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    可編程控制器的工作原理是什么?

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    可編程控制器的工作原理是什么?
    發布時間:2018-10-10    點擊次數:次   
    可編程控制器的基本工作原理:

        可編程控制器(PLC)的工作有兩個要點:入出信息變換、可靠物理實現,入出信息變換主要由運行存儲于PLC內存中的程序實現。這程序既有系統的(這程序又稱監控程序,或操作系統),又有用戶的。系統程序為用戶程序提供編輯與運行平臺,同時,還進行必要的公共處理,如自檢,I/O刷新,與外設、上位計算機或其它PLC通訊等處理。用戶程序由用戶按照控制的要求進行設計。什么樣的控制,就有什么樣的用戶程序。

          可靠物理實現主要通過輸入(I, INPUT)及輸出(O, OUTPUT)電路。每一輸入點或輸出點就有一個I或O電路。而且,總是把若干個這樣電路集成在一個模塊(或箱體)中,然后再由若干個模塊(或箱體)集成為PLC完整的I/O系統(電路)。盡管這些模塊相當多,占了PLC體積的大部分,但由于它們都是由高度集成化的,所以,PLC的體積還是不太大的。

    輸入電路時刻著輸入點的(通、ON或斷、OFF)狀態,并將此狀態暫存于它的輸入暫存器(還可能有別的稱謂)中。每一輸入點都有一個與其對應的輸入暫存器。

          輸出電路有輸出鎖存器(還可能有別的稱謂)。它也有兩個狀態,高、低電位狀態,并可鎖存。同時,它還有相應的物理電路,可把這個高、低電位的狀態傳送給輸出點。每一輸出點都有一個與其對應的輸出鎖存器。

          這里的輸入暫存器及輸出鎖存器實際是PLC的I/O電路的寄存器。它們與PLC內存交換信息通過PLC I/O總線及運行PLC的系統程序實現。

          把輸入暫存器的信息讀到PLC的內存中,稱輸入刷新。PLC內存有專門開辟的存放輸入信息的映射區。這個區的每一對應位(bit)稱為輸入繼電器,或稱軟觸點,或稱為過程映射輸入寄存器(the process-image input register)。這些位(bit)置成,表示觸點通,置成0為觸點斷。由于它的狀態是由輸入刷新得到的,所以,它反映的就是輸入點的狀態。

          輸出鎖存器與PLC內存中的輸出映射區也是對應的。一個輸出鎖存器也有一個內存位(bit)與其對應,這個位稱為輸出繼電器,或稱輸出線圈,或稱為過程映射輸出寄存器(the process-image output register)。通過PLC I/O總線及運行系統程序,輸出繼電器的狀態將映射給輸出鎖存器。這個映射的完成也稱輸出刷新。

          PLC除了有可接收開關信號的輸入電路,有時,還有接收模擬信號的輸入電路(稱模擬量輸入單元或模塊)。只是后者先要進行模、數轉換,然后,再把轉換后的數據存入PLC相應的內存單元中。

          如要產生模擬量輸出,則要配有模擬量輸出電路(稱模擬量輸出模塊或單元)??克鼘LC相應的內存單元的內容進行數、模轉換,并產生輸出。

    這樣,用戶所要編的程序只是,PLC輸入有關的內存區到輸出有關的內存區的變換。這是一個數據及邏輯處理問題。由于PLC有強大的指令系統,編寫出滿足這個要求的程序是完全可能的。

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          圖對以上敘述作了說明。其中框圖代表信息存儲的地點,箭頭代表信息的流向及實現信息流動的手段。這個圖,既反映了PLC實現控制的兩個基本要點,同時也反映了信息在PLC中的空間關系。

          簡單地說,PLC工作過程是:輸入刷新---運行用戶程序---輸出刷新,再輸入刷新---再運行用戶程序---再輸出刷新??永不停止地循環反復地進行著。

          圖2所示的流程圖反映的就是上述過程。它也反映了信息間的時間關系。



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    a- 簡化工作流程圖              b – 實際工作流程圖

    圖2 PLC工作流程圖

         有了上述過程,用PLC實現控制顯然是可能的。因為:有了輸入刷新,可把輸入電路得到的輸入信息存入PLC的輸入映射區;經運行用戶程序,輸出映射區將得到變換后的信息;再經輸出刷新,輸出鎖存器將反映輸出映射區的狀態,并通過輸出電路產生相應的輸出。又由于這個過程是永不停止地循環反復地進行著,所以,輸出總是反映輸入的變化。只是響應的時間上,略有滯后。但由于PLC的工作速度很快,所以,這個“略有滯后”的時間是很短的,一般也就是幾毫秒、幾十毫秒,多也不會超過00到200毫秒。

    圖2a所示的是簡化的過程,實際的PLC工作過程還要復雜些。除了I/O刷新及運行用戶程序,還要做些其它的公共處理工作。公共處理工作有:循環時間、外設服務及通訊處理等。

          循環時間的目的是避免用戶程序“死循環”,保證PLC能正常工作。為避免用戶程序“死循環”的辦法是用“看門狗”(Watching dog),即設一個定時器,監測用戶程序的運行時間。只要循環超時,即報警,或作相應處理。

          外設服務是讓PLC可接受編程器對它的操作,或向編程器輸出數據。

    通訊處理是實現與計算機,或與其它PLC,或與智能操作器、傳感器進行信息交換的。這也是增強PLC控制能力的需要。

          也就是說,實際的PLC工作過程總是:公共處理——I/O刷新——運行用戶程序——再公共處理——?反復不停地重復著。圖2b所示的是實際的過程。

          此外,PLC上電后,也要進行系統自檢及內存的初始化工作,為PLC的正常運行做好準備。

          用這種不斷地重復運行程序以實現控制,稱掃描方式工作。是PLC基本的工作方式。

          此外,為了應對緊急任務,PLC還有中斷工作方式。在中斷方式下,需處理的任務先申請中斷,被響應后停止正運行的程序,轉而去處理中斷工作(運行有關中斷的服務程序)。待處理完中斷,又返回運行原來程序。

          PLC的中斷方式的任務,或稱事件,是分等級的。同時出現兩個或多個中斷事件,則優先級高的先處理,繼而處理低的。直到全部處理完中斷任務,再轉為執行掃描程序。

          PLC對大量控制都用掃描方式工作,而對個別急需的處理,則用中斷方式。這樣,既可做到所有的控制都能照顧到,而個別應急的任務也能及時進行處理。

          當然,PLC的實際工作過程比這里講的還要復雜一些,分析其基本原理,也還有一些理論問題。但如果能弄清上面介紹的思路,也可知到PLC是怎么工作的了。

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