，GM公司提出十項(xiàng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)招標(biāo)：編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；維護(hù)方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；可靠性高于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；成本可與繼電器控制柜競爭；可將數(shù)據(jù)直接送入計(jì)算

3、機(jī)；可直接使用115V交流輸入電壓；輸出采用115V交流電壓，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、交流接觸器等；通用性強(qiáng)，擴(kuò)展方便;能存儲程序，存儲器容量可以擴(kuò)展到4KB。6這次招標(biāo)引起了工業(yè)界的密切注視，吸引了不少大公司前來投標(biāo)，最后DEC公司(美國數(shù)字設(shè)備公司)一舉中標(biāo)，并于1969年研制成功第一臺可編程控制器，當(dāng)時(shí)命名為PLC(Programmable Logic Controller)。這臺PLC投運(yùn)到汽車生產(chǎn)線后，取得了極為滿意的效果，引發(fā)了效仿的熱潮，從此PLC技術(shù)得以迅猛的發(fā)展。7 嚴(yán)格地講，至今對PLC沒有最終的定義。 國際電工委員會（IEC）1985年在可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案（第二稿）中作了如

4、下的定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境條件下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！?美國電氣制造協(xié)會（NEMA）1987年作的定義如下：“它是一種帶有指令存儲器、數(shù)字或模擬I/O接口，以位運(yùn)算為主，能完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算功能，用于控制機(jī)器或生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制裝置?！?IEC(國際電工委員會)在標(biāo)準(zhǔn)草案中，將這種裝置定義為可編程序控

5、制器(Programmable Controller)，簡稱PC。為了避免同個(gè)人計(jì)算機(jī)混淆，現(xiàn)在一般將可編程序控制器簡稱PLC（Programmable Logic Controller）。3.1.2PLC的定義83.2PLC的發(fā)展階段3.2.1PLC的發(fā)展歷史1.初級階段:60年代末70年代中期。2.崛起階段:70年代中期80年代初期。3.成熟階段:80年代初期90年代初期。4.飛速發(fā)展階段:90年代初期90年代末期5.開放階段:90年代中期至今9向小型化和大型化兩個(gè)方向發(fā)展高性能、高速度、大容量方向發(fā)展大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)與通信能力增強(qiáng)外部故障的檢測與處理能力編程語言多樣化3.2.2

6、PLC的發(fā)展趨勢103.3 PLC的特點(diǎn)編程方法簡單易學(xué)功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高通用性強(qiáng)，控制程序可變硬件配套齊全用戶使用方便。（適應(yīng)性強(qiáng)）可靠性高。（抗干擾能力強(qiáng)：硬件、軟件）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少維護(hù)工作量小，維修方便體積小，能耗低成本低，水平高11日本：立石(OMRON)、三菱、日立、夏普、松下、東芝、富士、安川、橫河、歐姆龍、光洋(Koyo)等公司。美國：AB(Allen Bradley)、GM(Gould Modicon)、GE(GE-Fanuc)、Square D、西屋(Westing House)、TI儀器(Texas,Instruments德洲儀器)等公司。德國：西門子（S

7、iemens）、BBC、AEG等公司。法國：TE (Telemecanique)公司等。目前國內(nèi)市場還有韓國、臺灣等PLC產(chǎn)品3.4.1PLC的生產(chǎn)廠家:3.4 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域12 我國PLC的生產(chǎn)廠家主要是80年代涌現(xiàn)出來的，靠技術(shù)引進(jìn)、轉(zhuǎn)讓、合資等方式進(jìn)行生產(chǎn)，目前約有十幾家表4-1我國PLC的生產(chǎn)廠家及生產(chǎn)的PLC型號（不全） 生產(chǎn)廠家PLC型號生產(chǎn)廠家PLC型號天津中環(huán)自動(dòng)化儀表公司DJK-84無錫華光電子工業(yè)有限公司KCK系列上海東屋電器有限公司C F系列蘇州機(jī)床電器廠CYK系列杭州機(jī)床電器廠DKK、D系列上海電力電子設(shè)備廠KKI-IC大連組合機(jī)床研究所S系列機(jī)械部北京自動(dòng)化所MP

