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    美國AB羅克韋爾可編程邏輯控制器是種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字

它采用一種可編程的存儲器,，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算,、順序控制、定時(shí),、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。

AB可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,，PLC),，一種具有微處理器的用于自動(dòng)化控制的數(shù)字運(yùn)算控制器，可以將控制指令隨時(shí)載入內(nèi)存進(jìn)行儲存與執(zhí)行,?？删幊炭刂破饔?/span>CPU、指令及數(shù)據(jù)內(nèi)存,、輸入/輸出接口,、電源、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換等功能單元組成,。早期的AB可編程邏輯控制器只有邏輯控制的功能,，所以被命名為AB可編程邏輯控制器，后來隨著不斷地發(fā)展,，這些當(dāng)初功能簡單的計(jì)算機(jī)模塊已經(jīng)有了包括邏輯控制、時(shí)序控制,、模擬控制,、多機(jī)通信等各類功能，名稱也改為可編程控制器(Programmable Controller),，但是由于它的簡寫PC與個(gè)人電腦(Personal Computer)的簡寫相沖突,，加上習(xí)慣的原因，人們還是經(jīng)常使用AB可編程邏輯控制器這一稱呼,，并仍使用PLC這一縮寫,。 [2]

工業(yè)上使用的AB可編程邏輯控制器已經(jīng)相當(dāng)或接近于一臺緊湊型電腦的主機(jī)，其在擴(kuò)展性和可靠性方面的優(yōu)勢使其被廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)控制領(lǐng)域,。不管是在計(jì)算機(jī)直接控制系統(tǒng)還是集中分散式控制系統(tǒng)DCS,，或者現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS中，總是有各類PLC控制器的大量使用,。PLC的生產(chǎn)廠商很多,，如西門子、施耐德、三菱,、臺達(dá)等,，幾乎涉及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的廠商都會有其PLC產(chǎn)品提供。

AB可編程邏輯控制器實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī),，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同,，基本組成如圖1所示，基本構(gòu)成詳細(xì)描述如下

電源

電源用于將交流電轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部所需的直流電,，大部分PLC采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電,。 [6]

中央處理單元

中央處理器(CPU)是PLC的控制中樞，也是PLC的核心部件,，其性能決定了PLC的性能,。 [6]

中央處理器由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成,，這些電路都集中在一塊芯片上,，通過地址總線、控制總線與存儲器的輸入/輸出接口電路相連,。中央處理器的作用是處理和運(yùn)行用戶程序,，進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算，控制整個(gè)系統(tǒng)使之協(xié)調(diào),。 [6]

存儲器

存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路,，它的作用是存放系統(tǒng)程序、用戶程序,、邏輯變量和其他一些信息,。其中系統(tǒng)程序是控制PLC實(shí)現(xiàn)各種功能的程序，由PLC生產(chǎn)廠家編寫,，并固化到只讀存儲器(ROM)中,，用戶不能訪問。 [6]

輸入單元

輸入單元是PLC與被控設(shè)備相連的輸入接口,，是信號進(jìn)入PLC的橋梁,，它的作用是接收主令元件、檢測元件傳來的信號,。輸入的類型有直流輸入,、交流輸入、交直流輸入,。 [6]

輸出單元

輸出單元也是PLC與被控設(shè)備之間的連接部件,，它的作用是把PLC的輸出信號傳送給被控設(shè)備，即將中央處理器送出的弱電信號轉(zhuǎn)換成電平信號,，驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備的執(zhí)行元件,。輸出的類型有繼電器輸出,、晶體管輸出、晶閘門輸出,。 [6]

PLC除上述幾部分外,，根據(jù)機(jī)型的不同還有多種外部設(shè)備，其作用是幫助編程,、實(shí)現(xiàn)監(jiān)控以及網(wǎng)絡(luò)通信,。常用的外部設(shè)備有編程器、打印機(jī),、盒式磁帶錄音機(jī),、計(jì)算機(jī)等。

當(dāng)AB可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后,，其工作過程一般分為三個(gè)階段,，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段,。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期,。在整個(gè)運(yùn)行期間，AB可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段,。 [5]

輸入采樣

在輸入采樣階段,，AB可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi),。輸入采樣結(jié)束后,，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中,，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化,，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此,，如果輸入是脈沖信號,，則該脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下,，該輸入均能被讀入。

用戶程序執(zhí)行

在用戶程序執(zhí)行階段,，AB可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖),。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路,，并按先左后右,、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果,，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài),；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài),；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 [5]

即,，在用戶程序執(zhí)行過程中,，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化,，而且排在上面的梯形圖,，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反,，排在下面的梯形圖,，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 [5]

在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn),。即使用I/O指令的話,，輸入過程映像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值,，輸出過程映像寄存器會被立即更新,，這跟立即輸入有些區(qū)別。 [5]

輸出刷新

當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后,，AB可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段,。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路,，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè),。這時(shí)，才是AB可編程邏輯控制器的真正輸出,。 [5]

小結(jié)

根據(jù)上述過程的描述,，可以對PLC工作過程的特點(diǎn)小結(jié)如下： [7]

①PLC采用集中采樣、集中輸出的工作方式,，這種方式減少了外界干擾的影響,。 [5]

②PLC的工作過程是循環(huán)掃描的過程，循環(huán)掃描時(shí)間的長短取決于指令執(zhí)行速度,、用戶程序的長度等因素,。 [5]

③輸出對輸入的影響有滯后現(xiàn)象。PLC采用集中采樣,、集中輸出的工作方式,，當(dāng)采樣階段結(jié)束后，輸入狀態(tài)的變化將要等到下一個(gè)采樣周期才能被接收,，因此這個(gè)滯后時(shí)間的長短又主要取決于循環(huán)周期的長短,。此外，影響滯后時(shí)間的因素還有輸入濾波時(shí)間,、輸出電路的滯后時(shí)間等,。 [5]

④輸出映像寄存器的內(nèi)容取決于用戶程序掃描執(zhí)行的結(jié)果,。 [5]

⑤輸出鎖存器的內(nèi)容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。 [5]

⑥PLC當(dāng)前實(shí)際的輸出狀態(tài)由輸出鎖存器的內(nèi)容決定,。