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结合PLC的组成和结构分析PLC的工作原理更容易理解。PLC是采用周期循环扫描的工作方式,CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描,并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的。一个扫描周期主要可分为:
(1)读输入阶段。每次扫描周期的开始,先读取输入点的当前值,然后写到输入映像寄存器区域。在之后的用户程序执行的过程中,CPU访问输入映像寄存器区域,而并非读取输入端口的状态,输入信号的变化并不会影响到输入映像寄存器的状态,通常要求输入信号有足够的脉冲宽度,才能被响应。
(2)执行程序阶段。用户程序执行阶段,PLC按照梯形图的顺序,自左而右,自上而下的逐行扫描,在这一阶段CPU从用户程序的条指令开始执行直到后一条指令结束,程序运行结果放入输出映像寄存器区域。在此阶段,允许对数字量I/O指令和不设置数字滤波的模拟量I/O指令进行处理,在扫描周期的各个部分,均可对中断事件进行响应。
(3)处理通信请求阶段。这是扫描周期的信息处理阶段,CPU处理从通信端口接收到的信息。
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(4)执行CPU自诊断测试阶段。在此阶段,CPU检查其硬件、用户程序存储器和所有I/O模块的状态。
(5)写输出阶段。每个扫描周期的结尾,CPU把存在输出映像寄存器中的数据输出给数字量输出端点(写入输出锁存器中),更新输出状态。然后PLC进入下一个循环周期,重新执行输入采样阶段,周而复始。
如果程序中使用了中断,中断事件出现,立即执行中断程序,中断程序可以在扫描周期的任意点被执行。
如果程序中使用了立即I/O指令,可以直接存取I/O点。用立即I/O指令读输入点值时,相应的输入映像寄存器的值未被修改;用立即I/O指令写输出点值时,相应的输出映像寄存器的值被修改。1.4.2 可编程控制器主要技术指标
可编程控制器的种类很多,用户可以根据控制系统的具体要求选择不同技术性能指标的PLC。可编程控制器的技术性能指标主要有以下几个方面:
(1)I/O点数
可编程控制器的I/O点数指外部输入、输出端子数量的总和。它是描述的PLC大小的一个重要的参数。
(2)存储容量
PLC的存储器由系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器三部分组成。PLC存储容量通常指用户程序存储器和数据存储器容量之和,表征系统提供给用户的可用资源,是系统性能的一项重要技术指标。
(3)扫描速度
可编程控制器采用循环扫描方式工作,完成1次扫描所需的时间叫做扫描周期。影响扫描速度的主要因素有用户程序的长度和PLC产品的类型。PLC中CPU的类型、机器字长等直接影响PLC运算精度和运行速度。
(4)指令系统通信有PLC之间的通信和PLC与其他设备之间的通信。通信主要涉及通信模块、通信接口、通信协议和通信指令等内容。PLC的组网和通信能力也已成为PLC产品水平的重要衡量指标之一。
厂家的产品手册上还提供PLC的负载能力、外形尺寸、重量、保护等级、适用的安装和使用环境(如温度、湿度等性能指标参数),供用户参考。1.5 可编程控制器的分类、特点、应用及发展1.5.1 可编程控制器的分类
(1)按I/O点数和功能分类
可编程控制器用于对外部设备的控制,外部信号的输入、PLC的运算结果的输出都要通过PLC输入、输出端子来进行接线,输入、输出端子的数目之和被称作PLC的输入、输出点数,简称I/O点数。
由I/O点数的多少可将PLC分成小型、中型和大型。
小型PLC的I/O点数小于256点,以开关量控制为主,具有体积小、价格低的优点。可用于开关量的控制、定时/计数的控制、顺序控制及少量模拟量的控制场合,代替继电器-接触器控制,在单机或小规模生产过程中使用。
中型PLC的I/O点数在256~1024之间,功能比较丰富,兼有开关量和模拟量的控制能力,适用于较复杂系统的逻辑控制和闭环过程的控制。
大型PLC的I/O点数在1024点以上。用于大规模过程控制、集散式控制和工厂自动化网络。
(2)按结构形式分类
PLC可分为整体式结构和模块式结构两大类。
整体式是将存储器部件等组成部分集中于一体安装在印刷电路板上PLCCPU、、I/O,,并连同电源一起装在一个机壳内,形成一个整体,通常称为主机或基本单元。整体式结构的PLC具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格低的优点。一般小型或超小型PLC多采用这种结构。
模块式PLC是把各个组成部分做成独立的模块,如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等。各模块作成插件式,并将组装在一个具有标准尺寸且带有若干插槽的机架内。模块式结构的PLC配置灵活,装配和维修方便,易于扩展。一般大中型的PLC都采用这种结构。
(3)按生产厂家分
PLC的生产厂家很多,国内国外都有,其点数、容量、功能各有差异,但都自成系列,比较有影响的厂家有:
日本立石(OMRON)公司的C系列可编程控制器;
日本三菱(MITSUBISHI)公司的F、F 1 、F 2 、FX 2 系列可编程控制器;
日本松下(PANASONIC)电工公司的FP 1 系列可编程控制器;