可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理【主要內(nèi)容】

可編程控制器概述可編程控制器的硬件構(gòu)成可編程控制器的編程語(yǔ)言可編程控制器的工作原理小結(jié)思考題與習(xí)題可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理23.1可編程控制器的概述1987年2月，國(guó)際電工委員會(huì)（InternationElectricalCommittee，IEC）年頒發(fā)的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿中對(duì)可編程控制器的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)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)學(xué)等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理33.1可編程控制器的概述由此可見(jiàn)，對(duì)可編程控制器的定義隨著其功能的不斷擴(kuò)展，而有所改變。無(wú)論是何種定義，都會(huì)重點(diǎn)說(shuō)明三個(gè)概念：即PLC是什么，它具備什么功能（能干什么），以及PLC及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。定義強(qiáng)調(diào)了PLC直接用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理43.1可編程控制器的概述3.可編程控制器的特點(diǎn)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)（硬件抗干擾和軟件抗干擾）。通用性強(qiáng)，使用方便。采用模塊化結(jié)構(gòu)，接口種類多，便于現(xiàn)場(chǎng)連接、擴(kuò)充。編程、程序修改方便，易掌握。維護(hù)調(diào)試方便（I/O指示）?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理53.1可編程控制器的概述扛干擾硬件措施：屏蔽：對(duì)PLC的電源變壓器、內(nèi)部CPU、編程器等主要部件采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防止外界的電磁干擾。濾波：對(duì)PLC的輸入輸出線路采用了多種形式的濾波，以消除或抑制高頻干擾。隔離：在PLC內(nèi)部的微處理器和輸入輸出電路之間，采用了光電隔離措施。采用模塊式結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)一旦查出某模塊出現(xiàn)故障，就能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理63.1可編程控制器的概述抗干擾軟件措施：故障檢測(cè)：設(shè)計(jì)故障檢測(cè)軟件定期地檢測(cè)外界環(huán)境，如掉電、欠電壓信號(hào)等，以便及時(shí)處理。信息保護(hù)和恢復(fù)：信息保護(hù)和恢復(fù)軟件使PLC偶爾發(fā)生故障條件出現(xiàn)時(shí)，將PLC內(nèi)部信息進(jìn)行保護(hù)以免遭破壞。故障條件消失，則恢復(fù)工作。設(shè)置監(jiān)視定時(shí)器WDT：如PLC程序每次循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過(guò)WDT規(guī)定的時(shí)間，預(yù)示程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報(bào)警。對(duì)程序進(jìn)行檢查和檢驗(yàn)：一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警，并停止執(zhí)行?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理73.1可編程控制器的概述4.可編程控制器的應(yīng)用范圍隨著PLC功能的不斷完善，性價(jià)比不斷提高，PLC的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已大量應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電子、機(jī)械制造、汽車、船舶、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保、娛樂(lè)等各行各業(yè)。順序控制PLC取代傳統(tǒng)的繼電器構(gòu)成順序控制系統(tǒng)，是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理83.1可編程控制器的概述運(yùn)動(dòng)控制

PLC制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。

過(guò)程控制

PLC能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。

數(shù)據(jù)處理

隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，已把支持順序控制的PLC和CNC的設(shè)備緊密地結(jié)合了起來(lái)。可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理93.1可編程控制器的概述

