可編程序控制器原理及應(yīng)用

1、可編程序控制器原理及應(yīng)用主 編 郭健 陳麗1第2章 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理2.1 可編程序控制器的組成與基本結(jié)構(gòu)2.2 可編程序控制器的工作過(guò)程與工作原理2.3 可編程序控制器的編程語(yǔ)言和程序結(jié)構(gòu)思考與練習(xí)題22.1 可編程序控制器的組成與基本結(jié)構(gòu) PLC是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，是在程序控制器、1位微處理機(jī)控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型控制器。從廣義上講，PLC是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只不過(guò)它比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程相連接的輸入/輸出接口，具有更適用于控制要求的編程語(yǔ)言，具有更適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境的抗干擾性能。因此，PLC是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)，它的實(shí)際

2、組成與一般微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。 32.1.1 可編程序控制器的硬件系統(tǒng)PLC的硬件系統(tǒng)由主機(jī)系統(tǒng)、輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)及外部設(shè)備組成。 1. 主機(jī)系統(tǒng) 圖2.1 PLC結(jié)構(gòu)示意圖4 (1) 微處理器單元(Central Processing Unit，CPU)。CPU是PLC的核心部分，它包括微處理器和控制接口電路。微處理器是PLC的運(yùn)算控制中心，由它實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作。它的運(yùn)行是按照系統(tǒng)程序所賦予的任務(wù)進(jìn)行的。CPU的具體作用如下： 接受、存儲(chǔ)用戶程序。 按掃描方式接收來(lái)自輸入單元的數(shù)據(jù)和各狀態(tài)信息，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。 執(zhí)

3、行監(jiān)控程序和用戶程序，完成數(shù)據(jù)和信息的邏輯處理，產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)部控制信號(hào)，完成用戶指令規(guī)定的各種操作。 響應(yīng)外部設(shè)備的請(qǐng)求。5 PLC常用的微處理器主要有通用微處理器、單片機(jī)或雙極型位片式微處理器。通用微處理器按其處理數(shù)據(jù)的位數(shù)可分為4位、8位、16位和32位等。PLC大多用8位和16位微處理器。單片機(jī)是將微處理器、部分存儲(chǔ)器、部分輸入輸出接口以及連接它們的控制接口電路等集成在一塊芯片上的處理器，具有高集成度、高可靠性、高功能、高速度、低成本等優(yōu)點(diǎn)。 控制接口電路是微處理器與主機(jī)內(nèi)部其他單元進(jìn)行聯(lián)系的部件，主要有數(shù)據(jù)緩沖、單元選擇、信號(hào)匹配、中斷管理等功能。微處理器通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)與各個(gè)單元之間的可

4、靠的信息交換和最佳的時(shí)序配合。6 (2) 存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器是PLC存放系統(tǒng)程序、用戶程序和運(yùn)行數(shù)據(jù)的單元。它包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)。只讀存儲(chǔ)器(ROM)在使用過(guò)程中只能取出不能存儲(chǔ)，而隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)在使用過(guò)程中能隨時(shí)取出和存儲(chǔ)。只讀存儲(chǔ)器(ROM)按照其編程方式不同，可分為ROM、PROM、EPROM和EEPROM等。 ROM又稱掩膜只讀存儲(chǔ)器，它存儲(chǔ)的內(nèi)容在其制造過(guò)程中確定，不允許再改變；PROM是可編程只讀存儲(chǔ)器，它的存儲(chǔ)內(nèi)容是由用戶用編程器一次性寫(xiě)入的，不能再改變；EPROM是可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，它的存儲(chǔ)內(nèi)容也是由用戶用編程器寫(xiě)入的，但是可以在紫外

5、線燈的照射下擦除，因此，它允許反復(fù)多次地擦除和寫(xiě)入；EEPROM是電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，它的存儲(chǔ)內(nèi)容由用戶寫(xiě)入，在寫(xiě)入新的內(nèi)容時(shí)，原來(lái)存儲(chǔ)的內(nèi)容會(huì)自動(dòng)清除，它允許反復(fù)多次寫(xiě)入。7 只讀存儲(chǔ)器(ROM)是非揮發(fā)性的，即在斷電狀態(tài)下仍能保持所存儲(chǔ)的內(nèi)容，因此它被用作PLC的系統(tǒng)存儲(chǔ)器，存放生產(chǎn)企業(yè)編制的系統(tǒng)管理程序。用戶邏輯解釋程序和標(biāo)準(zhǔn)程序模塊等組成系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序?qū)τ脩魜?lái)說(shuō)是透明的，不能被用戶隨意改變，它也常被生產(chǎn)企業(yè)存儲(chǔ)在PROM或EPROM內(nèi)，安裝在PLC中一起供給用戶。 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)有兩種類型：靜態(tài)RAM(SRAM)和動(dòng)態(tài)RAM(DRAM)。SRAM是用D型觸發(fā)器來(lái)存儲(chǔ)寫(xiě)

6、入的內(nèi)容的，除非寫(xiě)入新的內(nèi)容或電源關(guān)斷，它存儲(chǔ)的內(nèi)容可以保持不變；DRAM是用電容來(lái)存儲(chǔ)寫(xiě)入的內(nèi)容的，由于電容要放電，為了維持寫(xiě)入的內(nèi)容不變，必須對(duì)它重復(fù)進(jìn)行讀出和寫(xiě)入操作，即要有刷新電路配合使用。8 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)是一種揮發(fā)性的器件，即當(dāng)供電電源關(guān)掉后，其存儲(chǔ)的內(nèi)容會(huì)丟失，因此在實(shí)際使用中，通常為其配備掉電保護(hù)電路，當(dāng)正常電源關(guān)斷后，由備用電池為它供電，保護(hù)其存儲(chǔ)的內(nèi)容不丟失。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)在PLC中用作用戶程序的存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。用戶程序存儲(chǔ)器存放的是用戶編制的應(yīng)用程序。為了調(diào)試和修改的方便，總是先把用戶程序存放在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)中，經(jīng)過(guò)運(yùn)行、考核、修改、完

