陕西西门子总代理商PLC

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可编程序控制器(PLC)的工作方式及工作原理

 1.工作方式

  可编程序控制器有两种工作方式,即RUN(运行)方式与STOP(停止)方式。

  在RUN方式,通过执行反晚控制要求的用户程序来实现控制功能。在CPU模块的面板上用“RUN"LED显示当前的工作方式。

  在STOP方式.CPI不执行用户程序,可用编程软件创建和编辑用户程序.设置可编和p控制器的硬件功能,并将用户程序和硬件设置信息下载到可编程序控制器。

  如果有致命错误,在消除它之前不允许从停止方式进入运行方式。可编程序控制器操形系统储存非统命错误供用户检查,但不会从运行方式自动进人停止方式。

  2.用方式开关改变工作方式

  CPU模块上的方式开关在STOP位置时将停止用户程序的运行;在RUN位置时,将启可用户程序的运行。方式开关在STOP或TERM(terminal,终端)位置时,电源通电后CPU自动进入STOP方式;在RUN位置时,电源通电后自动进人RUN方式。

  3.用STEP7-Micro/WIN32编程软件改变工作方式

  在用编程软件控制CPU的工作方式之前;应在编程软件与可编程序控制器之间走立起通信连接,并将方式开关设置在RUN或TERM位置。允许用编程软件政变CPU的工作方式。在软件中单击1具条上的运行按钮可进人运行方式,单击停止按钮可进人停止方式选择“PLC-运行"菜单命令可进人运行方式,选择“PLC一停止"菜单命令可进人停止方式。

  4.在程序中改变工作方式

  在程序中插人STOP指令，可使CPU由RUN方式进人STOP方式。

  可编程序控制器的工作原理

  可编程序控制器通电后,需要对硬件和软件做一些初始化的工作。为了使可编程序控制器的输出及时地响应各种输人信号,初始化后反复不停地分阶段处理各种不同的任子(见图2-9),这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。

  1.读取输入

  在可编程序控制器的存储器中,设置了一片区域来存放输人信号和输出信号的状态，它们分别称为输人映像寄存器和输出映像寄存器。CPU以字节(8位)为单位来读写输人/输出(L/O)映像寄存器。

  在读取输人阶段,可编程序控制器把所有外部数字量输人电路的ON/OFF(1/0)状态读人输人映像寄存器。外接的输人电路闭合时,对应的输人映像寄存器为样1状态,梯形图中对应的输人点的常开触点接通,常闭触图2-9扫描过程点断开。外接的输人电路断开时,对应的输人映像寄存器为0状态,梯形图中对应的输人点的常开触点断开,常闭触点接通。

  图2-9扫描过程

  2.执行用户程序

  可编程序控制器的用户程序由若干条指令组成,指令在存储器顺序排列。在RUN序工作方式的程序执行阶段,在没有跳转指令时，CPU从条指令开始,逐条顺序地执行用户程序,直至遇到结束(END)指令，遇到结束指令时,CPU检查系统的智能模块是否雷要服务。

  在执行指令时,从VO映像寄存器或别的位元件的映像寄存器读出其0/1状态,并根抑指令的要求执行相应的逻辑运算,达算的结果写人到相应的映像寄存器中。因此,各映像寄存器(只读的输人映像寄存器除外)的内容随着程序的执行而变化。

  在程序执行阶段,即使外部输人信号的状态发生了变化,输人映像寄存器的状态也不会随之而变,输人信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的读取输人阶段被读人。执行程序时，对输人/输出的存取通常是通过映像寄存器,而不是实际的O点,这样做有以下好处:

  (1)程序执行阶段的输人值是固定的,程序执行完后再用输出映像寄存器的值更新输出点,使系统的运行稳定。

  (2)用户程序读写DO映像寄存器比读写I0点快得多,这样可以提高程序的执行速度。

  (3)I/0点按位来存取.而映像寄存器可按位、字节、字或双字来存取,灵括性好。

  3.通信处理

  在智能模块通信处理阶段,CPL模块检查智能模块是否需要服务,如果需要,读取智能模块的信息并存放在缓冲区中,供下一扫描周期使用。在通信信息处理阶段,CPU处理通信口接收到的信息,在适当的时候将信息传送给通信请水方。

  4.CPU自诊断测试

  自诊断测试包括定期检查EEPROM、用户程序存储器、L0模块状态以及IO扩展总线的一致性,将监控定时器复位,以及完成些别的内部工作。

  5.修改输出

  CPU执行完用户程序后,将输出映像寄存器的0/1状态传送到输出模块并锁存起来。柳形图中某一输出位的线圈“通电"时.对应的输出映像寄存器为1状态。信号经输出模块隔离和功率放大后,继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电,其常开触点闭合,使外部负载通电工作。若梯形图中输出点的线圈“断电",对应的输出映像寄存器中存放的二述制数为0,将它送到继电器型输出模块,对应的硬件维电器的线圆断电,其常开触点断开,外部负载断电.停止工作。