8、C、KB系列上海國際程控公司E、EM、H系列上海工業(yè)自動(dòng)化研究所TCMS-300/D杭州通靈控制電腦公司HZK 系列蘇州電子計(jì)算機(jī)廠YZ系列13141516圖例：AB SLC500171.開關(guān)邏輯和順序控制 這是PLC應(yīng)用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行順序邏輯控制，從而可以實(shí)現(xiàn)各種控制要求。2.模擬控制（A/D和D/A控制） 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，許多連續(xù)變化的需要進(jìn)行控制的物理量，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。過去，PLC長于邏輯運(yùn)算控制，對于模擬量的控制主要靠儀表或分布式控制系統(tǒng)，目前大部分PLC產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能，而且編程和使用方便。3

9、.定時(shí)/計(jì)數(shù)控制 PLC具有很強(qiáng)的定時(shí)、計(jì)數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個(gè)定時(shí)器與計(jì)數(shù)器。對于定時(shí)器，定時(shí)間隔可以由用戶加以設(shè)定；對于計(jì)數(shù)器，如果需要對頻率較高的信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，則可以選擇高速計(jì)數(shù)器。3.4.2PLC的功能和應(yīng)用領(lǐng)域一、主要功能184.步進(jìn)控制 PLC為用戶提供了一定數(shù)量的移位寄存器，用移位寄存器可方便地完成步進(jìn)控制功能。5.運(yùn)動(dòng)控制 在機(jī)械加工行業(yè)，可編程序控制器與計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）集成在一起，用以完成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制。6.數(shù)據(jù)處理 大部分PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理能力，它不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等操作，有些PLC還可

10、以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算和函數(shù)運(yùn)算。7.通信聯(lián)網(wǎng) 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。一、主要功能（續(xù)）19二、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域20傳送帶生產(chǎn)線控制灌裝及包裝機(jī)械木材加工電梯控制空調(diào)控制紡織機(jī)械印刷機(jī)械211.可編程控制器與微機(jī)的比較學(xué)習(xí)難易程度不同PLC繼承了繼電器系統(tǒng)的基本格式和習(xí)慣，對于有繼電器控制經(jīng)驗(yàn)的人，學(xué)習(xí)起來容易。 微機(jī)需要更多的知識儲備。通用性不同 PLC一般是由電器的制造廠家研制生產(chǎn)，各廠家的產(chǎn)品不通用。 微機(jī)是由通用計(jì)算機(jī)推廣應(yīng)用發(fā)展起來的，標(biāo)準(zhǔn)化程序高，兼容性強(qiáng)。運(yùn)行方式不同

11、PLC不能直接使用微機(jī)的許多軟件。PLC一般具有模塊結(jié)構(gòu)，可針對不同對象進(jìn)行組合和擴(kuò)展。 微機(jī)可使用通用微機(jī)的各種編程語言，對要求快速，實(shí)時(shí)性強(qiáng)、模型復(fù)雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢，但它要求使用者具有一定計(jì)算機(jī)專業(yè)知識。相同點(diǎn)：PLC和微機(jī)都是專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境而設(shè)計(jì)的，都具有很高的可靠性。3.5PLC與其他典型控制系統(tǒng)的比較222.可編程控制與繼電接觸器控制的比較控制邏輯不同: PLC為“軟接線”技術(shù)，繼電為硬接線邏輯。控制邏輯方面 PLC：串行工作方式,同一個(gè)器件的線圈和它的各觸點(diǎn)動(dòng)作不同時(shí)發(fā)生。 繼電：并行工作方式,同一繼電器的所有觸點(diǎn)與線圈通電或斷電同時(shí)發(fā)生控制速度: PLC：速度極快