7、善、達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再把它固化到EPROM中，替代RAM使用。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的內(nèi)容是PLC運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)。由于這些數(shù)據(jù)是不斷變化的，因此用隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)來(lái)組成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。9 (3) 輸入/輸出模塊單元。PLC的對(duì)外功能主要是通過(guò)各類接口模塊的外接線，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)與控制。通過(guò)各種輸入/輸出接口模塊，PLC既可檢測(cè)到所需的過(guò)程信息，又可將處理結(jié)果傳送給外部過(guò)程，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的控制。通過(guò)輸入模塊單元，PLC能夠得到生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)；通過(guò)輸出模塊單元，PLC能夠把運(yùn)算處理的結(jié)果送至工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制。實(shí)際生產(chǎn)中的信號(hào)電平多種多樣

8、，外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需電流也是多種多樣，而PLC的CPU所處理的只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，由于輸入/輸出模塊單元與工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)直接相連，這就要求它有很好的信號(hào)適應(yīng)能力和抗干擾性能。因此，在輸入/輸出模塊單元中，一般均配有電子變換、光耦合器和阻容濾波等電路，以實(shí)現(xiàn)外部現(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)與系統(tǒng)內(nèi)部統(tǒng)一信號(hào)的匹配和信號(hào)的正確傳遞，PLC正是通過(guò)了這種接口實(shí)現(xiàn)了信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換。10 為適應(yīng)工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)不同輸入/輸出信號(hào)的匹配要求，PLC配置了各種類型的輸入/輸出模塊單元。其中常用的有以下幾種類型： 開(kāi)關(guān)量輸入單元：它的作用是把現(xiàn)場(chǎng)各種開(kāi)關(guān)信號(hào)變成PLC內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。開(kāi)關(guān)量輸入單元按照輸入端的電源類型不

9、同，分為直流輸入單元和交流輸入單元，分別如圖2.2和圖2.3所示。11圖2.2 直流開(kāi)關(guān)量輸入單元12圖2.3 交流開(kāi)關(guān)量輸入單元13 在直流輸入單元中，電阻R1與R2構(gòu)成分壓器，電阻R2與電容C組成阻容濾波。二極管用于防止反極性電壓輸入，發(fā)光二極管(LED)指示輸入狀態(tài)。光耦合器隔離輸入電路與PLC內(nèi)部電路的電氣連接，并使外部信號(hào)通過(guò)光耦合器變成內(nèi)部電路接收的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。當(dāng)外部開(kāi)關(guān)閉合后，外部直流電壓經(jīng)過(guò)電阻分壓和阻容濾波后加到光耦合器的發(fā)光二極管上，經(jīng)光耦合，光敏晶體管接收光信號(hào)，并輸出一個(gè)對(duì)內(nèi)部電路來(lái)說(shuō)接通的信號(hào)，輸出端的發(fā)光二極管(LED)點(diǎn)亮，指示現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)閉合。 在交流輸入單元中，電阻

10、R2與R3構(gòu)成分壓器。電阻R1為限流電阻，電容C為濾波電容。雙向光耦合器起整流和隔離雙重作用，雙向發(fā)光二極管用作狀態(tài)指示。其工作原理和直流輸入單元基本相同，僅在正反向時(shí)導(dǎo)通的雙向光耦合器不同。14 開(kāi)關(guān)量輸出單元：它的作用是把PLC的內(nèi)部信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)。按照現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的電源類型的不同，開(kāi)關(guān)量輸出單元可分為直流輸出單元(晶體管輸出方式或繼電器觸點(diǎn)輸出方式)和交流輸出單元(晶閘管輸出方式或繼電器觸點(diǎn)輸出方式)。 在繼電器輸出方式中，繼電器作為開(kāi)關(guān)器件，同時(shí)又是隔離器件。發(fā)光二極管(LED)構(gòu)成輸出狀態(tài)顯示器，當(dāng)PLC輸出一個(gè)接通信號(hào)時(shí)，內(nèi)部電路使繼電器線圈K通電，繼電器

11、觸點(diǎn)閉合使負(fù)載回路的負(fù)載L接通得電，VD作為續(xù)流二極管以消除線圈的反電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)狀態(tài)指示發(fā)光二極管(LED)導(dǎo)通點(diǎn)亮。根據(jù)負(fù)載的需要，負(fù)載回路的電源既可選用交流電源，也可選用直流電源。15 特別應(yīng)指出的是，由于繼電器模式具有實(shí)際斷點(diǎn)，可以從物理上切斷所控制的回路，同時(shí)這種模式既適合于直流情況又適合于交流情況，因此這種模式在開(kāi)關(guān)頻率不太高的情況下是首選的輸出控制方案。圖2.4給出了這種輸出方案的原理圖。圖2.4 繼電器模式輸出單元16 在晶體管輸出方式中，采用光敏晶體管作為開(kāi)關(guān)器件。當(dāng)PLC輸出一個(gè)接通信號(hào)時(shí)，內(nèi)部電路使光耦合器的發(fā)光二極管得電發(fā)光，光敏晶體管受光導(dǎo)通后，使晶體管導(dǎo)通，相應(yīng)負(fù)載L

12、得電。 在晶閘管輸出方式中，采用光耦合式雙向晶閘管作為開(kāi)關(guān)器件，因此它同時(shí)又是隔離器件。當(dāng)PLC輸出一個(gè)接通信號(hào)時(shí)，內(nèi)部電路使固態(tài)繼電器內(nèi)輸入電路中的發(fā)光二極管導(dǎo)通，通過(guò)光耦合使輸出回路的雙向晶閘管導(dǎo)通，負(fù)載得電。17 模擬量輸入單元：模擬量輸入在過(guò)程控制中的應(yīng)用很廣，如常用的溫度、壓力、速度、流量、酸堿度、位移的各種工業(yè)檢測(cè)都是對(duì)應(yīng)于電壓、電流的模擬量值，再通過(guò)一定運(yùn)算(PID)后，控制生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到一定的目的。模擬量輸入電平大多是從傳感器通過(guò)變換后得到的，模擬量的輸入信號(hào)為420 mA的電流信號(hào)或15 V、-1010 V、010 V的直流電壓信號(hào)。輸入模塊接收這種模擬信號(hào)之后，把它轉(zhuǎn)換成二進(jìn)

