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可编程序控制器的结构和基本原理

放大字体  缩小字体发布日期:2012-11-29  浏览次数:1009
核心提示:可编程序控制器简称PLC,是将自动化、计算机、通信等技术融为一体的新型工业自动控制装置。它具有通用性好、可靠性高、环境适应性好、抗干扰能力强、接线简单、编程容易等优点
 

可编程序控制器简称PLC,是将自动化、计算机、通信等技术融为一体的新型工业自动控制装置。它具有通用性好、可靠性高、环境适应性好、抗干扰能力强、接线简单、编程容易等优点,是实现机电一体化的理想控制装置。目前国内外PLC的种类繁多,功能各异,但它们的基本工作原理是相同的。下面将介绍PLC的基本结构和工作原理。

10.2.1 PLC的基本结构

目前PLC的生产厂家很多,产品结构各不相同,但基本组成大致如图l0一2所示。

由图可以看出,PLC采用了典型的计算机结构,主要包括CPU、RAM、EPROM和输入输出接口电路等,其内部采用总线结构进行数据和指令的传输。外部的各种开关信号、模拟信号以及传感器检测信号等均作为PLC的输入变量,经过PLC的外部输入端输入到内部寄存器中,经过PLC内部逻辑运算或其他各种运算处理后送到输出端子,作为PLC的输出变量,这些输出变量对外围设备进行各种控制。

图10—2单元式PLC结构框图

下面结合图10一2具体介绍各部分的作用。

①CPU它是整个PLC的核心,起着总指挥的作用。主要将信号送入PLC中存储起来;按存放的先后顺序取出用户指令,进行编译;完成用户指令的各种操作;将结果送到输出端;响应各种外围设备(打印机、编程器)的请示。

目前PLC中所用的CPU多为单片机,在高档机中现在采用16位甚至32位CPU处理器。

②存储器PLC内部的存储器有两类:一类是随机存取存储器RAM,可以随时由CPU对它进行读出、写入,用来存放各种暂存的数据、中间结果及用户程序;另一类是只读存储器ROM。CPU只能从中读取,不能写入,主要用来存放监控程序及系统内部数据,这些程序及数据出厂时固化在ROM芯片中。

③输入/输出接口电路它起着PLC与外围设备之间传递信息的作用。为了保证PLC可靠工作,设计者在PLC的接口电路上采取了不少措施,常用接口电路如图l0一3所示。由图可以看出,输入/输出接口中都具有光电耦合电路,具有抗干扰及产生标准信号的作用。在一般单元式可编程序控制器中,输入/输出接口都使用PLC本身的直流电源供电,不需要外接电源。这里要特别指出的是:输出接口在考虑外输出电源时,还要考虑输出器件的类型。继电器式的输出为有触点输出方式,可用于交流和直流两种电源,但接通、断开的频率较低;晶体管和晶闸管的输出皆为无触点输出方式,有较高的接通、断开频率,但前者只适用于高频小功率直流驱动的场合;后者适用于高频大功率交流驱动的场合。

④电源 电源是指外部交流电经整流、滤波、稳压转换成PLC各工作单元所需要的直流电源或电源模块。为避免电源间干扰。输入/输出接口的电源回路彼此互相独立。

⑤编程工具编程工具是PLC最重要的外围设备。用户利用编程工具不但可以输入、检查、修改和调试用户程序,还可以监视PLC的工作状态等。一般分为两类:一种是手持编程器,只需通过编程电缆与PLC相接即可使用;另一类是带有PLC专用工具软件的计算机,它通过RS32通信与PLC连接,若PLC使用的是RS422接口,则需另加适配器。但也有的PLC本身带有编稃器.

⑥I/O扩展接口 若主机单元的I/O点数不够用,可进行I/O扩展。即通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展单元相接,以扩充I/O点数。

除以上介绍的主要部分外,PLC还常常配有连接各种外围设备的接口并留有插座,可通过电缆方便地连接EPROM写入器、打印机等。

10.2.2 PLC的基本工作原理

(1)PLC的工作过程

PLC采用循环扫描的工作方式,它对用户程序的执行过程是通过CPU的周期循环扫描,并采用集中采样、集中输出的方式来完成,一个循环周期可分为3个工作阶段。

①输入采样阶段PLC开始执行程序之前,首先扫描全部输入端口,读取其状态并写入状态寄存器,完成输入端采样工作后,将转入程序执行阶段。在程序执行阶段即使输入端状态发生变化,输入状态寄存器的内容也不会改变,而这些变化必须等到下一个工作周期的输入刷新阶段才能被读人。

②程序执行阶段根据用户输入的控制程序,从第一条开始逐条执行,并将相应的逻辑运算结果存人内部对应的辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后,即转入输出刷新阶段。

③输出刷新阶段将输出寄存器中的内容依次送到输出锁存电路,从而驱动输出组件,这才形成PLC的实际输出。

由此可见,以上3个阶段形成了PLC的一个工作周期,循环往复,因此称为循环扫描工作方式。

(2)输入/输出滞后现象

从微观上讲,由于PLC特定的扫描方式,程序在执行过程中所用的输入信号是本周期内采样阶段的输入信号。若在程序执行过程中输入信号发生变化,其输出不能及时做出反应,只能等到下一个扫描周期开始时,才能读人该变化了的输入信号。另外,程序在执行过程中产生的输出不是立即去驱动负载,而是将处理的结果存放在输出映象寄存器中,等程序全部执行结束,才能将输出映象寄存器的内容通过锁存器输出到端子上。因此,PLC的最显著的缺点是输入/输出具有滞后现象。但对于电镀生产线来说,其输入量为一般的开关量,输入信号的变化周期(秒级以上)大于程序扫描周期(毫微秒级),因此,PLC的输入/输出滞后现象对电镀来说是完全允许的。

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