12、；繼電：速度慢定時(shí)/計(jì)數(shù) PLC定時(shí)精度高，范圍大，有計(jì)數(shù)功能， 繼電：定時(shí)精度不高，范圍小，無計(jì)數(shù)功能設(shè)計(jì)與施工 PLC：現(xiàn)場施工與程序設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，周期短，調(diào)試和維修方便。 繼電：設(shè)計(jì)、現(xiàn)場施工、調(diào)試必須依次進(jìn)行，周期長，而且修改困難可靠性和維護(hù)性: PLC連線少，使用方便，并具有自診斷作用等價(jià)格 PLC：貴（長遠(yuǎn)利益）; 繼電：便宜（短期利益）233.繼電-接觸器控制與PLC控制原理圖的比較主電路原理圖 相同PLC控制原理圖原理圖 繼電-接觸器控制原理圖 24繼電-接觸器控制與PLC控制實(shí)際控制的比較繼電-接觸器控制直接控制（起保停）25繼電-接觸器控制與PLC控制實(shí)際控制的比較 PLC

13、控制連續(xù)控制（起保停）I0.0I0.1I0.0I0.1Q0.026繼電-接觸器控制與PLC控制實(shí)際控制的比較繼電-接觸器控制正反轉(zhuǎn)控制電路27繼電-接觸器控制與PLC控制實(shí)際控制的比較PLC控制正反轉(zhuǎn)控制電路Q0.028按I/O點(diǎn)數(shù)分小型PLC I/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以下的為小型PLC （其中I/O點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的為超小型或微型PLC）中型PLC I/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以上、2048點(diǎn)以下的為中型PLC大型PLC I/O點(diǎn)數(shù)為2048以上的為大型PLC （其中I/O點(diǎn)數(shù)超過8192點(diǎn)的為超大型PLC）3.6PLC的分類目前PLC的種類非常多，型號和規(guī)格也不統(tǒng)一，了解PLC的分類有助于PLC的選型和

14、應(yīng)用。29按結(jié)構(gòu)形式分整體式PLC 將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低等特點(diǎn)。模塊式PLC 將PLC各組成部分分別作成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。緊湊式PLC 還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來。模塊式PLC 將PLC各組成部分分別作成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。緊湊式PLC 還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來。整體式PLC 將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積

15、小、價(jià)格低等特點(diǎn)。30按功能分低檔PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。 中檔PLC 具有低檔PLC功能外，增加模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還增設(shè)中斷、PID控制等功能。 高檔PLC 具有中檔機(jī)功能外，增加帶符號算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)運(yùn)算、制表及表格傳送等。高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能。 313.7 PLC的系統(tǒng)組成硬件軟件存儲器CPUI/O口編程器電源系統(tǒng)程序用戶程序323.7.1PLC硬件系

16、統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成外部設(shè)備現(xiàn)場用戶輸出設(shè)備微處理器（CPU）運(yùn)算器控制器輸出部件輸入部件系統(tǒng)存儲器用戶存儲器I/O擴(kuò)展接口通訊及編程接口編程設(shè)備計(jì)算機(jī)打印機(jī)等傳感器按鈕、開關(guān)現(xiàn)場信號電磁閥中間繼電器執(zhí)行器現(xiàn)場用戶輸入設(shè)備擴(kuò)展設(shè)備擴(kuò)展單元通訊模塊功能模塊電源變換器110V/220V市電PLC基本單元PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖33PLC主要部件組成CPU開關(guān)量I/O接口RAM 、 ROM 模擬量I/O接口EPROM/ E2ROM通迅接口編程器電源 PLC組成的原理框圖PLC由5個(gè)主要部件組成： CPU 存儲器 I/O部分 編程器 電源34中央處理單元（CPU）接收并存儲用戶程序和數(shù)據(jù)；診斷電源、PLC工作狀態(tài)及

17、編程的語法錯(cuò)誤；接收輸入信號，送入數(shù)據(jù)寄存器并保存；運(yùn)行時(shí)順序讀取、解釋、執(zhí)行用戶程序，完成用戶 程序的各種操作；將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。 中央處理單元35系統(tǒng)存儲器ROM系統(tǒng)程序存儲器+系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序）；存放模塊化應(yīng)用功能子程序；存放命令解釋程序；存放功能子程序的調(diào)用管理程序；存放存儲系統(tǒng)參數(shù)。用戶存儲器RAM/EEPROM存放用戶工作程序；存放工作數(shù)據(jù)。存儲器單元 電源單元 電源單元將外界提供的電源轉(zhuǎn)換成PLC的工作電源后，提供給PLC。有些電源單元也可以作為負(fù)載電源，通過PLC的I/O接口向負(fù)載提供直流24V電源。 電源單元還提供掉電保護(hù)電路和后備電池電

