可編程控制器的構成原理與應用(下)-文庫吧在線文庫

　　

【正文】 等。系統程序存儲器用于存儲整個系統的監控程序，一般采用只讀存儲器 (Read Only Memory， ROM)，具有掉電不丟失信息的特性。由于 EPROM擦寫不方便，目前已逐漸被 EEPROM所取代。因此，它需要一定數量的存儲單元 (RAM)來暫時存放 I/O的狀態和數據，這些單元稱作 I/O緩沖區。另外，不同的 PLC還提供數量不等的特殊內部繼電器，具有不同的特殊功能。按 I/O點數確定模塊的規格及數量， I/O模塊可多可少，但其最大數受 PLC所能管理的配置能力，即底板或機架槽數的限制。 可編程控制器的基本結構 第 4章 可編程控制器的結構和工作原理 智能模塊 除了上述通用的 I/O模塊外， PLC還提供了各種各樣的特殊 I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、高速計數器、位置控制、以太網、現場總線、遠程 I/O控制、溫度控制、中斷控制、聲音輸出、打印機等專用型或智能型的 I/O模塊，用以滿足各種特殊功能的控制要求。如果沒有一個良好的、可靠的電源，系統是無法正常工作的。對于直流輸入的 PLC，電源的額定電壓一般為 24VDC。 PLC內部與輸入端子連接的輸入繼電器是用光電耦合器隔離的電子繼電器，編號與接線端子編號一致，如圖 。 3. 內部繼電器 PLC中有很多內部繼電器，其線圈與輸出繼電器一樣，由 PLC內各軟元件的觸點驅動。這類繼電器只能單個使用，而且只能使用觸點，不能使用線圈。 每個定時器只有一個輸入。當復位控制信號的上升沿到來時，計數器被復位。 PLC中每一個數據寄存器都是一個字存儲單元，都是 16位 (最高位為正、負符號位 )，也可用兩個數據寄存器組合起來存儲 32位數據 (最高位為正、負符號位 )。 上文對 PLC的繼電器資源作了簡要的介紹，具體的應用在后續章節中再結合相應的 PLC產品和指令詳細討論。國際電工委員會 (IEC)在 1992年頒布了可編程控制器的編程軟件標準IEC11313，為各 PLC廠家編程的標準化鋪平了道路。 1. 梯形圖 梯形圖語言是 PLC中應用程序設計的一種標準語言，也是在實際設計中最常用的一種語言。內部繼電器、定時器、計數器、寄存器等均不能直接控制外部負載，只能作為中間結果供CPU內部使用。 可編程控制器的資源與編程語言 第 4章 可編程控制器的結構和工作原理 4. 功能塊圖 功能塊圖使用類似于布爾代數的圖形邏輯符號來表示控制邏輯，一些復雜的功能用指令框表示，適合于有數字電路基礎的編程人員使用。 前面對 PLC的基本情況作了一般性的介紹。 (2) 必須熟悉 PLC的指令系統。 可編程控制器的資源與編程語言 第 4章 可編程控制器的結構和工作原理 可編程控制器的工作原理 PLC在本質上是一臺微型計算機，其工作原理與普通計算機類似，具有計算機的許多特點。 計算機一般采用等待輸入、響應處理的工作方式，沒有輸入時就一直等待輸入，如有鍵盤操作或鼠標等 I/O信號的觸發，則由計算機的操作系統進行處理，轉入相應的程序。第二步掃描用戶程序，根據本周期輸入信號的狀態和上周期輸出信號的狀態，對用戶程序逐條進行運算處理，將結果送到輸出緩沖區。自檢過程的主要任務是消除各繼電器和寄存器狀態的隨機性，進行復位和初始化處理，檢查 I/O模塊的連接是否正常，再對內存單元進行測試。 1. 故障診斷及處理操作 這是在每一次掃描程序前對 PLC系統作一次自檢。對應于輸入端的數據區為輸入緩沖區，對應于輸出端的數據區為輸出緩沖區。 輸入操作實際是采樣輸入信號，刷新輸入緩沖區的內容，輸出操作則是送出處理結果，按輸出緩沖區的內容刷新輸出信號。 3. 執行用戶程序 用戶程序的執行一般包括程序的具體執行與監視兩部分操作。每次執行程序前復位 WDT并開始計時。