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可編程控制器的工作原理
繼電器控制系統(tǒng)是一種“硬件邏輯系統(tǒng)",,控制系統(tǒng)采用的是并行工作方式,。
可編程控制器是一種計算機(jī)控制系統(tǒng),,它的工作原理是建立在計算析工作原理基礎(chǔ)之上的,即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)的,,由于CPU是以執(zhí)行程序來處理各項任務(wù)的,,所以在每一瞬間只能做一件事,屬于串行工作方式,,通過程序的執(zhí)行按程序販序依次完成各相應(yīng)的動作,。
PLC的工作方式如下,。
為了滿足工業(yè)邏輯控制的要求,同時結(jié)合計算機(jī)控制的特點,,PLC的工作方式釆用不斷 循環(huán)的順序掃描工作方式,。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。CPU從*條指令執(zhí)行開始,,按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束,,然后返回*條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的,。PLC工作的全過程可用圖3-17所示的運行框圖來表示,。整個過程可分為以下幾個部分。
*部分是上電處理,。PLC上電后對系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化,,包括硬件初始化和軟件初始化,停電保持范圍設(shè)定及其他初始化處理等,。
第二部分是自診斷處理,。PLC每掃描一次,執(zhí)行一次自診斷檢查,,確定PLC自身的動作是否正常,。如CPU、電池電壓,、程序存儲器,、I/O和通信等是否異常或出錯,,如檢查出異常時,,CPU面板上的LED及異常繼電器會接通,在特殊寄存器中會存入出錯代碼,。當(dāng)出現(xiàn)致命錯誤時,,CPU被強(qiáng)制為STOP方式,所有的掃描便停止,。
第三部分是通信服務(wù),。PLC自診斷處理完成以后進(jìn)入通信服務(wù)過程。首先檢查有無通信任務(wù),,如有則調(diào)用相應(yīng)進(jìn)程,,完成與其他設(shè)備的通信處理,,并對通信數(shù)據(jù)作相應(yīng)處理,;然后進(jìn)行時鐘、特殊寄存器更新處理等工作,。
第四部分是程序掃描過程,。PLC在上電處理,、自診斷和通信服務(wù)完成以后,如果工作選擇開關(guān)在RUN位置,,則進(jìn)入程序掃描工作階段,。先完成輸入處理,即把輸入端子的狀態(tài)讀入輸入映像寄存器中,,然后執(zhí)行用戶程序,,zui后把輸出處理結(jié)果刷新到輸出鎖存器中。
在上述幾個部分中,,通信服務(wù)和程序掃描過程是PLC工作的主要部分,,其工作周期稱為掃描周期,可以看出掃描周期直接影響控制信號的實時性和正確性,。為了確??刂颇苷_實時地進(jìn)行,在每個掃描周期中,,通信任務(wù)的作業(yè)時間必須被控制在一定范圍內(nèi),。PLC運行正常時,程序掃描周期的長短與CPU的運算速度,、I/O點的情況,、用戶應(yīng)用程序的長短及編程情況等有關(guān)。通常用PLC執(zhí)行1KB指令所需時間來說明其掃描速度,,一般為零點幾毫秒到上百毫秒,。值得注意的是,不同指令其執(zhí)行時間是不同的,,從零點幾微秒到上百微秒不等,,故選用不同指令所用的掃描時間將會不同。而對于一些需要高速處理的信號,,則需要特殊的軟,、 硬件措施來處理。
當(dāng)PLC處于正常運行時,,它將不斷重復(fù)掃描過程,。分析上述掃描過程,如果對遠(yuǎn)程1/0,、 特殊模塊和其他通信服務(wù)暫不考慮,,這樣掃描過程就如圖3-18所示只剩下“輸入采樣"、“程序執(zhí)行"和“輸出刷新" 3個階段了,。這3個階段是PLC工作過程的中心內(nèi)容,,理解透PLC工作過程的這3個階段是學(xué)習(xí)好PLC的基礎(chǔ)。下面就對這3個階段進(jìn)行詳細(xì)的分析。
(1)輸入采樣階段
PLC在輸入采樣階段,,首先掃描所有輸入端點,,并將各輸入狀態(tài)存入相對應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時,,輸入映像寄存器被刷新,。接著,進(jìn)入程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段,,在此階段輸入映像寄存器與外界隔離,,無論輸入情況如何變化,其內(nèi)容保持不變,,直到下一個掃描周期的輸入釆樣階段,,才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。所以一般來說,,輸入信號的寬度要大于一個掃描周期,,否則很可能造成信號的丟失。
由此可見,,輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)*取決于輸入端子上各輸入點在上一刷新期間的接通和斷開狀態(tài),。
(2) 程序執(zhí)行階段
根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則,一般來說,,PLC按從左到右,、從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。當(dāng)指令中涉及輸入,、輸出狀態(tài)時,,PLC就從輸入映像寄存器中“讀入"采集到的對應(yīng)輸入端子狀態(tài),從元件映像寄存器“讀入"對應(yīng)元件(“軟繼電器")的當(dāng)前狀態(tài),。然后,, 進(jìn)行相應(yīng)的運算,運算結(jié)果再存入元件映像寄存器中,。對元件映像寄存器來說,,每一個元件 (“軟繼電器")的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而變化。
(3) 輸出刷新階段
在所有指令執(zhí)行完畢后,,元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)(接通/斷開)在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中,,通過輸出端子和外部電源,驅(qū)動外部負(fù)載,。
由此可見,,輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸出指令的執(zhí)行結(jié)果,輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定,,而輸出端子的接通和斷開狀態(tài),,*由輸出鎖存器決定,。