PLC的基本概念

可編程控制器(Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員,，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的,。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC,，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制,。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍,，因此,，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC,。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡稱混淆,，所以將可編程控制器簡稱PLC

2、PLC的基本結(jié)構(gòu)

PLC實(shí)質(zhì)是一種于工業(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,，如圖所示：

a. 處理單元(CPU)

處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù),；檢查電源,、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài),，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤,。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù),，并分別存入I/O映象區(qū),，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi),。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后,，將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行,，直到停止運(yùn)行,。

為了進(jìn)一步提高PLC的可*性，近年來對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng),，或采用三CPU的表決式系統(tǒng),。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行,。

b,、存儲(chǔ)器

存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。

存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器,。

C,、電源

PLC的

一. 掃描技術(shù)

當(dāng)PLC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,。

在輸入采樣階段,，PLC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)得單元內(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(huì)改變。因此,，如果輸入是脈沖信號(hào),，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能在任何情況下,，該輸入均能被讀入,。

(二) 用戶程序執(zhí)行階段

在用戶程序執(zhí)行階段，PLC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(chǔ)區(qū)中對(duì)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(duì)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。

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(huì)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(chǔ)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(huì)對(duì)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(duì)排在其上面的程序起作用。

(三) 輸出刷新階段

當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后,，PLC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(duì)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PLC的真正輸出,。

比較下二個(gè)程序的異同：

程序1：

程序2：

這兩段程序執(zhí)行的結(jié)果*一樣,，但在PLC中執(zhí)行的過程卻不一樣。

※ 程序1只用一次掃描周期,，就可完成對(duì)%M4的刷新,；

※ 程序2要用四次掃描周期，才能完成對(duì)%M4的刷新,。

這兩個(gè)例子說明：同樣的若干條梯形圖,，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同,。另外,，也可以看到：采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然,，如果掃描周期所占用的時(shí)間對(duì)整個(gè)運(yùn)行來說可以忽

一般來說,，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等,，如下圖所示,，即一個(gè)掃描周期等于自診斷、通訊,、輸入采樣,、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和,。

二. PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間

為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力,，提高其可*性，PLC的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù),。

為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制,，PLC采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式(掃描技術(shù))。

以上兩個(gè)主要原因,，使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多,，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長。

所謂I/O響應(yīng)時(shí)間指從PLC的某端信號(hào)的改變所需的時(shí)間,。

掃描周期

短I/O響應(yīng)時(shí)間：

長I/O響應(yīng)時(shí)間

SIEMENS PLC在中國的產(chǎn)品,，根據(jù)規(guī)模和性能的大小，主要有 S7-200 S7-300 和S7-400三種,，下面就簡單介紹一下該三種產(chǎn)品的一些特性,。

S7-200

針對(duì)低性能要求的摸塊化小控制系統(tǒng)，它多可有7個(gè)模塊的擴(kuò)展能力,，在模塊中集成背板總線,，它的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接有RS-485通訊接口和Profibus兩種，可通過編程器PG訪問所有模塊,，帶有電源,、CPU和I/O的一體化單元設(shè)備。

其中的擴(kuò)展模塊（EM）有以下幾種：數(shù)字量輸入模塊（DI）——24VDC 和 120/230VAC,；數(shù)字量輸出（DO）——24VDC 和 繼電器,；模擬量輸入模塊（AI）——電壓、電流,、電阻和熱電偶,；模擬量輸出模塊——電壓和電流。  還有一個(gè)比較特殊的模塊-通訊處理器（CP）——該塊的功能是可以把S7-200作為主站連接到AS-接口（傳感器和執(zhí)行器接口）,，通過AS-接口的從站可以控制多達(dá)248個(gè)設(shè)備,，這樣就可以顯著的擴(kuò)展S7-