13、制數(shù)字信號(hào)，送給中央處理器進(jìn)行處理，因此模擬量輸入模塊又叫A/D轉(zhuǎn)換輸入模塊。總之，模擬量輸入單元的作用是把現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)變化的模擬量標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部處理的、由若干位表示的數(shù)字信號(hào)。模擬量輸入單元一般由濾波、A/D轉(zhuǎn)換器、光耦合器隔離等部分組成。其原理框圖如圖2.5所示。 18圖2.5 模擬量輸入單元框圖19 模擬量輸入單元設(shè)有電壓信號(hào)和電流信號(hào)輸入端。輸入信號(hào)通過(guò)濾波、運(yùn)算放大器的放大和量程變換，轉(zhuǎn)換成A/D轉(zhuǎn)換器能夠接收的電壓范圍，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器后的數(shù)字量信號(hào)，再經(jīng)光耦合器隔離后進(jìn)入PLC的內(nèi)部電路。根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換的分辨率不同，模擬量輸入單元能提供8位、10位、12位或16位等精度的各

14、種位數(shù)的數(shù)字量信號(hào)并傳送給PLC以進(jìn)行處理。20 模擬量的輸入點(diǎn)數(shù)可以是28點(diǎn)，對(duì)于不同模擬量輸入單元類型，輸入點(diǎn)數(shù)不同。對(duì)多通道的模擬量輸入單元，通常設(shè)置多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)進(jìn)行通道的切換，而在輸出端應(yīng)設(shè)置信號(hào)的寄存器。為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的控制要求，對(duì)模擬量輸入單元采取了必要的防電磁干擾措施，例如，光耦合器隔離、阻容濾波等。為了防止其他信號(hào)的影響，也采取了設(shè)置反向二極管或熔絲管等措施。這些措施為PLC可靠地工作提供了保證。21 模擬量輸出單元：它的作用是把PLC運(yùn)算處理后的若干位數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量信號(hào)然后輸出，以滿足生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)信號(hào)的控制要求。模擬量輸出單元一般由光耦合器隔離、D/A

15、轉(zhuǎn)換器和信號(hào)轉(zhuǎn)換等部分組成，其原理框圖如圖2.6所示。圖2.6 模擬量輸出單元框圖22 模擬量輸出模塊是將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成420 mA的電流輸出信號(hào)或010 V、15 V的電壓輸出信號(hào)，以提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此模擬量輸出模塊又叫D/A轉(zhuǎn)換輸出模塊。PLC輸出的若干位數(shù)字量信號(hào)由內(nèi)部電路送至光耦合器的輸入端，光耦合器輸出端輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后的模擬量直流電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器放大后驅(qū)動(dòng)輸出。 通常，模擬量輸出單元還沒(méi)有直流電流信號(hào)輸出端供用戶選用。根據(jù)實(shí)際要求數(shù)字信號(hào)的不同分辨率，模擬量輸出單元用的D/A轉(zhuǎn)換器有8位、10位、12位等幾種不同的精度，根據(jù)不同型號(hào)，精

16、度有所不同。23 智能輸入/輸出單元：為了滿足PLC在復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用，PLC的制造廠商除了提供上述基本的開(kāi)關(guān)量和模擬量輸入/輸出單元外，還提供了智能輸入/輸出單元，以適應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程控制的要求。智能輸入/輸出單元是一個(gè)獨(dú)立的自治系統(tǒng)，它具有與PLC主機(jī)相似的硬件系統(tǒng)，也是由中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入/輸出單元和外部設(shè)備接口單元等部分，通過(guò)內(nèi)部系統(tǒng)總線連接組成的。智能輸入/輸出單元在自身的系統(tǒng)程序管理下，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、處理和控制，并通過(guò)外部設(shè)備接口與PLC主機(jī)的輸入/輸出擴(kuò)展接口的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的通信。PLC主機(jī)在其運(yùn)行的每個(gè)掃描周期中與智能輸入/輸出單元進(jìn)行一次信息

17、交換，以便能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行綜合處理。智能輸入輸出單元不依賴主機(jī)的運(yùn)行方式而獨(dú)立運(yùn)行，一方面使PLC能夠通過(guò)智能輸入/輸出單元來(lái)處理快速變化的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，另一方面也使PLC能夠處理更多的任務(wù)。24 為適應(yīng)不同的控制要求，智能輸入/輸出單元也有不同的類型。例如高速脈沖計(jì)數(shù)器智能單元，它專門對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的高速脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并把累計(jì)值傳送給PLC主機(jī)進(jìn)行處理。如果不用高速脈沖計(jì)數(shù)智能單元，而用主機(jī)的輸入/輸出單元來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)操作，則計(jì)數(shù)速度要受主機(jī)掃描速度的影響。當(dāng)高速脈沖信號(hào)的寬度小于主機(jī)的掃描周期時(shí)，會(huì)發(fā)生部分計(jì)數(shù)脈沖丟失的情況。因此，用一般的PLC不能正確地進(jìn)行高速脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)。使用高速脈沖計(jì)數(shù)

18、智能單元后，由于它脫離主機(jī)的掃描周期而獨(dú)立進(jìn)行計(jì)數(shù)操作，而主機(jī)僅在每個(gè)掃描周期內(nèi)讀出高速脈沖計(jì)數(shù)智能單元的計(jì)數(shù)值，因此，使PLC系統(tǒng)能正確地對(duì)高速脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)處理。25 PID調(diào)節(jié)智能單元也是一種智能單元，它能獨(dú)立完成工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中一個(gè)或幾個(gè)閉環(huán)控制回路的PID調(diào)節(jié)。特別是PID調(diào)節(jié)控制軟件是由智能單元來(lái)執(zhí)行的，而主機(jī)系統(tǒng)僅周期性地把調(diào)整參數(shù)和設(shè)定值傳遞給PID調(diào)節(jié)智能單元。這樣就使主機(jī)從繁瑣的輸入/輸出操作、復(fù)雜的運(yùn)算處理中解脫出來(lái)，從而在其掃描周期內(nèi)能夠處理更多的其他任務(wù)。 為了適應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)溫度檢測(cè)的要求，一些制造企業(yè)也提供了可以直接與熱電偶或熱電阻連接的溫度傳感器輸入智能單元，