18、源，以維持部分RAM存儲器的內(nèi)容在外界電源斷電后不會丟失。在面板上通常有發(fā)光二極管（LCD）指示電源的工作狀態(tài)，便于判斷電源工作是否正常。 輸入輸出單元 PLC的輸入/輸出單元也叫I/O單元對于模塊式的PLC來說，I/O單元以模塊形式出現(xiàn)，所以又稱為I/O模塊。 I/O單元是PLC與工業(yè)現(xiàn)場的接口，現(xiàn)場信號與PLC之間的聯(lián)系通過I/O單元實(shí)現(xiàn)。 PLC的輸入輸出部分，可以分為數(shù)字I/O（DI/DO）和模擬I/O（AI/AO）兩大類：數(shù)字量I/O（DI/DO）：數(shù)字量輸入單元； 數(shù)字量輸出單元 。 模擬量I/O（AI/AO）：模擬量輸入單元 ； 模擬量輸出單元 。 輸入單元的組成：一部分是與外部

19、控制信號相連的接口電路 另一部分輸入映像寄存器 可編程控制器的I/O模塊數(shù)字量輸入單元（直流）： 圖3-4 漏型數(shù)字量輸入電路示意圖 電阻R2和電容C構(gòu)成RC濾波電路,光耦將現(xiàn)場信號與PLC內(nèi)部電路隔離。39注意：光電耦合器的作用(1)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場與PLC主機(jī)的電氣隔離，以提高抗干擾性。(2)避免外部強(qiáng)電侵人主機(jī)而損壞主機(jī)。 (3)電平變換，光電耦合器將現(xiàn)場各種開關(guān)信號變換成PLC主機(jī)要求的標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平。 可編程控制器的I/O模塊數(shù)字量輸入單元（交流）：圖3-5 帶整流橋的交流輸入電路示意圖 也可使用雙向光電耦合器和雙向發(fā)光二極管，去了橋式整流電路。 可編程控制器的I/O模塊數(shù)字量輸出單元（繼電器

20、式）：圖3-6 繼電器輸出電路示意圖 42輸出單元帶光電隔離器及濾波器多種輸出方式：晶體管 晶閘管 繼電器驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載（晶體管輸出單元）；驅(qū)動(dòng)非頻繁動(dòng)作的交/直流負(fù)載（繼電器輸出單元）；驅(qū)動(dòng)頻繁動(dòng)作的交/直流負(fù)載（晶閘管輸出單元）。 可編程控制器的I/O模塊模擬量輸入單元： 模擬量輸入信號可以是電壓或電流，在選型時(shí)要考慮輸入信號的范圍以及系統(tǒng)要求的A/D轉(zhuǎn)換精度。 圖3-7 8通道模擬輸入單元原理框圖 可編程控制器的I/O模塊模擬量輸出單元： 模擬量輸出的過程與輸入正相反，它將PLC運(yùn)算處理過的二進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電量（例如420mA、010V等）。 圖3-8 模擬量輸出單元原理框圖 接口單

21、元（對外部設(shè)備） 接口單元包括擴(kuò)展接口、通信接口、編程器接口和存儲器接口及其它外部設(shè)備接口等。 PLC的I/O單元也屬于接口單元的范疇，它完成PLC與工業(yè)現(xiàn)場之間電信號的往來聯(lián)系。除此之外，PLC與其它外界設(shè)備和信號的聯(lián)系都需要相應(yīng)的接口單元 。 接口單元（對外部設(shè)備）接口單元通常有以下5種：I/O擴(kuò)展接口 。用于擴(kuò)展輸入輸出點(diǎn)數(shù) 。通信接口 。通常集成有RS232或RS422口，用于與PLC、上位機(jī)、遠(yuǎn)程I/O、監(jiān)視器、編程器等外部設(shè)備相連。 編程器接口 。PLC本體通常是不帶編程器的，編程器接口是連接編程器的。存儲器接口。存儲器接口是為了擴(kuò)展存儲區(qū)而設(shè)置的。 其它外部設(shè)備接口。包括條碼讀入

