plc的基本组成和工作原理

　　plc的基本组成可分为两大部分：硬件系统和软件系统。硬件系统是指组成PLC的所有物理电子电路，其中主要有：中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（Input/Output）接口、通信接口、编程器和电源等部分，此外还有扩展设备和EPROM的读写板和打印机等选配的设备。为了维护、修理的方便，许多PLC采用模块结构。由中央处理器、存储器组成主控模块，输入单元组成输入模块，输出单元组成输出模块，三者通过专用总线构成主机，并由电源模块集中对其提供电能。编程器可采用袖珍式编程器，也可采用安装有专门plc编程软件的通用计算机，通过编程口对PLC进行编程。软件系统是指管理、控制、使用PLC，确保PLC正常工作的一整套程序。这些程序有的来自PLC生产厂家，也有的来自用户。一般称前者为系统程序，后者为用户程序。系统程序是指控制和完成PLC各种功能的程序，侧重于管理PLC的各种资源、控制和协调各硬件的正常动作及关系，以便充分发挥整个可编程控制器的使用效率，方便广大用户的直接使用。用户程序是指使用者根据生产工艺要求编写的控制程序，它侧重于应用，以及输入、输出之间的逻辑控制关系。PLC等效电路中的继电器并不是实际的物理继电器，它实质上是存储器单元的一个“位”寄存器。“位”寄存器的状态为“1”时，相当于继电器接通；“位”寄存器的状态为“0”时，则相当于继电器断开。因此，称这些继电器为“软继电器”。PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的，即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求事先编制好并保存于用户程序存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必须经过输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段及其他一些辅助阶段，其中的输入采样和输出刷新在有的场合也称为I/O刷新。输入采样阶段：首先以扫描方式将所有输入端子的通（ON）断（OFF）状态转换成电平的高低状态“1”或“0”并保存入输入锁存器中；然后，将其写入各自对应的输入状态寄存器中，即刷新输入；随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通（ON）断（OFF）状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应被控设备工作。PLC的上述工作方式称之为扫描工作方式，即PLC运行时，需要进行大量的操作，这使得PLC中的CPU只能根据分时操作原理，按一定的顺序，每一时刻执行一个操作。当PLC运行时，在经过初始化后，即进入扫描工作方式，且周而复始地重复进行，因此也称PLC的工作方式为“循环扫描工作方式”。可以看出，PLC在初始化后，进入循环扫描。PLC一次扫描的过程，包括公共处理、执行程序、循环时间计算处理、I/O刷新、RS-232端口服务和外设端口服务共五个阶段，其所需时间称为一个工作周期（或扫描周期）。显然，PLC的扫描周期与用户程序的长短和该PLC的扫描速度紧密相关。PLC在进入循环扫描前的初始化过程，主要是将所有输入/输出、内部辅助、特殊辅助、辅助记忆继电器区域清零，并完成定时器预置，识别扩展单元等任务，以保证它们在进入循环扫描后，正确无误地工作。进入循环扫描后，在公共处理阶段，复位监视定时器，进行硬件和用户内存检查等。一切正常后，才能进行下一步的操作。如果有异常情况，则根据错误的严重程度发出报警或错误警示，甚至停止PLC运行。在程序执行阶段，CPU按从左向右，自上而下的顺序对每条指令进行解释、执行，CPU从输入映像寄存器（每个输入继电器对应一个输入映像寄存器，其通/断状态对应为“1/0”）和元件映像寄存器（即与各种内部继电器、输出继电器对应的寄存器）中读出各继电器的状态，根据用户程序给出的逻辑关系[串（与）并（或）关系等]进行逻辑运算，并将运算结果再写入元件映像寄存器中。在扫描周期计算处理阶段，若设定扫描周期为固定值（可由用户通过DM6619设定），则进入等待循环，直到该指定值到达，再往下进行；若设定扫描周期为不定值（即决定于用户程序的长短等），则进行扫描周期的计算。在I/O刷新阶段，进行I/O刷新。CPU从输入电路中读取各输入点状态，并将此状态写入输入映像寄存器中；同时将元件映像寄存器的状态（1/0）传送到输出锁存电路，再经输出电路隔离和功率放大，驱动外部负载。在外设端口服务阶段，完成与外设端口连接的外围设备或通信适配器的通信处理。循环扫描的工作方式，既简单直观，又便于用户程序的设计，且为PLC的可靠运行提供了可靠地保障。这种工作方式，使PLC一旦扫描到用户程序某一指令，经处理后，其处理结果就可立即被用户程序中后续扫描到的指令所应用，而且PLC可通过CPU内部设置的监视定时器，监视每次扫描是否超过规定时间，以便有效地避免因CPU内部故障而导致程序进入死循环的情况。