19、它通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換、光耦合等電路將模擬量的熱電動(dòng)勢(shì)或電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC的內(nèi)部數(shù)字量信號(hào)。對(duì)熱電偶的冷端補(bǔ)償、熱電阻的非線性處理等也在該智能單元中實(shí)現(xiàn)。不同熱電偶和熱電阻的分度數(shù)是通過(guò)在該單元上的選擇開(kāi)關(guān)來(lái)確定的。26 智能輸入/輸出單元還有位置控制智能單元、閥門控制智能單元等類型。智能輸入/輸出單元為PLC的功能擴(kuò)展和性能提高提供了極為有利的條件。隨著智能輸入/輸出單元品種的增加，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越廣泛，PLC的主機(jī)最終將變?yōu)橐粋€(gè)中央信息處理機(jī)，對(duì)與之相連的各種智能輸入/輸出單元的信息進(jìn)行綜合處理。27 (4) I/O擴(kuò)展接口。I/O擴(kuò)展接口是PLC主機(jī)為了擴(kuò)展輸入/輸出點(diǎn)數(shù)和

20、類型的部件，輸入/輸出擴(kuò)展單元、遠(yuǎn)程輸入/輸出擴(kuò)展單元、智能輸入/輸出單元等都通過(guò)它與主機(jī)相連。I/O擴(kuò)展接口有并行接口、串行接口等多種形式。 (5) 外設(shè)I/O接口。外設(shè)I/O接口是PLC主機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話、機(jī)機(jī)對(duì)話的通道。通過(guò)它，PLC可以和編程器、彩色圖形顯示器、打印機(jī)等外部設(shè)備相連，也可以與其他PLC或上位計(jì)算機(jī)連接。外設(shè)I/O接口一般是RS232C或RS422A串行通信接口，該接口的功能是進(jìn)行串行/并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，通信格式的識(shí)別，數(shù)據(jù)傳輸?shù)某鲥e(cuò)檢驗(yàn)，信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換等。對(duì)于一些小型PLC，外設(shè)I/O接口中還有與專用編程器連接的并行數(shù)據(jù)接口。28 (6) 電源。電源單元是PLC的電源供給部

21、分。它的作用是把外部供應(yīng)的電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各單元所需的電源，有的電源單元還向外提供直流電源，給與開(kāi)關(guān)量輸入單元連接的現(xiàn)場(chǎng)電源開(kāi)關(guān)使用。電源單元還包括掉電保護(hù)電路和后備電池電源，以保持RAM在外部電源斷電后存儲(chǔ)的內(nèi)容不丟失。PLC的電源一般采用開(kāi)關(guān)電源，其特點(diǎn)是輸入電壓范圍寬，體積小，質(zhì)量輕，效率高，抗干擾性能好。29 2. 輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié) 輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)是PLC輸入輸出單元的擴(kuò)展部件，當(dāng)用戶所需的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)或類型超出主機(jī)的輸入/輸出單元所允許的點(diǎn)數(shù)或類型時(shí)，可以通過(guò)加接輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)來(lái)解決。輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)與主機(jī)的輸入/輸出擴(kuò)展接口相連，有兩種類型：簡(jiǎn)單型和智能型。簡(jiǎn)單型的

22、輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)本身不帶中央處理單元，對(duì)外部現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的輸入/輸出處理過(guò)程完全由主機(jī)的中央處理單元管理，依賴于主機(jī)的程序掃描過(guò)程。通常，它通過(guò)并行接口與主機(jī)通信，并安裝在主機(jī)旁邊，在小型PLC的輸入/輸出擴(kuò)展時(shí)常被采用。智能型的輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)本身帶有中央處理單元，它對(duì)生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的輸入/輸出處理由本身所帶的中央處理單元管理，而不依賴于主機(jī)的程序掃描過(guò)程。通常，它采用串行通信接口與主機(jī)通信，可以遠(yuǎn)離主機(jī)安裝，多用于大中型PLC的輸入/輸出擴(kuò)展。30 3. 外部設(shè)備 (1) 編程器。它是編制、調(diào)試PLC用戶程序的外部設(shè)備，是人機(jī)交互的窗口。通過(guò)編程器可以把新的用戶程序輸入到PLC的RAM中

23、，或者對(duì)RAM中已有程序進(jìn)行編輯。通過(guò)編程器還可以對(duì)PLC的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和跟蹤，這對(duì)調(diào)試和試運(yùn)行用戶程序是非常有用的。編程器分為簡(jiǎn)易型和智能型兩類。簡(jiǎn)易型的編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語(yǔ)言助記符(指令表)后，才能輸入。它一般由簡(jiǎn)易鍵盤(pán)和發(fā)光二極管或其他顯示器件組成。智能型的編程器又稱圖形編程器，它可以聯(lián)機(jī)編程，也可以脫機(jī)編程，具有LCD或CRT圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過(guò)屏幕進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。31 除了上述專用的編程器外，還可以利用微機(jī)(如IBM-PC)，配上PLC生產(chǎn)廠家提供的相應(yīng)的軟件包來(lái)作為編程器，這種編程方式已成為PLC發(fā)展的趨勢(shì)?，F(xiàn)在，有些PLC不再提供