通信和聯(lián)網(wǎng)為了適應(yīng)國(guó)外近幾年來(lái)興起的工廠自動(dòng)化（FactoryAutomatization，F(xiàn)A）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufactureSystem，F(xiàn)MS）及集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，DCS）等發(fā)展的需要，必須發(fā)展PLC之間、PLC和上位計(jì)算機(jī)之間的通信功能。作為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，不僅對(duì)PLC數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電、故障時(shí)的對(duì)策等?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理103.1可編程控制器的概述5.可編程控制器的發(fā)展?fàn)顩r目前，國(guó)內(nèi)已可生產(chǎn)中小型PLC。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。臺(tái)達(dá)電通股份有限公司生產(chǎn)的ES/EX/SS系列DVP-PLC，以其價(jià)廉物美也得到了廣泛應(yīng)用?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理113.1可編程控制器的概述國(guó)際上競(jìng)爭(zhēng)較強(qiáng)的歐洲的西門子公司、日本的三菱和歐姆龍公司、美國(guó)的AB和GE公司?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理12三菱公司的產(chǎn)品有：FX系列：為小型PLC，單元式，單機(jī)最大容量為256點(diǎn)。A系列、AnS系列、Q系列、QnA系列等為模塊式大型PLC，最大容量為8K點(diǎn)。西門子公司產(chǎn)品有：S7-200：微型PLC，單元式，單機(jī)最大容量為256點(diǎn)。S7-300：小到中型PLC，單機(jī)最大容量為1K點(diǎn)。S7-400：大到超大型PLC，單機(jī)可組態(tài)數(shù)萬(wàn)點(diǎn)。AB公司產(chǎn)品有：Micrologix：微型PLC，單機(jī)最大容量為256點(diǎn)。SCL500：小到中型PLC，單機(jī)最大容量為1K點(diǎn)。PLC5：大到超大型PLC，單機(jī)可組態(tài)數(shù)萬(wàn)點(diǎn)。歐姆龍公司產(chǎn)品有：MiniSk20、SRM1、CPM1A、CPM2A等：微型PLC，單機(jī)最大容量為256點(diǎn)。C200、SYSMAC、CQM1：小到中型PLC，單機(jī)最大容量為1K點(diǎn)。CVM1、CV500～2000：大到超大型PLC，單機(jī)可組態(tài)5000點(diǎn)。3.1可編程控制器的概述由此可見(jiàn)PLC的類型多，型號(hào)、規(guī)格、廠家各異，如何進(jìn)行分類存在一定困難，其技術(shù)指標(biāo)主要有輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、掃描速度（毫秒/千步）、存儲(chǔ)器容量、編程語(yǔ)言、指令功能等。一般按以下原則考慮分類?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理13（1）按I/O點(diǎn)數(shù)容量分類，大致可分為大、中、小型3種：小型PLCI/O點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)以下，用戶程序存儲(chǔ)器容量在2K字以下；中型PLCI/O點(diǎn)數(shù)在256到2048之間，用戶程序存儲(chǔ)器容量一般為2～8K；大型PLCI/O點(diǎn)數(shù)在2048以上，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)8K字以上。3.1可編程控制器的概述（2）按結(jié)構(gòu)形式分類：可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理14整體式結(jié)構(gòu)：微型、小型PLC一般為整體式結(jié)構(gòu)。整體式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將PLC的基本部件，如CPU板、輸入/輸出接口、電源板等緊湊地安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)整體，組成PLC的一個(gè)基本單元（主機(jī)）?；締卧显O(shè)有擴(kuò)展端口，通過(guò)擴(kuò)展電纜與擴(kuò)展單元（模塊）相連。小型PLC系統(tǒng)還提供許多專用的特殊功能模塊，如模擬量輸入/輸出模塊、熱電偶、熱電阻模塊、通信模塊等，以構(gòu)成不同的配置，完成特定的控制任務(wù)。整體式結(jié)構(gòu)的PLC體積小，成本低，安裝方便。模塊式結(jié)構(gòu)：中型、大型PLC多采用模塊式結(jié)構(gòu)。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC由一些模塊單元構(gòu)成，這些標(biāo)準(zhǔn)模塊有CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、各種功能模塊等。像堆積木一樣，使用時(shí)將這些模塊插在框架上或基板上即可。各模塊功能是獨(dú)立的，外形尺寸統(tǒng)一，可根據(jù)需要靈活配置。3.1可編程控制器的概述6.可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)PLC總的發(fā)展趨勢(shì)是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能、信息化、軟PLC、標(biāo)準(zhǔn)化、與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)緊密結(jié)合等方向發(fā)展。小型化、專用化、低成本大容量、高速度、信息化智能化模塊的發(fā)展為了實(shí)現(xiàn)某些特殊的控制功能，PLC制造商開(kāi)發(fā)出了許多智能化的I/O模塊。這些模塊本身帶有CPU，使得占用主可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理153.1可編程控制器的概述人機(jī)界面（接口）的發(fā)展HMI（Human-MachineInterface）在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中起著愈來(lái)愈重要的作用，PLC控制系統(tǒng)在HMI方面的進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：編成工具的發(fā)展、功能強(qiáng)大、價(jià)格低廉的HMI、基于PC的組態(tài)軟件。在過(guò)程控制領(lǐng)域的使用以及PLC的冗余特性雖然PLC的強(qiáng)項(xiàng)是在制造業(yè)領(lǐng)域使用，但隨著通信技術(shù)、軟件技術(shù)和模擬量技術(shù)發(fā)展并不斷地融合到PLC中，它現(xiàn)在也被廣泛使用到了過(guò)程控制領(lǐng)域?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理16CPU的時(shí)間很少，減少了對(duì)CPU掃描速度的影響，提高了整個(gè)PLC控制系統(tǒng)性能3.1可編程控制器的概述開(kāi)放性和標(biāo)準(zhǔn)化世界上生產(chǎn)大約400多個(gè)品種的PLC產(chǎn)品，但沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，所有PLC產(chǎn)品在使用上都存在著一些差別,而這些差別的存在對(duì)PLC產(chǎn)品制造商和用戶都是不利的?