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當(dāng)plc運(yùn)行時(shí),cpu就要執(zhí)行用戶程序中的操作。但是cpu不可能同時(shí)執(zhí)行多個(gè)操作,只能分時(shí)地一個(gè)操作一個(gè)操作地執(zhí)行。plc利用系統(tǒng)軟件在其內(nèi)部建立了輸入輸出映像區(qū),當(dāng)plc的cpu執(zhí)行用戶程序時(shí),從輸入映像區(qū)中讀取輸入信號(hào)的狀態(tài),進(jìn)行相應(yīng)的操作。當(dāng)cpu執(zhí)行完作后,將操作結(jié)果輸出到輸出映像區(qū),然后再執(zhí)作,操作結(jié)果送到輸出映像區(qū)。在程序執(zhí)行過(guò)程中,plc并不讀取輸入信號(hào)的真正狀態(tài),執(zhí)行結(jié)果也并沒(méi)有輸出到plc外部。只有當(dāng)程序執(zhí)行到結(jié)束指令(end)時(shí),將輸出映像區(qū)中執(zhí)行結(jié)果向plc外部輸出一次,將輸入信號(hào)的狀態(tài)讀取一次送到輸入映像區(qū)。對(duì)輸入輸出信號(hào)的這一操作過(guò)程稱為i/o刷新。i/o刷新完成后,cpu再?gòu)挠脩舫绦虻臈l指令開(kāi)始,進(jìn)行下一次程序執(zhí)行。plc的這種工作方式被稱為掃描方式。
plc的掃描周期包括上電后初始處理、共同處理、上位鏈接服務(wù)、外設(shè)服務(wù)、運(yùn)算處理、i/o刷新。
plc輸入/輸出響應(yīng)滯后的現(xiàn)象及其影響分析
當(dāng)plc的輸入端輸入信號(hào)發(fā)生變化plc輸出端對(duì)該輸入變化做出反應(yīng)需要一段時(shí)間,這種現(xiàn)象稱為plc輸入/輸出響應(yīng)滯后。
由上述分析可知,掃描周期的長(zhǎng)短主要取決于程序的長(zhǎng)短。掃描周期越長(zhǎng),響應(yīng)速度越慢。由于每一個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次i/o刷新,即每一個(gè)掃描周期plc只對(duì)輸人、輸出狀態(tài)寄存器更新一次,故使系統(tǒng)存在輸人、輸出滯后現(xiàn)象,這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾常常是脈沖式的、短時(shí)的,plc的輸入/輸出響應(yīng)滯后,對(duì)一般的工業(yè)控制要求,是*允許的,還可以起到增強(qiáng)系統(tǒng)的抗*力。
但是,對(duì)于控制時(shí)間要求嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng),就要采取措施減小輸入/輸出滯后的不利影響。
1、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(jiǎn)稱plc,它主要用來(lái)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(guò)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(jiǎn)稱pc。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(personal computer)的簡(jiǎn)稱混淆,所以將可編程控制器簡(jiǎn)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(yǔ)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(chǎng)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(guò)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,***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。
許多人覺(jué)得plc很神秘,其實(shí)plc是很簡(jiǎn)單的,其內(nèi)部的cpu除了速度快之外,其他功能還不如普通的單片機(jī)。通常plc采用16位或32位的cpu,帶1或2個(gè)的串行通道與外界通訊,內(nèi)部有一個(gè)定時(shí)器即可,若要提高可靠性再加一個(gè)看家狗定時(shí)器足夠。
plc的關(guān)鍵技術(shù)在于其內(nèi)部固化了一個(gè)能解釋梯形圖語(yǔ)言的程序及輔助通訊程序,梯形圖語(yǔ)言的解釋程序的效率決定了plc的性能,通訊程序決定了plc與外界交換信息的難易。對(duì)于簡(jiǎn)單的應(yīng)用,通常以獨(dú)立控制器的方式運(yùn)作,不需與外界交換信息,只需內(nèi)部固化有能解釋梯形圖語(yǔ)言的程序即可。實(shí)際上,設(shè)計(jì)plc的主要工作就是開(kāi)發(fā)解釋梯形圖語(yǔ)言的程序。
可編程控制器plc與個(gè)人計(jì)算機(jī)pc的主要差異
(1)plc工作環(huán)境要求比pc低,plc抗*力強(qiáng);
(2)plc編程比pc簡(jiǎn)單易學(xué);
(3)plc設(shè)計(jì)調(diào)試周期短;
(4)pc應(yīng)用領(lǐng)域與plc不同;
(5)plc的輸入/輸出響應(yīng)速度慢,(一般ms級(jí)),而pc的響應(yīng)速度快(為微秒級(jí));
(6)plc維護(hù)比pc容易。
plc控制系統(tǒng)一般來(lái)講主要有以下七部分內(nèi)容:
(1)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū),進(jìn)行工藝分析,并確定控制方案,它是設(shè)計(jì)的依據(jù)。
(2)選擇輸入設(shè)備(如按鈕、開(kāi)關(guān)、傳感器等)和輸出設(shè)備(如繼電器、接觸器、指示燈等執(zhí)行機(jī)構(gòu))。
(3)選定plc的型號(hào)(包括機(jī)型、容量、i/o模塊和電源等)。
(4)分配plc的i/o點(diǎn),繪制plc的i/o硬件接線圖。
(5)編寫程序并調(diào)試。
(6)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的操作臺(tái)、電氣控制柜等以及安裝接線圖。
(7)編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和使用說(shuō)明書(shū)。