24、編程器，而只提供微機(jī)編程軟件，并且配有相應(yīng)的通信連接電纜。32 (2) 彩色圖形顯示器。大中型PLC通常配接彩色圖形顯示器，用以顯示模擬生產(chǎn)過(guò)程的流程圖、實(shí)時(shí)過(guò)程參數(shù)、趨勢(shì)參數(shù)及報(bào)警參數(shù)等過(guò)程信息，使得現(xiàn)場(chǎng)控制情況一目了然。 (3) 打印機(jī)。PLC也可以配接打印機(jī)等外部設(shè)備，用以打印記錄過(guò)程參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)以及報(bào)警事故記錄表等。 PLC還可以配置其他外部設(shè)備，例如，配置存儲(chǔ)器卡、盒式磁帶機(jī)或磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，用于存儲(chǔ)用戶的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)；配置EPROM寫(xiě)入器，用于將程序?qū)懭氲紼PROM中。332.1.2 可編程序控制器的軟件系統(tǒng) PLC除了硬件系統(tǒng)外，還需要軟件系統(tǒng)的支持，它們相輔相成，缺一不可，共同

25、構(gòu)成PLC。PLC的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序(又稱系統(tǒng)軟件)和用戶程序(又稱應(yīng)用軟件)兩大部分組成。 1. 系統(tǒng)程序 系統(tǒng)程序由PLC的制造企業(yè)編制，固化在PROM或EPROM中，安裝在PLC上，隨產(chǎn)品提供給用戶。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和供系統(tǒng)調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)程序模塊等。34 (1) 系統(tǒng)管理程序。它的主要功能如下： 時(shí)間分配的運(yùn)行管理，即實(shí)現(xiàn)PLC輸入、輸出運(yùn)算，自檢及提供通信時(shí)序。 存儲(chǔ)空間的分配管理，即生成用戶環(huán)境，規(guī)定各種參數(shù)、程序的存放地址，將用戶使用的數(shù)據(jù)參數(shù)存儲(chǔ)地址轉(zhuǎn)化為實(shí)際的數(shù)據(jù)格式及物理存儲(chǔ)地址。 系統(tǒng)的自檢程序，即對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行出錯(cuò)檢驗(yàn)、用戶程序語(yǔ)法檢驗(yàn)、句法檢驗(yàn)、警戒

26、時(shí)鐘運(yùn)行等。在系統(tǒng)管理程序的控制下，整個(gè)PLC能正確、有效地工作。35 (2) 用戶指令解釋程序。它可將用戶用各種編程語(yǔ)言(梯形圖、語(yǔ)句表等)編制的應(yīng)用程序翻譯成CPU能執(zhí)行的機(jī)器指令。 (3) 供系統(tǒng)調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)程序模塊。它由許多獨(dú)立的程序塊組成，各自完成包括輸入、輸出、特殊運(yùn)算等不同的功能。PLC的各種具體工作都由這部分來(lái)完成。 由于通過(guò)改進(jìn)系統(tǒng)程序可以在不改變硬件系統(tǒng)的情況下大大改善PLC的性能，因此制造企業(yè)對(duì)系統(tǒng)程序的編制極為重視，其產(chǎn)品的系統(tǒng)程序也在不斷升級(jí)和完善。36 2. 用戶程序 用戶程序是根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程控制的要求由用戶使用制造企業(yè)提供的編程語(yǔ)言自行編制的應(yīng)用程序。用戶程序包括開(kāi)關(guān)

27、量邏輯控制程序、模擬量運(yùn)算程序、閉環(huán)控制程序和操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序等。 (1) 開(kāi)關(guān)量邏輯控制程序。它是PLC用戶程序中最重要的一部分，一般采用梯形圖、助記符或功能塊圖等編程語(yǔ)言編制。不同的PLC制造企業(yè)提供的編程語(yǔ)言有不同的形式，至今還沒(méi)有一種能全部兼容的編程語(yǔ)言。37 (2) 模擬量運(yùn)算程序及閉環(huán)控制程序。通常，它是在大中型PLC上實(shí)施的程序，由用戶根據(jù)需要按PLC提供的軟件和硬件功能進(jìn)行編制。編程語(yǔ)言一般采用高級(jí)語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言。一些制造企業(yè)為方便用戶編程，也提供相應(yīng)編程軟件供用戶進(jìn)行編制模擬量運(yùn)算和PID控制等的程序。 (3) 操作站系統(tǒng)程序。它是大型PLC系統(tǒng)經(jīng)過(guò)通信聯(lián)網(wǎng)后，由用戶為進(jìn)行

28、信息交換和管理而編制的程序。它包括各類畫(huà)面的操作顯示程序，一般采用高級(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。一些制造企業(yè)也提供了人機(jī)界面的有關(guān)軟件，用戶可以根據(jù)制造企業(yè)提供的軟件使用說(shuō)明進(jìn)行操作站的系統(tǒng)畫(huà)面組態(tài)和編制相應(yīng)的應(yīng)用程序。382.2 可編程序控制器的工作過(guò)程與工作原理2.2.1 可編程序控制器的工作過(guò)程 PLC上電后，就在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下，周而復(fù)始地按固定順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的各種任務(wù)進(jìn)行查詢、判斷和執(zhí)行，這個(gè)過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描過(guò)程。一個(gè)循環(huán)掃描過(guò)程稱為掃描周期。 PLC采用周期掃描機(jī)制，簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)可靠性。具體表現(xiàn)在：在一個(gè)掃描周期內(nèi)，前面執(zhí)行的任務(wù)結(jié)果立即就可被后面將要執(zhí)行的任務(wù)所用

29、；可以通過(guò)設(shè)定一個(gè)監(jiān)視定時(shí)器來(lái)監(jiān)視每個(gè)掃描周期的時(shí)間是否超過(guò)規(guī)定值，避免某個(gè)任務(wù)進(jìn)入死循環(huán)而引起的故障。PLC的工作過(guò)程如圖2.7所示。39圖2.7 PLC的工作過(guò)程40 PLC在一個(gè)掃描周期內(nèi)基本上要執(zhí)行以下六個(gè)任務(wù)： (1) 運(yùn)行監(jiān)控任務(wù)。為了保證系統(tǒng)可靠工作，PLC內(nèi)部設(shè)置了系統(tǒng)監(jiān)視定時(shí)器WDT，由它來(lái)監(jiān)視掃描周期是否超時(shí)。PLC在每個(gè)掃描周期內(nèi)都要對(duì)WDT進(jìn)行復(fù)位操作，如果不能執(zhí)行該任務(wù)，則WDT的計(jì)時(shí)會(huì)超過(guò)設(shè)定值，也就是掃描周期超過(guò)了規(guī)定時(shí)間，這表明系統(tǒng)的硬件或用戶軟件發(fā)生了故障。當(dāng)WDT超時(shí)后，它會(huì)自動(dòng)發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，并停止PLC的運(yùn)行。WDT的時(shí)間設(shè)定值一般為掃描周期的23倍，