，F(xiàn)在的PLC采用了各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如IEC61131、IEEE802.3以太網(wǎng)、TCP/IP、UDP/IP等，以及各種事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如WindowsNT、OPC等。特別是PLC的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131，為PLC從硬件設(shè)計(jì)、編程語(yǔ)言、通信聯(lián)網(wǎng)等方面都制定了詳細(xì)的規(guī)范?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理173.1可編程控制器的概述通信聯(lián)網(wǎng)功能的增強(qiáng)和易用化在中大型PLC控制系統(tǒng)中，需要多個(gè)PLC以及智能儀器儀表連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行信息的交換。PLC通信聯(lián)網(wǎng)功能的增強(qiáng)使它更容易與PC和其他智能控制設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，使系統(tǒng)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理。軟PLC的概念所謂軟PLC（SoftPLC）就是在PC機(jī)的平臺(tái)上，在Windows操作環(huán)境下，用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC的功能。PAC的概念就是PAC（ProgrammableAutomationController），或基于PC機(jī)框架的控制器?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理183.1可編程控制器的概述PLC在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中的位置在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（FieldbusControlSystem）中，增加了相關(guān)通信協(xié)議接口的PLC，即可以作為主站成為FCS的主控制器，也可以作為智能化的從站實(shí)現(xiàn)分散式的控制，一些軟PLC配合通信板卡也可以作為FCS的主站?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理193.2可編程控制器的硬件構(gòu)成PLC在組成上與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本相同，由中央處理器CPU、存儲(chǔ)器（ROM/RAM）、輸入/輸出（I/O）接口、電源、各種接口、其他部件組成?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理20整體式PLC組成示意圖模塊式PLC組成示意圖3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理211.中央處理器CPU是PLC的核心，其功能是指揮PLC有條不紊地進(jìn)行工作，其主要任務(wù)如下。接收、存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)，并通過(guò)顯示器顯示出程序的內(nèi)容和存儲(chǔ)地址。檢查、校驗(yàn)用戶程序。對(duì)輸入的用戶程序進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤立即報(bào)警，并停止輸入；在程序運(yùn)行過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則立即報(bào)警或停止程序的執(zhí)行。接收、調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)信息。將接收到現(xiàn)場(chǎng)輸入的數(shù)據(jù)保存起來(lái)，在需要數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)⑵湔{(diào)出、并送到需要該數(shù)據(jù)的地方。執(zhí)行用戶程序。PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，CPU從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令，解釋并按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞、邏輯或算數(shù)運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像存儲(chǔ)器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出。故障診斷。診斷電源、PLC內(nèi)部電路的故障，根據(jù)故障或錯(cuò)誤的類型，進(jìn)行報(bào)警顯示。不同的PLC的CPU芯片是不同的，有的采用通用CPU芯片如8031、8051、8086、80826等，也有的采用廠家自行設(shè)計(jì)的專用CPU芯片，如西門子公司的S7-200系列的PLC均采用自行研制的專用芯片，CPU芯片的性能關(guān)系到PLC處理控制信號(hào)的能力和速度。3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理222.存儲(chǔ)器PLC存儲(chǔ)器可分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器、工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3種。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器它用來(lái)存放由PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不能直接系統(tǒng)程序的質(zhì)量好壞，很大程度上決定了PLC的基本性能，其內(nèi)容主要包括三個(gè)部分。3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理23其一是系統(tǒng)管理程序，它主要控制PLC的運(yùn)行，使整個(gè)PLC按部就班地工作；其二是為用戶指令解釋程序，通過(guò)用戶指令解釋程序，將PLC的編程語(yǔ)言變?yōu)闄C(jī)器語(yǔ)言指令,再由CPU執(zhí)行這些指令；其三為標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序，它包含許多不同功能的子程序及其調(diào)用管理程序，如完成輸入、輸出及特殊運(yùn)算等子程序，PLC的具體工作都是由這部分程序來(lái)完成的，這部分程序的多少?zèng)Q定了PLC性能的強(qiáng)弱。3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理24用戶程序存儲(chǔ)器根據(jù)控制要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序。用戶程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放用戶針對(duì)具體控制任務(wù)，用規(guī)定的PLC語(yǔ)言編程語(yǔ)言的各種用戶程序。用戶程序存儲(chǔ)器根據(jù)所選用的存儲(chǔ)器單元類型的不同，可以是RAM（有鋰電池進(jìn)行掉電保護(hù)）、EPROM或EEPROM存儲(chǔ)器，其內(nèi)容可以有用戶任意修改或增刪。目前較先進(jìn)的PLC采用可隨時(shí)讀寫的快閃存儲(chǔ)器作為用戶程序存儲(chǔ)器?？扉W存儲(chǔ)器不需后備電池，掉電時(shí)數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)，即用戶程序中使用的ON/OFF狀態(tài)、數(shù)值數(shù)據(jù)等。