  当CPU的工作方式从RLN变为STOP时,数字量输出被置为系统块中的输出表定义的状态,或保持当时的状态(见8.2节)。默认的设置是将数字输出清零,模拟量输出保持后写的值。

  6，中断程序的处理

  如果在程序中使用了中断,中断事件发生时立即执行中新程序,中断程序可能在扫描周期的任意点上被执行:

  7.立即1/O处理

  在程序执行过程中使用立即1/O指令可以直接存取VO点:用立即/O指令读输人点的值时,相成的输人映像寄存器的值未被更新。用立即O指令来西写输出占时叶,相应的出映像寄存器的值被更新。

  下面用一个简单的例子来进一步说明可编程序控制器的扫捕工作过程,图2-10中的可能程序控制着控制系统与图2-8中的综电器拉制电路的功能相同，起动按钮SBI和停止共与SB2的常开触点分别接在编号为0.1和0.2的输人端,接触器KM的线图接在编号为0.0日输出端。如果热继电器R动作其常闭触点断开后需于动复位,可将FR的常闭触点与接触器KM的线圈申联,这样可以少用一个可编程序控制器的输人点。

  图2-10梯形图中的10.1与10.2是输人变量,00.0是输出变量,它们都是梯形图中的答程元件。10.1与接在输人端子0.1的SB1的常开触点和输人映像寄存器I0.1相对应,Q0.0与接在输出端子0.0的可编程序控制器内的输出电路和输出映像寄存器Q0.0相对应。

  梯形图以指令的形式储存在可编程序控制器的用户程序存储器中,图2-10中的梯形图与下面的4条指令相对应,“//"之后是该指令的注释。

  LD 10.1 //接在左们母线上的10.1的常开触点

  0 Q0.0 //与10.1的常开触点并联的O0.0的常开社点

  AN 10.2 //与升联电路出联的0.2的常闭触点

  = Q0.0 //Q0.0的线圈

  图2-10中的梯形图完成的理辑运算为:

  图2-10 PLC外部接线图与梯形国

  在读取输人阶段,CPU将SB1.SB2的常开触点的ON/OFF状态读人相应的输人映像寄存器,外部触点按通时二进制数1存人寄存器,反之存人0。

  执行条指令时,从输人映像寄存带101中取山二进制数并存人堆栈的栈顶,堆栈是存储器中的一片特殊的区域。

  执行第二条指令时,从输出映像寄存器Q0.0中取出二进制数,并与校顶中的二进制数相"或”(触点的并联对应“或"运算),运算结果存人栈顶。

  执行第三条指令时,取出输人映像寄存器T0.2中的二进制数,因为是常闭触点，收反后与前面的运算结果相"与"(电路的串联对应“与"运算),然后存人栈顶。

  执行第四条指令时,将栈顶中的二进制数送人Q0.0的输出映像寄存器。

  在修改输出阶段，CPU将各输出映像寄存器中的二进制数传送给输出模块并镇存起来，如果输出映像害存器00.0中存放的是一进制数1.外技的KM线用将通电.反之将断电。

  20I0.1、10.2和Q0.0的波形中的高电平表示按下按钮或KM线圈通电,当t<t1时,读人输人映像寄存器i0.1和10.2的均为二进制数0,此时输出映像寄存器q0.0中存放的亦为0,在程序执行阶段,经过上述逻辑运算过程之后,运算结果仍为00.0=0,所以km的线圈处于断电状态。在1<1区间,虽然输人、输出信号的状态没有变化,用户程序仍一直反复不断地执行着。t=t1时按下起动按钮sb1,i0.1变为1状态,经逻辑运算后q0.0也变为1状态,在输出处理阶段,将00.0对应的输出映像寄存器中的1送到输出模块,输出模块中与q0.0对应的物理继电器的常开触点接通,接触器km的线圈通电。

　 可编程序控制器的输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输出单元从广义上分包含两部分：一是与被控设备相连接的接口电路，另一部分是输出的映像寄存器。

       PLC运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点相对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯等被控设备的执行元件。

 　　输出接口电路通常有三种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出则。每种输出电路都采用电气隔离技术，电源由外部提供，输出电流一般为1.5—2A，输出电流的额定值与负载的性质有关。

 　　为使PLC避免受瞬间大电流的作用而损坏，输出端外部接线采用保护措施：一是输出公共端接熔断器；二是采用保护电路，对交流感件负载，一般用阻容吸收回路；对直流感性负载用续流二极管。部分的PLC的输出端子采用分组式和分隔式。对于晶体管输出型还有源型输出和漏型输出两种形式。部分的欧美品牌的PLC采用源型输出，而部分的亚洲品牌的PLC采用漏型输出。