30、通常為100200 ms，很多PLC可以由用戶根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況通過(guò)硬件或軟件來(lái)設(shè)定。41 (2) 與編程器交換信息任務(wù)。編程器是PLC的外部設(shè)備，它與主機(jī)的外設(shè)I/O接口相連。作為編制、調(diào)試用戶程序的外部設(shè)備，編程器在PLC的外部設(shè)備中占有非常重要的地位，所以在主機(jī)的掃描周期中，把與編程器交換信息的任務(wù)單獨(dú)列出，而不包括在與外部設(shè)備信息交換的任務(wù)中。編程器是人機(jī)交互的設(shè)備，用戶把應(yīng)用程序輸入到PLC中，或?qū)?yīng)用程序進(jìn)行在線運(yùn)行監(jiān)視和修改都要用到它。這就要求PLC能與編程器進(jìn)行信息交換。當(dāng)PLC執(zhí)行到與編程器交換信息任務(wù)時(shí)，就把系統(tǒng)的控制權(quán)交給編程器，并啟動(dòng)信息交換的定時(shí)器。在編程器取得控制權(quán)后

31、，用戶就利用它來(lái)修改內(nèi)存中的應(yīng)用程序，對(duì)系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行修改。如讀微處理器的狀態(tài)，讀或?qū)憯?shù)字變量和邏輯變量，封鎖或開(kāi)放輸入/輸出以及控制微處理器等。編程器在完成處理任務(wù)或達(dá)到信息交換的規(guī)定時(shí)間后，就把控制權(quán)交還給PLC。在每個(gè)掃描周期內(nèi)都要執(zhí)行此項(xiàng)任務(wù)。 42 (3) 與數(shù)字處理器(DPU)交換信息任務(wù)。一般大中型PLC多為雙處理器系統(tǒng)，一個(gè)是字節(jié)處理器(CPU)，另一個(gè)是數(shù)字處理器(DPU)。CPU是系統(tǒng)的主處理器，由它處理字節(jié)操作指令，控制系統(tǒng)總線，統(tǒng)一管理各種接口和輸入/輸出單元；DPU是系統(tǒng)的從處理器，它的作用是處理位操作指令，協(xié)助主處理器加快整個(gè)系統(tǒng)的處理速度。當(dāng)PLC為雙處理器系

32、統(tǒng)時(shí)，就會(huì)有與數(shù)字處理器交換信息的任務(wù)。該任務(wù)主要是數(shù)字處理器(DPU)的寄存器信息與主系統(tǒng)的寄存器信息和開(kāi)關(guān)量信息的交換。這個(gè)任務(wù)占用的時(shí)間隨信息交換量而變化。在一般小型PLC中是沒(méi)有這個(gè)任務(wù)的。43 (4) 與外部設(shè)備交換信息任務(wù)。該任務(wù)主要是PLC與上位計(jì)算機(jī)、其他PLC或一些終端設(shè)備(如彩色圖形顯示器、打印機(jī)等設(shè)備)進(jìn)行信息交換。這一任務(wù)的大小和占用時(shí)間的長(zhǎng)短隨主機(jī)外部設(shè)備的數(shù)量和數(shù)據(jù)通信量而變化。如果沒(méi)有連接外部設(shè)備，則該任務(wù)跳過(guò)。 (5) 執(zhí)行用戶程序任務(wù)。用戶程序是由用戶根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況而編制的程序，存放在RAM或EPROM中。PLC在每個(gè)掃描周期內(nèi)都要把用戶程序執(zhí)行一遍，用戶程

33、序的執(zhí)行是按用戶程序的實(shí)際邏輯關(guān)系結(jié)構(gòu)由前向后逐步掃描處理的，并把運(yùn)行結(jié)果裝入輸出狀態(tài)暫存區(qū)中，系統(tǒng)的全部控制功能都在這一任務(wù)中實(shí)現(xiàn)。44 (6) 輸入/輸出信息處理任務(wù)。PLC內(nèi)部開(kāi)辟了兩個(gè)暫存區(qū)，即輸入信號(hào)和輸出信號(hào)狀態(tài)暫存區(qū)。用戶程序從輸入信號(hào)狀態(tài)暫存區(qū)中讀取輸入信號(hào)狀態(tài)，運(yùn)算處理后將結(jié)果放入輸出信號(hào)狀態(tài)暫存區(qū)中。輸入/輸出信號(hào)狀態(tài)暫存區(qū)與實(shí)際輸入/輸出單元的信息交換是通過(guò)輸入/輸出任務(wù)實(shí)現(xiàn)的。輸入/輸出任務(wù)還包括對(duì)輸入/輸出擴(kuò)展接口的操作，通過(guò)輸入/輸出擴(kuò)展接口實(shí)現(xiàn)主機(jī)的輸入/輸出狀態(tài)暫存區(qū)與簡(jiǎn)單輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)中的輸入/輸出單元或與智能型輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)中的輸入/輸出狀態(tài)區(qū)之間的