22、器的接口、打印機(jī)接口等等。 外部設(shè)備 PLC的外部設(shè)備種類很多，可以概括為以下四類：編程設(shè)備；除了用于編程，還可對系統(tǒng)作一些設(shè)定，以確定PLC的工作方式。 監(jiān)控設(shè)備；將現(xiàn)場數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示出來，以便操作人員隨時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行的情況。 存儲設(shè)備；用于保存用戶數(shù)據(jù)，避免程序丟失。 輸入輸出設(shè)備。用于接受信號和輸出信號的專用設(shè)備，例如條碼讀入器、打印機(jī)等。 返回483.7.2 PLC軟件系統(tǒng)組成系統(tǒng)監(jiān)控程序 運(yùn)行管理 生成用戶元件系統(tǒng)內(nèi)部自檢管理程序 解釋程序標(biāo)準(zhǔn)程序模塊、系統(tǒng)調(diào)用用戶程序自動(dòng)化系統(tǒng)控制程序數(shù)據(jù)表格軟件系統(tǒng)一、軟件組成 系統(tǒng)監(jiān)控程序 系統(tǒng)監(jiān)控程序執(zhí)行過程分為以下幾部分：初始化程序；CP

23、U自診斷； 通信信息處理；輸入刷新；用戶程序執(zhí)行；輸出刷新；外部設(shè)備服務(wù)。 第一大類：公共操作第二大類：現(xiàn)場輸入/輸出第三大類：用戶程序操作第四大類：服務(wù)外部設(shè)備系統(tǒng)監(jiān)控程序初始化程序：作用是清零各個(gè)標(biāo)志寄存器，清零輸入、輸出映像寄存器，清零各計(jì)數(shù)器，復(fù)位定時(shí)器等，為PLC開始正常工作“清理現(xiàn)場”。CPU自診斷 ：自診斷主要包括檢查電源電壓是否正常，I/O單元的連接是否正常，用戶程序是否存在語法錯(cuò)誤，對監(jiān)控定時(shí)器定期復(fù)位等。 通信信息處理 ：這個(gè)階段PLC要完成與網(wǎng)絡(luò)及總線上其它設(shè)備的通信任務(wù)，包括與PLC、計(jì)算機(jī)、智能I/O模塊、數(shù)字處理器（DPU）等設(shè)備之間的信息交換。 外部設(shè)備服務(wù) ：P

24、LC在這個(gè)階段與外部設(shè)備交換信息，包括編程器、圖形監(jiān)視器（監(jiān)控設(shè)備）、打印機(jī)等。 513.8.1 PLC的工作方式與運(yùn)行框圖 電源ON內(nèi)部處理輸入處理（輸入傳送、遠(yuǎn)程I/O）通訊服務(wù)（外設(shè)、CPU、總線服務(wù)）CPU運(yùn)行方式輸出處理執(zhí)行程序執(zhí)行自診斷PLC正常否存放自診斷錯(cuò)誤結(jié)果致命錯(cuò)誤CPU強(qiáng)制為STOP上電處理掃描過程出錯(cuò)處理STOPRUNYNNY更新時(shí)鐘、特殊寄存器3.8 PLC的工作原理52 PLC中心工作過程 可編程控制器的工作過程 PLC的工作過程以循環(huán)掃描的方式進(jìn)行，當(dāng)PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，它的運(yùn)行周期可以劃分為3個(gè)基本階段：輸入采樣階段；PLC逐個(gè)掃描每個(gè)輸入端口，將所有輸入設(shè)備