在工作數(shù)據(jù)區(qū)中開(kāi)辟有元件映像寄存器和數(shù)據(jù)表。其中元件映像寄存器用來(lái)存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)量輸入/輸出狀態(tài)以及定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部部件的ON/OFF狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來(lái)存放各種數(shù)據(jù)，它存儲(chǔ)用戶程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值及A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。在PLC斷電時(shí)能保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器區(qū)稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。如表格所示為PLC基本的內(nèi)部裝置，它們被分配在工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理253.2可編程控制器的硬件構(gòu)成3.輸入/輸出接口輸入/輸出接口是PLC與外界連接的接口，輸入/輸出點(diǎn)的作用是將輸入/輸出設(shè)備與PLC進(jìn)行連接，使PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備構(gòu)成控制系統(tǒng)，以便從現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)輸入設(shè)備（元件）得到信息（輸入），或?qū)⒔?jīng)過(guò)處理后的控制命令通過(guò)輸出設(shè)備（元件）送到現(xiàn)場(chǎng)（輸出），從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目的?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理263.2可編程控制器的硬件構(gòu)成輸入接口用來(lái)接收和采集兩種類型的輸入信號(hào)，一類是由按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、數(shù)字撥碼開(kāi)關(guān)等的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)；另一類是由電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器等來(lái)的模擬量輸入信號(hào)。開(kāi)關(guān)量輸入回路開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)接線方式有兩種：漏型接法（SINK）和源型接線法（SOURCE）輸入點(diǎn)漏型接線法可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理27輸入點(diǎn)漏型接線法輸入點(diǎn)源型接線法3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成模擬量輸入回路如圖所示，分別給出了輸入電壓、輸入電流、電源模塊端子、屏蔽電纜和接地等各種模塊?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理283.2可編程控制器的硬件構(gòu)成輸出接口輸出接口用來(lái)連接被控對(duì)象中各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）等。開(kāi)關(guān)量輸出開(kāi)關(guān)量輸出有三種方式：繼電器輸出回路，晶體管NPN輸出回路，晶體管PNP輸出回路?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理293.2可編程控制器的硬件構(gòu)成可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理30繼電器輸出回路接線法3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理31晶體管NPN回路接線法晶體管PNP回路接線法3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成模擬量輸出模擬量輸出分為兩種：電壓輸出和電流輸出?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理323.2可編程控制器的硬件構(gòu)成4.電源小型整體式PLC內(nèi)部有一個(gè)開(kāi)關(guān)電源。電源一方面可以為CPU板（或MPU模塊）、I/O板（或I/O模塊）及擴(kuò)展單元提高工作電源5VDC（或24VDC），另一方面可為外部輸入元件提高24VDC工作電源，電源模塊與其他模塊的連接如圖所示?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理333.2可編程控制器的硬件構(gòu)成5.各種接口各種接口包括擴(kuò)展接口、通信接口、智能I/O接口等。如下圖所示為DVP-SX2系列的CPU模塊外形示意圖，上面有RS232通信接口、USB接口、側(cè)面有模塊連接接口、下側(cè)右一個(gè)RS485接口等，RS232、RS485與USB都可以用來(lái)編程、連接人機(jī)界面，RS232、RS485可以用來(lái)聯(lián)網(wǎng)等?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理343.2可編程控制器的硬件構(gòu)成可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理35DVP-SX2CPU模塊外形示意圖RS485的連接3.3可編程控制器的編程語(yǔ)言關(guān)于PLC的編程語(yǔ)言目前各廠家都有自己不同的編程語(yǔ)言，互不兼容，有識(shí)之士已經(jīng)著手統(tǒng)一，IEC提出IEC61131標(biāo)準(zhǔn)，希望能夠統(tǒng)一編程語(yǔ)言。PLC編程語(yǔ)言目前共有5種，其中3種為圖形語(yǔ)言，它們是梯形圖(LadderDiagram，LD)、功能塊圖(FunctionBlockDiagram，F(xiàn)BD)、順序功能圖(SequentialFunctionChart，SFC)；2種文本語(yǔ)言，它們是指令列表(InstructionList，IL)、結(jié)構(gòu)化文件(StructureText，ST)?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理363.3可編程控制器的編程語(yǔ)言1.梯形圖語(yǔ)言梯形圖是最早的一種PLC的編程語(yǔ)言，也是現(xiàn)在最常用的編程語(yǔ)言。它是從繼電器控制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的，它繼承了電器控制系統(tǒng)中的基本工作原理和電氣邏輯關(guān)系的表示方法，梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號(hào)和表達(dá)方式上有一定區(qū)別，所以在邏輯順序控制中得到了廣泛應(yīng)用，其特點(diǎn)是直觀、清晰。如圖所示是實(shí)現(xiàn)二個(gè)電動(dòng)機(jī)互鎖啟停控制的梯形圖?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理373.3可編程控制器的編程語(yǔ)言可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理382.指令表語(yǔ)言指令列表語(yǔ)言是類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，它以指令的形式，按順序編制PLC控制程序并逐條列出指令。下面是對(duì)應(yīng)上圖梯形圖的指令表語(yǔ)言。LDX1ORY1ANIX3ANIY3OUTY1LDX2OR