但 PLC的掃描周期一般只有幾十毫秒或更少，兩次采樣之間的時間很短，對于一般輸入量來說可以忽略。如考慮到 I/O硬件電路的延時， PLC的響應滯后就更大一些。在這兩個階段中，即使外部的輸入狀態和數據發生變化，輸入緩沖區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。在此期間， CPU按照輸出緩沖區中對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。因此，在用戶程序執行過程中，只有輸入繼電器在 I/O緩沖區內的狀態和數據不會發生變化，而輸出繼電器和其他軟元件在 I/O緩沖區或系統 RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化。完成上述 3個階段稱作一個掃描周期。對慢速控制系統來說，滯后現象反而增加了系統的抗干擾能力。 4. 響應外設的服務請求 外設命令是可選操作，它給操作人員提供了交互機會，也可與其他系統進行通信，不會影響系統的正常工作，而且會更有利于系統的控制和管理。其中輸入狀態在采樣時刷新，輸出狀態則根據用戶程序而逐個更新。即只有在采樣 (刷新 )時刻，輸入緩沖區中的內容才與輸入信號 (不考慮電路固有慣性和滯后影響 )一致，其他時間范圍內輸入信號的變化不會影響輸入緩沖區的內容。 通常把 PLC內部的各種存儲器稱為“軟繼電器”。 2. 數據輸入和輸出操作 數據輸入和輸出操作即為 I/O狀態刷新。 可編程控制器的工作原理 第 4章 可編程控制器的結構和工作原理 在正常的掃描周期中， PLC內部要進行一系列操作，一般包括故障診斷及處理操作、連接工業現場的數據輸入和輸出操作、執行用戶程序和響應外部設備的任務請求 (如打印、顯示和通信等 )。一個掃描周期中除了執行指令外，還有 I/O刷新、故障診斷和通信等操作，如圖 。 PLC在工作時采用循環掃描的工作方式。而 PLC采用了一種不同于一般計算機的運行方式，即循環掃描。 (3) 必須熟悉 PLC的輸入和輸出電路特性及外部輸入 /輸出設備與 PLC的輸入 /輸出繼電器的連接方法。這是進行系統程序設計的前提和基礎。輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運算，方框用“導線”連在一起。一般由多條語句組成一個程序段。梯形圖由觸點、線圈和指令框等構成。 (2) 指令表 (Instruction List， IL) 適合于簡單文本的程序設計。所以，采用 PLC進行控制就涉及到用相應的程序設計語言來完成編程的任務。默認狀態下各個單元的數據均為 0。 不同的 PLC其定時器和計數器的編址方式 (即編號 )不同，具體工作特性和數量的多少也不一樣。需要注意的是， PLC中的定時器沒有常規的時間繼電器一樣的瞬動觸點。 4. 定時器 PLC中的定時器根據時鐘脈沖的累積計時。內部繼電器一般分為通用內部繼電器和特殊內部繼電器。輸入電路的時間常數一般小于 10ms。這些編程用的繼電器的工作線圈沒有工作電壓等級、功耗大小和電磁慣性等問題。有些 PLC中的電源與 CPU模塊合二為一，有些是分開的。編程設備用于輸入和編輯用戶程序，對系統作一些設定，監控 PLC及PLC所控制的系統的工作狀況。通常 I/O模塊上還有 I/O接線端子排和狀態顯示，以便于連接和監視。 用戶程序存儲區存放用戶根據實際控制要求或生產工藝流程編寫的具體控制程序。該存儲區又分為具有掉電保存的存儲區域和掉電不保存的存儲區域。 1) 系統程序存儲區 系統程序存儲區中存放著相當于計算機操作系統的系統程序，包括監控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統診斷子程序等，由制造商將其固化在 ROM中，用戶不能直接存取。