25、的當(dāng)前狀態(tài)保存到相應(yīng)的存儲區(qū)。程序執(zhí)行階段；在系統(tǒng)程序的指示下，CPU從用戶程序存儲區(qū)逐條讀取用戶指令，經(jīng)解釋后執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，產(chǎn)生相應(yīng)結(jié)果，刷新相應(yīng)的輸出映像寄存器，期間需要用到輸入映像寄存器、輸出映像寄存器的相應(yīng)狀態(tài)。 輸出刷新階段。系統(tǒng)程序?qū)⑤敵鲇诚窦拇嫫髦械膬?nèi)容傳送到輸出鎖存器中，經(jīng)過輸出接口、輸出端子輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 返回54PLC的工作原理建立I/O映像區(qū)輸入點(diǎn)總有輸入映象區(qū)的某一位與之相對應(yīng) I/O映象區(qū)的大小與系統(tǒng)控制的規(guī)模有關(guān) PLC工作時(shí)，將采集到的輸入信號狀態(tài)存放在輸入映象區(qū)對應(yīng)的位上；將運(yùn)算的結(jié)果存放到輸出映象區(qū)對應(yīng)的位上。PLC在執(zhí)行用戶程序時(shí)所需“輸入繼電器”、“

26、輸出繼電器”的數(shù)據(jù)取用于I/O映象區(qū)，而不直接與外部設(shè)備發(fā)生關(guān)系 。 可編程控制器的工作過程PLC工作過程的特點(diǎn)總結(jié)如下： PLC采用集中采樣、集中輸出的工作方式這種方式減少了外界干擾的影響。 PLC的工作過程是循環(huán)掃描的過程掃描時(shí)間的長短取決于指令執(zhí)行速度、用戶程序的長度等因素。 輸出對輸入的響應(yīng)有滯后現(xiàn)象。PLC采用集中采樣、集中輸出的工作方式，當(dāng)采樣階段結(jié)束后，輸入狀態(tài)的變化將要等到下一個(gè)采樣周期才能被接收，因此這個(gè)滯后時(shí)間的長短又主要取決于循環(huán)周期的長短。此外，影響滯后時(shí)間的因素還有輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間等。 可編程控制器的工作過程當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大，I/O點(diǎn)數(shù)眾多，用戶程序

27、比較長時(shí)，單純采用上面的循環(huán)掃描工作方式會使系統(tǒng)的響應(yīng)速度明顯降低，甚至?xí)G失、錯(cuò)漏高頻輸入信號，因此大多數(shù)大中型PLC在盡量提高程序指令執(zhí)行速度的同時(shí)，也采取了一些其它措施來加快系統(tǒng)響應(yīng)速度。例如采用定周期輸入采樣、輸出刷新，直接輸入采樣、直接輸出刷新，中斷輸入、輸出，或者開發(fā)智能I/O模塊，模塊本身帶有CPU，可以與主機(jī)的CPU并行工作，分擔(dān)一部分任務(wù)，從而加快整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行速度。 57 輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸入端子板上各點(diǎn)在輸入采樣階段接通和斷開狀態(tài)。 程序執(zhí)行結(jié)果取決于用戶所編程序和輸入/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。 輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸出指令的執(zhí)行

28、結(jié)果。 輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定。 輸出端子的接通和斷開狀態(tài)，由輸出鎖存器決定。PLC對輸入/輸出的處理原則58 PLC編程語言是多種多樣的，對于不同生產(chǎn)廠家、不同系列的PLC產(chǎn)品采用的編程語言的表達(dá)方式也不相同，但基本上可歸納兩種類型： 一是采用字符表達(dá)方式的編程語言，如語句表等； 二是采用圖形符號表達(dá)方式編程語言，如梯形圖等。1.梯形圖語言(LAD) 梯形圖語言是在傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達(dá)符號的基礎(chǔ)上演變而來的。它與電器控制線路圖相似，繼承了傳統(tǒng)電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式和輸入輸出形式，具有形象、直觀、實(shí)用的特點(diǎn)。3.9PLC的編程語言59 因此，這種編程語言為廣大電氣技術(shù)人員所熟知，是應(yīng)用最廣泛的PLC的編程語言，是PLC的第一編程語言。如圖5-8所示是PLC梯形圖。 從圖中可看出，與傳統(tǒng)電器控制圖表示思想是一致的，具體表達(dá)方式有一定區(qū)別。 PLC的梯形圖使用的是內(nèi)部繼電