Y2ANIX4ANIY1OUTY2END3.3可編程控制器的編程語(yǔ)言3.順序功能圖SFC順序功能圖，亦稱功能圖，使用它可對(duì)具有并發(fā)、選擇等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進(jìn)行編程，特別適合在復(fù)雜的順序控制系統(tǒng)中使用。在SFC中，最重要的三個(gè)元素是狀態(tài)（步）、與狀態(tài)相關(guān)的動(dòng)作、轉(zhuǎn)移?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理39左圖為交通燈控制的SFC3.3可編程控制器的編程語(yǔ)言4.功能塊語(yǔ)言FBD它使用像電子電路中的各種門電路，加上輸入、輸出，通過(guò)一定的邏輯連接方式來(lái)完成控制邏輯，它可以把函數(shù)（FUN）和功能塊（FB）連接到電路中，完成各種復(fù)雜的功能和計(jì)算。使用FBD，用戶可以編寫出自己的FUN或FB?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理40功能塊語(yǔ)言FBD3.3可編程控制器的編程語(yǔ)言

5.高級(jí)語(yǔ)言隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，為了增強(qiáng)PLC的運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理及通信等功能，以上編程語(yǔ)言不能滿足要求。近年來(lái)推出的PLC，尤其是大型PLC，都可用高級(jí)語(yǔ)言，如BASCIC語(yǔ)言、C語(yǔ)言、PASCAL語(yǔ)言等進(jìn)行編程。采用高級(jí)語(yǔ)言后，用戶可以像使用普通計(jì)算機(jī)一樣對(duì)PLC進(jìn)行編程?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理413.4可編程控制器的工作原理

