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樓主  發(fā)表于: 2013-02-25 14:02
2- PLC的工作原理
最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置,但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的:
(1)繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式,即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電,該繼電器所有的觸點(diǎn)(包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn))在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。
(2)PLC是采用“順序掃描,不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在PLC運(yùn)行時(shí),CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序,按指令步序號(hào)(或地址號(hào))作周期性循環(huán)掃描,從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶程序,直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令,開(kāi)始下一輪新的掃描。在每次掃描過(guò)程中,還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開(kāi),該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn))不會(huì)立即動(dòng)作,必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。
為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異,考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在100ms以上,而PLC掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于100ms,因此,PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式---掃描技術(shù)。這樣在對(duì)于I/O響應(yīng)要求不高的場(chǎng)合,PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒(méi)有什么區(qū)別了。
1、掃描技術(shù)
當(dāng)PLC投入運(yùn)行后,其工作過(guò)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,PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段,如圖1-3。


(1)輸入采樣階段
CPU將全部現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào),如按鈕、限位開(kāi)關(guān)、速度繼電器的通斷狀態(tài)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),這一過(guò)程稱為輸入采樣。輸入采樣結(jié)束后進(jìn)入程序執(zhí)行階段后,期間即使輸入信號(hào)發(fā)生變化,輸入映像寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)不再隨之變化,直至一個(gè)掃描循環(huán)結(jié)束,下一次輸入采樣時(shí)才會(huì)更新。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,才能保證在任何情況下,該輸入均能被讀入。
(2)用戶程序執(zhí)行階段
在用戶程序執(zhí)行階段,若不出現(xiàn)中斷或跳轉(zhuǎn)指令,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(guò)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。
在程序執(zhí)行的過(guò)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(guò)程影像寄存器的值不會(huì)被更新,程序直接從I/O模塊取值,輸出過(guò)程影像寄存器會(huì)被立即更新,這跟立即輸入有些區(qū)別。
(3)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。
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1樓  發(fā)表于: 2013-02-25 14:03




(1)上電初始化
  PLC上電后,首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化,包括硬件初始化,I/O模塊配置檢查、停電保持范圍設(shè)定及清除內(nèi)部繼電器、復(fù)位定時(shí)器等。
  (2)CPU自診斷
  在每個(gè)掃描周期須進(jìn)行自診斷,通過(guò)自診斷對(duì)電源、PLC內(nèi)部電路、用戶程序的語(yǔ)法等進(jìn)行檢查,一旦發(fā)現(xiàn)異常,CPU使異常繼電器接通,PLC面板上的異常指示燈LED亮,內(nèi)部特殊寄存器中存入出錯(cuò)代碼并給出故障顯示標(biāo)志。如果不是致命錯(cuò)誤則進(jìn)入PLC的停止(STOP)狀態(tài);如果是現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí),則CPU被強(qiáng)制停止,等待錯(cuò)誤排除后才轉(zhuǎn)入STOP狀態(tài)。
  (3)與外部設(shè)備通信
  與外部設(shè)備通信階段,PLC與其他智能裝置、編程器、終端設(shè)備、彩色圖形顯示器、其他PLC等進(jìn)行信息交換,然后進(jìn)行PLC工作狀態(tài)的判斷。
  PLC有STOP和RUN兩種工作狀態(tài),如果PLC處于STOP狀態(tài),則不執(zhí)行用戶程序,將通過(guò)與編程器等設(shè)備交換信息,完成用戶程序的編輯、修改及調(diào)試任務(wù);如果PLC處于RUN狀態(tài),則將進(jìn)入掃描過(guò)程,執(zhí)行用戶程序。
2、PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間
為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力,提高其可靠性,PLC的每個(gè)開(kāi)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)慢的多,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(zhǎng)。

