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1.PLC的(de)硬件組成

PLC硬件系統的(de)基本結構框圖如圖所示。

在圖中，PLC的(de)主機由CPU、存儲器（EPROM、RAM）、輸入/輸出單元、外設I/O接口、通(tōng)信接口及電源組成。對(duì)于整體式PLC，這(zhè)些部件都在同一個(gè)機殼内。

而對(duì)于模塊式PLC，各部件獨立封裝，稱爲模塊，各模塊通(tōng)過機架和(hé)電纜連接在一起。

主機内的(de)各個(gè)部分(fēn)均通(tōng)過電源總線、控制總線、地址總線和(hé)數據總線連接，根據實際控制對(duì)象的(de)需要配備一定的(de)外部設備，構成不同的(de)PLC控制系統。

常用(yòng)的(de)外部設備有編程器、打印機、EPROM寫入器等。PLC可(kě)以配置通(tōng)信模塊與上位機及其他(tā)的(de)PLC進行通(tōng)信，構成PLC的(de)分(fēn)布式控制系統。

下(xià)面分(fēn)别介紹PLC的(de)各組成部分(fēn)及其作用(yòng)，以便用(yòng)戶進一步了(le)解PLC的(de)控制原理(lǐ)和(hé)工作過程。

 （1）CPU 

CPU是PLC的(de)控制中樞，PLC在CPU的(de)控制下(xià)有條不紊地協調工作，從而實現對(duì)現場(chǎng)的(de)各個(gè)設備進行控制。CPU由微處理(lǐ)器和(hé)控制器組成，它可(kě)以實現邏輯運算(suàn)和(hé)數學運算(suàn)，協調控制系統内部各部分(fēn)的(de)工作。

 控制器的(de)作用(yòng)是控制整個(gè)微處理(lǐ)器的(de)各個(gè)部件有條不紊的(de)進行工作，它的(de)基本功能就是從内存中讀取指令和(hé)執行指令。

 （2）存儲器

PLC配有兩種存儲器，即系統存儲器和(hé)用(yòng)戶存儲器。系統存儲器用(yòng)來(lái)存放系統管理(lǐ)程序，用(yòng)戶不能訪問和(hé)修改這(zhè)部分(fēn)存儲器的(de)内容。

用(yòng)戶存儲器用(yòng)來(lái)存放編制的(de)應用(yòng)程序和(hé)工作數據狀态。存放工作數據狀态的(de)用(yòng)戶存儲器部分(fēn)也(yě)稱爲數據存儲區(qū)，它包括輸入/輸出數據映像區(qū)、定時(shí)器/計數器預置數和(hé)當前值的(de)數據區(qū)及存放中間結果的(de)緩沖區(qū)。

 PLC的(de)存儲器主要包括以下(xià)幾種。

 （1）隻讀存儲器

 （2）可(kě)編程隻讀存儲器

 （3）可(kě)擦除可(kě)編程隻讀存儲器

 （4）電可(kě)擦除可(kě)編程隻讀存儲器

 （5）随機存取存儲器

 （3）輸入/輸出（I/O）模塊

①開關量輸入模塊 

開關量輸入設備是各種開關、按鈕、傳感器等，PLC的(de)輸入類型通(tōng)常可(kě)以是直流、交流和(hé)交直流。輸入電路的(de)電源可(kě)由外部供給，有的(de)也(yě)可(kě)由PLC内部提供。

②開關量輸出模塊

輸出模塊的(de)作用(yòng)是将CPU執行用(yòng)戶程序所輸出的(de)TTL電平的(de)控制信号轉化(huà)爲生産現場(chǎng)所需的(de)，能驅動特定設備的(de)信号，以驅動執行機構的(de)動作。

 （4）編程器 

編程器是PLC重要的(de)外部設備，利用(yòng)編程器可(kě)将用(yòng)戶程序送入PLC的(de)用(yòng)戶程序存儲器，調試程序、監控程序的(de)執行過程。編程器從結構上可(kě)分(fēn)爲以下(xià)三種類型。 

（1）簡易編程器

（2）圖形編程器 

（3）通(tōng)用(yòng)計算(suàn)機編程器

 （5）電源 

電源單元的(de)作用(yòng)是把外部電源（220V的(de)交流電源）轉換成内部工作電壓。外部連接的(de)電源，通(tōng)過PLC内部配有的(de)一個(gè)專用(yòng)開關式穩壓電源，将交流/直流供電電源轉化(huà)爲PLC内部電路需要的(de)工作電源（直流5V、±12V、24V），并爲外部輸入元件（如接近開關）提供24V直流電源（僅供輸入端點使用(yòng)）。驅動PLC負載的(de)電源由用(yòng)戶提供。

 （6）外設接口 

外設接口電路用(yòng)于連接手持編程器或其他(tā)圖形編程器、文本顯示器，并能通(tōng)過外設接口組成PLC的(de)控制網絡。PLC使用(yòng)PC/PPI電纜或者MPI卡通(tōng)過RS-485接口與計算(suàn)機連接，可(kě)以實現編程、監控、聯網等功能。

