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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它的工作原理是建立在計(jì)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(shí)現(xiàn)的，由于CPU是以執(zhí)行程序來處理各項(xiàng)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(dòng)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(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)控制的特點(diǎn)，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(shí)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(yùn)行框圖來表示。整個(gè)過程可分為以下幾個(gè)部分。

*部分是上電處理。PLC上電后對(duì)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(dòng)作是否正常。如CPU、電池電壓、程序存儲(chǔ)器、I/O和通信等是否異常或出錯(cuò)，如檢查出異常時(shí)，CPU面板上的LED及異常繼電器會(huì)接通，在特殊寄存器中會(huì)存入出錯(cuò)代碼。當(dāng)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)，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(duì)通信數(shù)據(jù)作相應(yīng)處理；然后進(jìn)行時(shí)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(gè)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(hào)的實(shí)時(shí)性和正確性。為了確保控制能正確實(shí)時(shí)地進(jìn)行，在每個(gè)掃描周期中，通信任務(wù)的作業(yè)時(shí)間必須被控制在一定范圍內(nèi)。PLC運(yùn)行正常時(shí)，程序掃描周期的長(zhǎng)短與CPU的運(yùn)算速度、I/O點(diǎn)的情況、用戶應(yīng)用程序的長(zhǎng)短及編程情況等有關(guān)。通常用PLC執(zhí)行1KB指令所需時(shí)間來說明其掃描速度，一般為零點(diǎn)幾毫秒到上百毫秒。值得注意的是，不同指令其執(zhí)行時(shí)間是不同的，從零點(diǎn)幾微秒到上百微秒不等，故選用不同指令所用的掃描時(shí)間將會(huì)不同。而對(duì)于一些需要高速處理的信號(hào)，則需要特殊的軟、 硬件措施來處理。

當(dāng)PLC處于正常運(yùn)行時(shí)，它將不斷重復(fù)掃描過程。分析上述掃描過程，如果對(duì)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(gè)階段了。這3個(gè)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(gè)階段是學(xué)習(xí)好PLC的基礎(chǔ)。下面就對(duì)這3個(gè)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(diǎn)，并將各輸入狀態(tài)存入相對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時(shí)，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(gè)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(hào)的寬度要大于一個(gè)掃描周期，否則很可能造成信號(hào)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(diǎn)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(shí)，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入"采集到的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入"對(duì)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(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。對(duì)元件映像寄存器來說，每一個(gè)元件 (“軟繼電器"）的狀態(tài)會(huì)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(dòng)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。