34、信息交換。PLC在每個(gè)掃描周期中都執(zhí)行該任務(wù)。452.2.2 可編程序控制器的輸入/輸出過(guò)程 PLC的工作方式是周期掃描方式，所以其輸入/輸出過(guò)程是定時(shí)進(jìn)行的，即在每個(gè)掃描周期內(nèi)只進(jìn)行一次輸入和輸出的操作。在進(jìn)行輸入操作時(shí)，首先啟動(dòng)輸入單元，把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后全部讀入，然后進(jìn)行數(shù)字濾波處理，最后把有效值放入輸入信號(hào)狀態(tài)暫存區(qū)；在進(jìn)行輸出操作時(shí)，首先把輸出信號(hào)狀態(tài)暫存區(qū)中的信號(hào)全部送給輸出單元，然后進(jìn)行傳送正確性檢查，最后啟動(dòng)輸出單元把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對(duì)用戶程序而言，要處理的輸入信號(hào)是輸入信號(hào)狀態(tài)暫存區(qū)的信號(hào)，而不是實(shí)際的信號(hào)。運(yùn)算處理后的輸出信號(hào)被放入輸出信號(hào)狀態(tài)

35、暫存區(qū)中，而不是直接輸出到現(xiàn)場(chǎng)的。46所以在用戶程序執(zhí)行的這一周期內(nèi)，其處理的輸入信號(hào)不再隨現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的變化而變化；與此同時(shí)，雖然輸出信號(hào)狀態(tài)暫存區(qū)中信號(hào)隨程序執(zhí)行的結(jié)果不同而不斷變化，但是實(shí)際的輸出信號(hào)是不變的，在輸出過(guò)程中，只有最后一次操作結(jié)果對(duì)輸出信號(hào)起作用。PLC周期性的輸入/輸出處理方式對(duì)一般控制對(duì)象而言是能夠滿足的，但是對(duì)那些要求響應(yīng)時(shí)間小于掃描周期的控制系統(tǒng)則不能滿足，這時(shí)可以用智能型輸入/輸出單元或?qū)ｉT的軟件指令，通過(guò)與掃描周期脫離的方式來(lái)解決。472.2.3 可編程序控制器的中斷輸入處理過(guò)程 PLC的中斷輸入處理方法同一般計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是基本相同的，即當(dāng)有中斷申請(qǐng)信號(hào)輸入后，系統(tǒng)要

36、中斷正在執(zhí)行的相關(guān)程序而轉(zhuǎn)向執(zhí)行中斷子程序；當(dāng)有多個(gè)中斷源時(shí)，它們將按中斷的優(yōu)先級(jí)有一個(gè)先后順序的排隊(duì)處理。系統(tǒng)可以通過(guò)程序設(shè)定允許中斷或禁止中斷。 PLC對(duì)中斷的響應(yīng)不是在每條指令執(zhí)行結(jié)束后進(jìn)行，而是在掃描周期內(nèi)某一個(gè)任務(wù)完成后進(jìn)行的，如圖2.7所示。48 PLC的中斷源信息是通過(guò)輸入單元進(jìn)入系統(tǒng)的。由于PLC掃描輸入點(diǎn)是按順序進(jìn)行的，因此中斷源的先后順序根據(jù)其占用的輸入點(diǎn)位置而自動(dòng)排序，當(dāng)系統(tǒng)接到中斷申請(qǐng)后便順序掃描中斷源。它可能只有一個(gè)中斷源申請(qǐng)中斷，也可能同時(shí)有兩個(gè)或多個(gè)中斷源提出申請(qǐng)中斷。系統(tǒng)在掃描中斷源的過(guò)程中，就在存儲(chǔ)器的一個(gè)特定區(qū)里建立中斷處理表，按順序存放中斷信息，然后系統(tǒng)按

37、照該表順序先后轉(zhuǎn)至相應(yīng)的中斷子程序去處理。49 PLC的中斷源有優(yōu)先順序，一般無(wú)嵌套關(guān)系，即在中斷程序執(zhí)行中，如果有新的中斷發(fā)生，無(wú)論它的優(yōu)先順序如何，都不能中斷正在執(zhí)行的中斷程序。只有在原中斷處理程序結(jié)束后，才能進(jìn)行新的中斷處理。 PLC是以循環(huán)掃描方式工作的，正常的輸入/輸出處理是在掃描周期內(nèi)的某一個(gè)階段進(jìn)行的，對(duì)于中斷處理子程序中有關(guān)信息的輸出必須采取特殊處理，即這部分輸出信息不通過(guò)周期掃描方式輸出，而利用專門的硬件或軟件去立即執(zhí)行。 502.2.4 可編程序控制器的工作原理 PLC的工作原理與計(jì)算機(jī)的工作原理是基本一致的。它通過(guò)執(zhí)行用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)。但是，在時(shí)間上，PLC執(zhí)行的任

38、務(wù)是串行的，與繼電器邏輯控制系統(tǒng)中控制任務(wù)的執(zhí)行有所不同。 從PLC的工作過(guò)程可以看到，整個(gè)工作過(guò)程是以循環(huán)掃描的方式進(jìn)行的。循環(huán)掃描方式是指在程序執(zhí)行過(guò)程的周期中，程序?qū)Ω鱾€(gè)過(guò)程輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，對(duì)采樣的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和處理，并把運(yùn)算結(jié)果輸出到生產(chǎn)過(guò)程的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中。51 在這個(gè)執(zhí)行周期中，一些輸入變量可能有變化，而有些輸入變量可能沒(méi)有發(fā)生變化，相應(yīng)地有些輸出變量有變化，有些輸出變量沒(méi)有變化。在PLC中，采用循環(huán)掃描的方式，不斷地對(duì)輸入和輸出變量進(jìn)行采樣和輸出，使得變量滿足程序條件時(shí)，及時(shí)有相應(yīng)的輸出使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。這里，與計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行過(guò)程的區(qū)別是，在計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程中，如果變量的條件沒(méi)有滿足