1.可編程控制器的工作方式眾所周知，繼電器接觸器控制系統(tǒng)是一種“硬件邏輯系統(tǒng)”，采用并行工作方式。PLC是一種工業(yè)計(jì)算機(jī)，其工作原理是建立在計(jì)算機(jī)工作原理基礎(chǔ)上的，而CPU以分時(shí)操作方式處理各項(xiàng)任務(wù)，計(jì)算機(jī)在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序依次完成相應(yīng)各電器的動(dòng)作，便成為時(shí)間上的串行（即串行工作方式）。由于CPU運(yùn)算速度極高，各繼電器（軟元件）的動(dòng)作似乎是同時(shí)完成的，但實(shí)際輸入/輸出的相應(yīng)是有滯后的?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理423.4可編程控制器的工作原理

PLC的工作方式是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式，每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令開(kāi)始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直至到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開(kāi)始新的一輪掃描。ＰＬＣ就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。執(zhí)行用戶程序時(shí)，需要各種現(xiàn)場(chǎng)信息。PLC采集現(xiàn)場(chǎng)信息即采樣輸入信號(hào)有兩種方式?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理433.4可編程控制器的工作原理集中采用輸入方式。一般在掃描周期的開(kāi)始或結(jié)束將所有輸入信號(hào)（輸入元件的通/斷狀態(tài)）采集并存放到輸入映像寄存器中，執(zhí)行用戶程序所需輸入狀態(tài)均存在輸入映像寄存器中取用，而不直接到輸入端或輸入模塊去取用。立即輸入方式。隨著程序的執(zhí)行需要哪一個(gè)輸入信號(hào)就直接從輸入端或輸入模塊取用這個(gè)狀態(tài)，如“立即輸入指令”就是這樣，此時(shí)輸入映像寄存器的內(nèi)容不變，到下一次集中采樣輸入時(shí)才變化?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理443.4可編程控制器的工作原理同樣，PLC對(duì)外部的輸出控制也有集中輸出和立即輸出兩種方式。集中輸出方式。在執(zhí)行用戶程序時(shí)不是得到一個(gè)輸出結(jié)果就向外輸出一個(gè)，而是把執(zhí)行用戶程序所得的所有輸出結(jié)果，先后全部存放在輸出映像寄存器中，執(zhí)行完用戶程序后所有輸出結(jié)果一次性向輸出端口或輸出模塊輸出，使輸出設(shè)備部件動(dòng)作。立即輸出方式。在執(zhí)行用戶程序時(shí)將該輸出結(jié)果立即向輸出端口或輸出模塊輸出，如“立即輸出指令”就是這樣，此時(shí)輸出映像寄存器的內(nèi)容也更新?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理453.4可編程控制器的工作原理PLC對(duì)輸入輸出信號(hào)的傳送還有其他方式。如有的PLC采用輸入/輸出刷新指令，在需要的地方設(shè)置這類指令，可對(duì)此電源ON的全部或部分輸入信號(hào)讀入上電一次，以刷新輸入映像寄存器內(nèi)容，或?qū)⒋藭r(shí)的輸出結(jié)果立即向輸出端口或輸出模塊輸出。有的PLC上有輸入、輸出的禁止功能，實(shí)際上是關(guān)閉了輸入、輸出傳送服務(wù)，這意味著此時(shí)的輸入信號(hào)不讀入、輸出信號(hào)也不輸出?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理463.4可編程控制器的工作原理2.可編程控制器的工作過(guò)程在PLC的掃描工作過(guò)程中，除了對(duì)上電和掉電處理、通訊服務(wù)（與外設(shè)、CPU、總線）、更新時(shí)鐘和特殊寄存器、自診斷及出錯(cuò)處理、中斷處理等外，主要的循環(huán)掃描過(guò)程就是輸入信號(hào)再生、程序執(zhí)行、輸出信號(hào)再生三個(gè)過(guò)程，如圖所示為PLC的三個(gè)掃描過(guò)程?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理473.4可編程控制器的工作原理輸入信號(hào)再生PLC在執(zhí)行用戶程序前會(huì)將外部輸入信號(hào)的On/OF狀態(tài)一次讀入至輸入映像區(qū)內(nèi)。程序執(zhí)行PLC讀取輸入映像區(qū)內(nèi)各輸入信號(hào)的On/Off狀態(tài)后開(kāi)始從地址0處按照從上至下，從左至右的順序執(zhí)行程序中的每一指令，其輸出結(jié)果即各輸出線圈的On/Off狀態(tài)也逐次存入各裝置的映像區(qū)內(nèi)。在程序執(zhí)行過(guò)程中若輸入信號(hào)發(fā)生On/Off變化，但輸入映像區(qū)內(nèi)的狀態(tài)不會(huì)改變，直到下一次掃描開(kāi)始時(shí)再讀入輸入信號(hào)的On/Off狀態(tài)?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理483.4可編程控制器的工作原理輸出信號(hào)再生當(dāng)程序執(zhí)行到END指令時(shí)表示程序執(zhí)行完畢。程序執(zhí)行完畢后會(huì)將裝置映像區(qū)內(nèi)Y的On/Off狀態(tài)送到輸出映像區(qū)鎖存，而此映像區(qū)就是實(shí)際上輸出繼電器的線圈?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理493.4可編程控制器的工作原理3.可編程控制器的中斷處理?yè)?jù)上所述，外部信號(hào)的輸入總是通過(guò)PLC掃描由“輸入傳送”來(lái)完成，這就不可避免地帶來(lái)了“邏輯滯后”。PLC關(guān)于中斷的概念及處理