2.PLC的(de)軟件組成

PLC的(de)軟件由系統程序和(hé)用(yòng)戶程序組成。 

系統程序由PLC制造廠商設計編寫，并存入PLC的(de)系統存儲器中，用(yòng)戶不能直接讀寫與更改。系統程序一般包括系統診斷程序、輸入處理(lǐ)程序、編譯程序、信息傳送程序及監控程序等。

 PLC的(de)用(yòng)戶程序是用(yòng)戶利用(yòng)PLC的(de)編程語言，根據控制要求編制的(de)程序。在PLC的(de)應用(yòng)中，最重要的(de)是用(yòng)PLC的(de)編程語言來(lái)編寫用(yòng)戶程序，以實現控制目的(de)。

由于PLC是專門爲工業控制而開發的(de)裝置，其主要使用(yòng)者是廣大(dà)電氣技術人(rén)員(yuán)，爲了(le)滿足他(tā)們的(de)傳統習(xí)慣和(hé)掌握能力，PLC的(de)主要編程語言采用(yòng)比計算(suàn)機語言相對(duì)簡單、易懂(dǒng)、形象的(de)專用(yòng)語言：

1.圖形式指令結構

2.明(míng)确的(de)變量常數

3.簡化(huà)的(de)程序結構
4.簡化(huà)應用(yòng)軟件生成過程

5.強化(huà)調試手段

3、PLC的(de)基本工作原理(lǐ)

PLC掃描的(de)工作方式主要分(fēn)三個(gè)階段，即輸入采樣階段、用(yòng)戶程序執行階段和(hé)輸出刷新階段。如圖所示

（1）輸入采樣階段 

在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀入所有輸入狀态和(hé)數據，并将它們存入I/O映象區(qū)中的(de)相應單元内。輸入采樣結束後，轉入用(yòng)戶程序執行和(hé)輸出刷新階段。在這(zhè)兩個(gè)階段中，即使輸入狀态和(hé)數據發生變化(huà)，I/O映象區(qū)中相應單元的(de)狀态和(hé)數據也(yě)不會改變。

因此，如果輸入的(de)是脈沖信号，則該脈沖信号的(de)寬度必須大(dà)于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下(xià)，該輸入均能被讀入。

（2）用(yòng)戶程序執行階段 

在用(yòng)戶程序執行階段，PLC總是按由上而下(xià)的(de)順序依次掃描用(yòng)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由各觸點構成的(de)控制線路，并按先左後右、先上後下(xià)的(de)順序對(duì)由觸點構成的(de)控制線路進行邏輯運算(suàn)；然後根據邏輯運算(suàn)的(de)結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區(qū)中對(duì)應位的(de)狀态，或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應位的(de)狀态，或者确定是否要執行該梯形圖所規定的(de)特殊功能指令。

即在用(yòng)戶程序執行過程中，隻有輸入點在I/O映象區(qū)内的(de)狀态和(hé)數據不會發生變化(huà)，而其他(tā)輸出點和(hé)軟設備在I/O映象區(qū)或系統RAM存儲區(qū)内的(de)狀态和(hé)數據都有可(kě)能發生變化(huà)，而且排在上面的(de)梯形圖，其程序執行結果會對(duì)排在下(xià)面的(de)凡是用(yòng)到這(zhè)些線圈或數據的(de)梯形圖起作用(yòng)；相反，排在下(xià)面的(de)梯形圖，其被刷新的(de)邏輯線圈的(de)狀态或數據隻能到下(xià)一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的(de)梯形圖起作用(yòng)。

 （3）輸出刷新階段

當用(yòng)戶程序掃描結束後，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照(zhào)I/O映象區(qū)内對(duì)應的(de)狀态和(hé)數據刷新所有的(de)輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的(de)外設。這(zhè)時(shí)，才是PLC的(de)真正輸出。

輸入/輸出滞後現象

 從PLC的(de)工作過程，可(kě)以總結如下(xià)幾個(gè)結論： 

1、以掃描的(de)方式執行程序，其輸入/輸出信号間的(de)邏輯關系存在著(zhe)原理(lǐ)上的(de)滞後。掃描周期越長(cháng)，滞後就越嚴重。

 2、掃描周期除了(le)包括輸入采樣階段、用(yòng)戶程序執行階段、輸出刷新階段三個(gè)主要工作階段所占的(de)時(shí)間外，還(hái)包括系統管理(lǐ)操作占用(yòng)的(de)時(shí)間。其中，程序執行的(de)時(shí)間與程序的(de)長(cháng)短及指令操作的(de)複雜(zá)程度有關，其他(tā)基本不變。掃描周期一般爲毫微秒級。

 3、第n次掃描執行程序時(shí)，所依據的(de)輸入數據是該次掃描周期中采樣階段的(de)掃描值X依據的(de)輸出數據有上一次掃描的(de)輸出值Y（n-1），也(yě)有本次的(de)輸出值Yn；所n送往輸出端子的(de)信号，即是本次執行全部運算(suàn)後的(de)最終結果Yn。

 4、輸入/輸出響應滞後不僅與掃描方式有關，還(hái)與程序設計安排有關。 

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