可編程控制器的構成原理與應用(下)(更新版)

　　

【正文】 為若干個順序出現的步，每步中包括控制輸出的動作，從一步到另一步的轉換由轉換條件來控制，特別適合于生產制造過程。 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 梯形圖中的觸點可以任意串、并聯，但線圈只能并聯，不能串聯。 (5) 結構化文本 (Structured Text， ST) 適合于自編專用的復雜程序，如特殊的模型算法。編程雖然都可采用梯形圖，但不同公司的 PLC產品在尋址、語法結構等方面不一致，使各種 PLC互不兼容。這類存儲單元只能以字的形式使用。 6. 數據寄存器 數據寄存器不能使用線圈或觸點，而是以字存儲單元的形式使用，用于存放各種數據。在當前值減到 0時停止計數，同時觸點動作，常開觸點閉合，常閉觸點斷開。定時器可以采用用戶程序存儲器內的常數作為設定值，也可以用數據寄存器的內容作為設定值。 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 2) 特殊內部繼電器 特殊內部繼電器也叫專用內部繼電器，每一個都有專門的用途，用來存儲系統工作時的一些特定狀態信息。輸出繼電器的常開 /常閉觸點使用次數不限，但線圈一般只能用 1次。 1. 輸入繼電器 PLC的輸入繼電器是接受外部開關信號的窗口。一般交流電壓波動在－ 15%～ +10%的范圍內，可以不采取其他措施而將 PLC直接連接到交流電網上去。因此，電源在整個 PLC系統中起著十分重要的作用。 模擬量模塊按信號類型分有電流型 (4mA～ 20mA、 0mA～ 20mA)、電壓型(0V～ 10V、 0V～ 5V、－ 10V～ 10V)等規格；按精度分有 12位、 14位、 16位等規格。 PLC提供了各種工作電平、連接形式和驅動能力的 I/O模塊，有各種功能的 I/O模塊供用戶選用，如電平轉換、電氣隔離、串 /并行變換、開關量輸入 /輸出、模數 (A/D)和數模 (D/A)轉換以及其他功能模塊等。其作用類似于電氣控制線路中的繼電器。 (1) I/O緩沖區 由于 PLC投入到運行狀態后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各個輸入信號的狀態和數據，在輸出刷新階段才將輸出的狀態和數據送至相應的外設。在紫外線連續照射下 (約 20分鐘 )可擦除存儲器原來的內容，然后可以重新寫入。PLC中的存儲器一般包括系統程序存儲器和用戶程序存儲器兩部分。 CPU模塊的外部表現就是具有工作狀態的顯示、各種接口及設定或控制開關。 (5) 采集由現場輸入裝置送來的數據，并存入指定的寄存器中。 CPU中的運算器用于完成算術或邏輯運算，在控制器的指揮下工作。模塊式 PLC一般由CPU模塊、 I/O模塊、內存模塊、電源模塊、底板或機架等組成。但從總體來看，不同廠商的PLC在硬件結構和指令系統等方面大同小異。 C P U 存儲器 電源 輸入單元 輸出單元 編程器或其他設備 按鈕 接觸器 電磁閥 指示燈 行程開關 繼電器觸點 圖 PLC的組成 第 4章 可編程控制器的結構和工作原理 CPU(中央處理器 ) 與通用計算機中的 CPU一樣， PLC中 CPU也是整個系統的核心部件，主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的地址總線、數據總線和控制總線構成。 作為 PLC的核心， CPU的功能主要包括以下幾個方面。 (8) 響應中斷和各種外圍設備 (如編程器、打印機等 )的任務處理請求。總線接口用于連接 I/O模塊或特殊功能模塊，內存接口用于安裝存儲器，外設接口用于連接編程器等外部設備，通信接口則用于通信。目前則傾向于采用電可擦除的只讀存儲器 (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory， EEPROM或 E2PROM)或閃存 (Flash Memory)，免去了后備電池的麻煩。使用編程器可以很方便地對其中所存儲的內容進行修改。整個 I/O緩沖區可以看作是由開關量 I/O緩沖區和模擬量 I/O緩沖區兩個部分組成的。另外，PLC還提供數量不等的特殊數據寄存器，用于存儲系統中某些特定的數據或信息。輸入模塊和輸出模塊是 PLC與現場 I/O裝置或設備之間的連接部件，起著 PLC與外部設備之間傳遞信息的作用。模塊的 I/O容量越大，系統的適應性就越強。 PLC一般都配有開關式穩壓電源，用于給 PLC的內部電路和各模塊的集成電路提供工作電源。 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 可編程控制器的資源與編程語言 可編程控制器的硬件資源 PLC都提供了各種類型的繼電器，一般都稱為“軟繼電器”，以供系統軟件設計中編程使用。線圈的吸合或釋放只取決于 PLC外部所連接的開關信號的狀態，而不能通過程序控制。它的常開/常閉觸點使用次數不受限制。在實際設計中，一定要明確其編址方式和數量。與常規的時間繼電器一樣，線圈通電時，定時器的當前值開始減計數計時。與定時器不同的是，如果在計數過程中系統斷電，計數器的當前值一般能自動保存下來。數據寄存器一般分為通用和專用兩種。這是學習和使用 PLC的重要基礎，是學習指令系統的前提條件，所以一定要熟練掌握這一部分的知識點。 國際電工委員會制訂的 5種標準編程語言如下。 梯形圖是一種圖形化的編程語言，沿用了傳統的電氣控制原理圖中的繼電器觸點、線圈、串聯和并聯等術語和一些圖形符號構成，左右的豎線稱為左右母線。在同一掃描周期中的結果存儲在輸出狀態暫存器中，所以輸出點的值在用戶程序中可以當作條件使用。一般一個運算框表示一個功能。但從學習和使用的角度來說，一般要從以下 3個方面來考慮。只有熟練掌握了 PLC的指令系統，在進行程序設計時才能做到靈活應用。 早期的 PLC主要用于替代傳統的繼電器 接觸器構成的控制裝置，但是這兩者的運行方式不同。而 PLC對I/O操作、數據處理等則采用循環掃描的工作方式。 PLC周期性地循環執行上述 3個步驟，這種工作方式稱為循環掃描的工作方式。最后復位系統的監視定時器，允許 PLC進入循環掃描周期。如屬于一般性故障，則只報警不停機，等待處理。 PLC在輸出時，將輸出緩沖區的內容輸出到輸出寄存器，即數據輸出的狀態刷新。 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 從輸入和輸出操作的過程中可以看出，在刷新期間，如果輸入信號發生變化，則在本次掃描期間， PLC的輸出端會相應地發生變化，也就是說輸出對輸入立刻產生了響應。 PLC在循環掃描時，每一個掃描周期都按順序從用戶程序的第一條指令開始，逐條 (跳轉指令除外 )解釋和執行，直到執行到 END指令才結束對用戶程序的本次掃描。當程序執行過程中因某種干擾使掃描失控或進入死循環，則 WDT會發出超時復位信號，使程序重新開始執行。同樣，對于變化較慢的控制過程來說，由于滯后的時間不超過一個掃描周期，因此可以認為輸出信號是及時的。 PLC最基本的工作方式是循環掃描的方式，即使在具有快速處理的高性能PLC中，系統也是以循環掃描的工作方式執行，理解和掌握這一點對于學習PLC十分重要。 2. 用戶程序執行 在用戶程序執行階段， PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序。 圖 PLC的輸入和輸出過程 可編程控制器的工作原理