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plc的基本组成和工作原理

2017-3-20 11:18| 编辑:电工学习网| 查看: 15179| 评论: 0

    plc的基本组成可分为两大部分:硬件系统和软件系统。
    硬件系统是指组成PLC的所有物理电子电路,其中主要有:中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(Input/Output)接口、通信接口、编程器和电源等部分,此外还有扩展设备和EPROM的读写板和打印机等选配的设备。为了维护、修理的方便,许多PLC采用模块结构。由中央处理器、存储器组成主控模块,输入单元组成输入模块,输出单元组成输出模块,三者通过专用总线构成主机,并由电源模块集中对其提供电能。
    编程器可采用袖珍式编程器,也可采用安装有专门plc编程软件的通用计算机,通过编程口对PLC进行编程。
    软件系统是指管理、控制、使用PLC,确保PLC正常工作的一整套程序。这些程序有的来自PLC生产厂家,也有的来自用户。一般称前者为系统程序,后者为用户程序。系统程序是指控制和完成PLC各种功能的程序,侧重于管理PLC的各种资源、控制和协调各硬件的正常动作及关系,以便充分发挥整个可编程控制器的使用效率,方便广大用户的直接使用。用户程序是指使用者根据生产工艺要求编写的控制程序,它侧重于应用,以及输入、输出之间的逻辑控制关系。
    PLC等效电路中的继电器并不是实际的物理继电器,它实质上是存储器单元的一个“位”寄存器。“位”寄存器的状态为“1”时,相当于继电器接通;“位”寄存器的状态为“0”时,则相当于继电器断开。因此,称这些继电器为“软继电器”。
    PLC是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的,即在PLC运行时,CPU根据用户按控制要求事先编制好并保存于用户程序存储器中的程序,按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束,然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
    PLC的一个扫描周期必须经过输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段及其他一些辅助阶段,其中的输入采样和输出刷新在有的场合也称为I/O刷新。
    输入采样阶段:首先以扫描方式将所有输入端子的通(ON)断(OFF)状态转换成电平的高低状态“1”或“0”并保存入输入锁存器中;然后,将其写入各自对应的输入状态寄存器中,即刷新输入;随即关闭输入端口,进入程序执行阶段。
    程序执行阶段:按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令,经相应的运算和处理后,其结果再写入输出状态寄存器中,输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。
    输出刷新阶段:当所有指令执行完毕,输出状态寄存器的通(ON)断(OFF)状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中,并通过一定的方式(继电器、晶体管或晶闸管)输出,驱动相应被控设备工作。
    PLC的上述工作方式称之为扫描工作方式,即PLC运行时,需要进行大量的操作,这使得PLC中的CPU只能根据分时操作原理,按一定的顺序,每一时刻执行一个操作。当PLC运行时,在经过初始化后,即进入扫描工作方式,且周而复始地重复进行,因此也称PLC的工作方式为“循环扫描工作方式”。
    可以看出,PLC在初始化后,进入循环扫描。PLC一次扫描的过程,包括公共处理、执行程序、循环时间计算处理、I/O刷新、RS-232端口服务和外设端口服务共五个阶段,其所需时间称为一个工作周期(或扫描周期)。显然,PLC的扫描周期与用户程序的长短和该PLC的扫描速度紧密相关。
    PLC在进入循环扫描前的初始化过程,主要是将所有输入/输出、内部辅助、特殊辅助、辅助记忆继电器区域清零,并完成定时器预置,识别扩展单元等任务,以保证它们在进入循环扫描后,正确无误地工作。
    进入循环扫描后,在公共处理阶段,复位监视定时器,进行硬件和用户内存检查等。一切正常后,才能进行下一步的操作。如果有异常情况,则根据错误的严重程度发出报警或错误警示,甚至停止PLC运行。
    在程序执行阶段,CPU按从左向右,自上而下的顺序对每条指令进行解释、执行,CPU从输入映像寄存器(每个输入继电器对应一个输入映像寄存器,其通/断状态对应为“1/0”)和元件映像寄存器(即与各种内部继电器、输出继电器对应的寄存器)中读出各继电器的状态,根据用户程序给出的逻辑关系[串(与)并(或)关系等]进行逻辑运算,并将运算结果再写入元件映像寄存器中。
    在扫描周期计算处理阶段,若设定扫描周期为固定值(可由用户通过DM6619设定),则进入等待循环,直到该指定值到达,再往下进行;若设定扫描周期为不定值(即决定于用户程序的长短等),则进行扫描周期的计算。
    在I/O刷新阶段,进行I/O刷新。CPU从输入电路中读取各输入点状态,并将此状态写入输入映像寄存器中;同时将元件映像寄存器的状态(1/0)传送到输出锁存电路,再经输出电路隔离和功率放大,驱动外部负载。
    在外设端口服务阶段,完成与外设端口连接的外围设备或通信适配器的通信处理。循环扫描的工作方式,既简单直观,又便于用户程序的设计,且为PLC的可靠运行提供了可靠地保障。这种工作方式,使PLC一旦扫描到用户程序某一指令,经处理后,其处理结果就可立即被用户程序中后续扫描到的指令所应用,而且PLC可通过CPU内部设置的监视定时器,监视每次扫描是否超过规定时间,以便有效地避免因CPU内部故障而导致程序进入死循环的情况。

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