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2樓  發(fā)表于: 2013-02-25 14:04
3、PLC控制與傳統(tǒng)電氣控制的差異詳解
(1)PLC中繼電器元件物理結(jié)構(gòu)不同于電氣元件
  PLC梯形圖中的線圈、觸頭只是功能上與電氣元件的線圈、觸頭等效。梯形圖中的線圈、觸頭在物理意義上只是輸入、輸出存儲(chǔ)器中的一個(gè)存儲(chǔ)位,與電氣元件的物理結(jié)構(gòu)不同。
  (2)PLC中繼電器元件的通斷狀態(tài)不同于電氣元件
  梯形圖中繼電器元件的通斷狀態(tài)與相應(yīng)存儲(chǔ)位上的保存的數(shù)據(jù)相關(guān),如果該存儲(chǔ)位的數(shù)據(jù)為“1”,則該元件處于“通”狀態(tài),如果該位數(shù)據(jù)為“0”,則表示處于“斷”狀態(tài)。與電氣元件實(shí)際的通斷狀態(tài)不同。
  (3)PLC中繼電器元件狀態(tài)切換過(guò)程不同于電氣元件
  梯形圖中繼電器元件的狀態(tài)切換只是PLC對(duì)存儲(chǔ)位的狀態(tài)數(shù)據(jù)的操作,如果PLC對(duì)常開(kāi)觸頭等效的存儲(chǔ)位數(shù)據(jù)賦值為“1”,就完成動(dòng)合操作過(guò)程,同樣如對(duì)常閉觸頭等效的存儲(chǔ)位數(shù)據(jù)賦值為“0”,就可完成動(dòng)斷操作過(guò)程,切換操作過(guò)程沒(méi)有時(shí)間延時(shí)。而電氣元件線圈、觸頭進(jìn)行動(dòng)合或動(dòng)斷切換時(shí),必定有時(shí)間延時(shí),且一般要經(jīng)過(guò)先斷開(kāi)后閉合的操作過(guò)程。
  (4)PLC中繼電器所屬觸頭數(shù)量與電氣元件不同
  如果PLC從輸入繼電器I0.0相應(yīng)的存儲(chǔ)位中取出了位數(shù)據(jù)“0”,將之存入另一個(gè)存儲(chǔ)器中的一個(gè)存儲(chǔ)位,被存入的存儲(chǔ)位就成了受I0.0繼電器控制的一個(gè)常開(kāi)觸頭,被存入的數(shù)據(jù)為“0”;如在取出位數(shù)據(jù)“0”之后先進(jìn)行取反操作,再存入一個(gè)存儲(chǔ)器的一個(gè)存儲(chǔ)位,則該位存入的數(shù)據(jù)為“1”,該存儲(chǔ)位就成了受繼電器I0.0控制的一個(gè)常閉觸頭。
  只要PLC內(nèi)部存儲(chǔ)器足夠多,這種位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移操作就可無(wú)限次進(jìn)行,而每進(jìn)行一次操作,就可產(chǎn)生一個(gè)梯形圖中的繼電器觸頭,由此可見(jiàn),梯形圖中繼電器觸頭原則上可以無(wú)限次反復(fù)使用。
    但是PLC內(nèi)部的線圈通常只能引用一次,如需重復(fù)使用同一地址編號(hào)的線圈應(yīng)慎之又慎。與PLC不同的是電氣元件中觸頭數(shù)量是有限的。
   5)PLC中繼電器動(dòng)作過(guò)程與電氣元件不同
  PLC程序的工作原理可簡(jiǎn)述為由上至下、由左至右、循環(huán)往復(fù)、順序執(zhí)行。與繼電器控制線路的并行控制方式存在差別,見(jiàn)圖1-4。
  圖1-4a)控制圖中,如果為傳統(tǒng)電氣控制線路,由于是并行控制方式,首先是線圈KM1與線圈KM2均通電,然后因?yàn)槌i]觸頭KM2的斷開(kāi),導(dǎo)致線圈KM1斷電。
  如果為PLC控制,當(dāng)I0.0接通后,線圈Q0.0和Q0.1都通電,完成第一次掃描;進(jìn)入第二次掃描后,線圈Q0.0因常閉觸點(diǎn)Q0.1斷開(kāi)而斷電,而Q0.1通電。
  圖4-12b)控制圖中,如果為傳統(tǒng)電氣控制線路,線圈KM1與KM2首先均通電,然后KM1斷電。
  如果為PLC控制,則當(dāng)頭I0.0接通,首先線圈Q0.1通電,掃描到第二行的Q0.1常閉觸頭時(shí)該觸頭處于斷開(kāi)狀態(tài),導(dǎo)致線圈Q0.0始終不能通電。