39、，程序?qū)⒌却钡皆摋l件滿足。而在PLC中，程序執(zhí)行時(shí)，如果這一個(gè)掃描周期變量的條件未滿足，程序?qū)⒗^續(xù)執(zhí)行下去，直到下面的某一個(gè)掃描周期中，變量的條件滿足時(shí)，滿足條件的運(yùn)行結(jié)果就被執(zhí)行。采用循環(huán)掃描的方式，由于掃描周期的時(shí)間很短，只要變量滿足條件的時(shí)間大于掃描周期，該變量滿足條件就能被PLC的程序執(zhí)行。52在這個(gè)執(zhí)行周期中，一些輸入變量可能有變化，而有些輸入變量可能沒(méi)有發(fā)生變化，相應(yīng)地有些輸出變量有變化，有些輸出變量沒(méi)有變化。在PLC中，采用循環(huán)掃描的方式，不斷地對(duì)輸入和輸出變量進(jìn)行采樣和輸出，使得變量滿足程序條件時(shí)，及時(shí)有相應(yīng)的輸出使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。這里，與計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行過(guò)程的區(qū)別是，在計(jì)算機(jī)

40、的工作過(guò)程中，如果變量的條件沒(méi)有滿足，程序?qū)⒌却?，直到該條件滿足。而在PLC中，程序執(zhí)行時(shí)，如果這一個(gè)掃描周期變量的條件未滿足，程序?qū)⒗^續(xù)執(zhí)行下去，直到下面的某一個(gè)掃描周期中，變量的條件滿足時(shí)，滿足條件的運(yùn)行結(jié)果就被執(zhí)行。采用循環(huán)掃描的方式，由于掃描周期的時(shí)間很短，只要變量滿足條件的時(shí)間大于掃描周期，該變量滿足條件就能被PLC的程序執(zhí)行。53 PLC中斷處理的原理與計(jì)算機(jī)中斷處理的原理也是基本一致的，上面已經(jīng)進(jìn)行了討論。可以看到，中斷的處理過(guò)程是在每個(gè)任務(wù)結(jié)束后進(jìn)行的，在每個(gè)任務(wù)執(zhí)行的過(guò)程中，PLC對(duì)中斷是不響應(yīng)的，這是與計(jì)算機(jī)的中斷響應(yīng)有所區(qū)別的第一點(diǎn)；在用戶程序的任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中，PLC也需

41、要程序塊執(zhí)行完成后才能執(zhí)行中斷子程序，這是與計(jì)算機(jī)中立即執(zhí)行中斷子程序的方式有所區(qū)別的第二點(diǎn)；中斷的優(yōu)先級(jí)處理和輸出的區(qū)別是與計(jì)算機(jī)中斷處理不同的第三點(diǎn)。產(chǎn)生區(qū)別的主要原因是由于PLC采用循環(huán)掃描工作方式，在系統(tǒng)軟件的編制過(guò)程中，對(duì)中斷處理采用了與計(jì)算機(jī)不同的處理方法。因此，在應(yīng)用時(shí)要注意它與計(jì)算機(jī)的不同點(diǎn)，并在編程時(shí)加以注意。54 PLC的輸入/輸出處理也因PLC采用循環(huán)掃描的工作方式而與計(jì)算機(jī)的處理方式有所區(qū)別。即只有在程序掃描到該變量時(shí)，才進(jìn)行采樣，而該變量可能在掃描前的某一時(shí)刻已經(jīng)發(fā)生了變化。為了及時(shí)得到變量的變化信息，可以縮短掃描周期，也可以采用智能輸入/輸出模塊，它有獨(dú)立的微處理器

42、和存儲(chǔ)器，與中央處理單元分別進(jìn)行處理。552.3 可編程序控制器的編程語(yǔ)言和程序結(jié)構(gòu)2.3.1 可編程序控制器的編程語(yǔ)言 PLC為用戶提供了完整的編程語(yǔ)言，以適應(yīng)編制用戶程序的需要。PLC提供的編程語(yǔ)言通常有以下幾種：梯形圖、指令表、順序功能流程圖和功能塊圖。下面以S7-200系列PLC為例加以說(shuō)明。56 1. 梯形圖(LAD) 梯形圖(LAD)編程語(yǔ)言是從繼電器控制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的。PLC的梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號(hào)和表達(dá)方式上有一定區(qū)別。 圖2.8是一個(gè)典型的梯形圖。左右兩條垂直的線稱作母線。母線之間是觸點(diǎn)的邏輯連接和線圈的輸出。57圖2.

43、8 典型的梯形圖58 梯形圖的一個(gè)關(guān)鍵概念是“能流”(Power Flow)，這僅是概念上的“能流”。圖2.8中，把左邊的母線假想為電源“火線”，而把右邊的母線(虛線所示)假想為電源“零線”。如果有“能流”從左至右流向線圈，則線圈被激勵(lì)；如果沒(méi)有“能流”，則線圈未被激勵(lì)。 “能流”可以通過(guò)被激勵(lì)(ON)的常開(kāi)接點(diǎn)和未被激勵(lì)(OFF)的常閉接點(diǎn)自左向右流?！澳芰鳌痹谌魏螘r(shí)候都不會(huì)通過(guò)接點(diǎn)自右向左流。如圖2.8中，當(dāng)A、B、C接點(diǎn)都接通后，線圈M才能接通(被激勵(lì))，只要其中一個(gè)接點(diǎn)不接通，線圈就不會(huì)接通；而D、E、F接點(diǎn)中任何一個(gè)接通，線圈Q就被激勵(lì)。59 要強(qiáng)調(diào)指出的是，引入“能流”的概念，僅僅是為了和繼電接觸器控制系統(tǒng)相比較，以對(duì)梯形圖有一個(gè)深入的認(rèn)識(shí)，其實(shí)“能流”在梯形圖中是不存在的。 有的PLC的梯形圖有兩根母線，但大部分PLC現(xiàn)在只保留左邊的母線了。在梯形圖中，觸點(diǎn)代表邏輯“輸入”條件，如開(kāi)關(guān)、按鈕、內(nèi)部條件等；線圈通常代表邏輯“輸出”結(jié)果，如燈、電機(jī)接觸器、中間繼電器等。對(duì)S7-200系列PLC來(lái)說(shuō)，還有一種輸出“盒”(方塊圖)，它代表附加的指令，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和功能指令等。梯形圖語(yǔ)言簡(jiǎn)單明了，易于理解，是所有編程語(yǔ)言的首選。60 2. 指令表(STL) 指令表