PLC的實例與掃描工作過程

　　隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制技術(shù)已擴展到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性，PLC(Programmable Logic Controller，可編程序控制器)正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。

　　PLC的應(yīng)用面廣、功能強大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要裝置之一，在工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域得到了廣泛的使用，在其他領(lǐng)域(例如民用和家庭自動化)的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。

　　國際電工委員會(IEC)在1985年的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第3稿中，對PLC作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計?！睆纳鲜龆x可以看出，PLC是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計算機，除了能完成各種各樣的控制功能外，還有與其他計算機通信聯(lián)網(wǎng)的功能。

　　PLC的推廣應(yīng)用在我國得到了迅猛的發(fā)展，它已經(jīng)大量地應(yīng)用在各種機械設(shè)備和生產(chǎn)過程的電氣控制裝置中，各行各業(yè)也涌現(xiàn)出了大批應(yīng)用PLC改造設(shè)備的成果。了解PLC的工作原理，具備設(shè)計、調(diào)試和維護PLC控制系統(tǒng)的能力，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)對電氣技術(shù)人員和工科學(xué)生的基本要求。

　　PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號(或地址號)作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。

　　PLC的一個掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。

　　PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。

　　PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。

　　輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式(繼電器、晶體管或晶閘管)輸出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。

　　下面用一個簡單的例子來進一步說明PLC的掃描工作過程。圖1-6給出了PLC的外部接線圖和梯形圖，起動按鈕SB1停止按鈕SB2和熱繼電器FR的常開觸點分別接在編號為X0~X2的PLC的輸入端，交流接觸器KM的線圈接在編號為Y0的PLC的輸出端。圖1-6b是這4個輸入/輸出變量對應(yīng)的I/O映像寄存器，圖l-6c是PLC的梯形圖，它與圖1-3所示的繼電器電路的功能相同。但是應(yīng)注意，梯形圖是一種軟件，是PLC圖形化的程序。圖中的X0等是梯形圖中的編程元件，X0~-X2是輸入繼電器，Y0是輸出繼電器。梯形圖中的編程元件X0與接在輸入端子X0的SBl的常開觸點和輸入映像寄存器X0相對應(yīng)，編程元件Y0與輸出映像寄存器Y0和接在輸出端子Y0的PLC內(nèi)部的輸出電路相對應(yīng)。

　　梯形圖以指令的形式儲存在PLC的用戶程序存儲器中，圖l-6中的梯形圖與下面的5條指令相對應(yīng)，“;”之后是該指令的注釋。

　　LD X0 ：接在左側(cè)母線上的X0的常開觸點

　　OR Y0 ;與X0的常開觸點并聯(lián)的Y0的常開觸點

　　ANI X1 ;與并聯(lián)電路串聯(lián)的X1的常閉觸點

　　ANI X2 ;串聯(lián)的X2的常閉觸點

　　OUT Y0 ;Y0的線圈梯形圖完成的邏輯運算為

　　Y0=(X0+Y0)·X1·X2

　　在輸入處理階段，CPU將SBl，SB2和FR的常開觸點的狀態(tài)讀入相應(yīng)的輸入映像寄存器，外部觸點接通時存入寄存器的是二進制數(shù)l，反之存入0。

　　執(zhí)行第l條指令時，從X0對應(yīng)的輸入映像寄存器中取出二進制數(shù)并保存起來。執(zhí)行第2條指令時，取出Y0對應(yīng)的輸出映像寄存器中的二進制數(shù)，與X0對應(yīng)的二進制數(shù)相“或”(電路的并聯(lián)對應(yīng)“或”運算)。

　　執(zhí)行第3條或第4條指令時，分別取出xl或X2對應(yīng)的輸入映像寄存器中的二進制數(shù)，因為是常閉觸點，取反后與前面的運算結(jié)果相“與”(電路的串聯(lián)對應(yīng)“與”運算)，然后存入運算結(jié)果寄存器。

　　執(zhí)行第5條指令時，將運算結(jié)果寄存器中的二進制數(shù)送入Y0對應(yīng)的輸出映像寄存器。 在輸出處理階段，CPU將各輸出映像寄存器中的二進制數(shù)傳送給輸出模塊并鎖存起來，如果Y0對應(yīng)的輸出映像寄存器存放的是二進制數(shù)1，外接的KM的線圈將通電，反之將斷電。

　　如果讀入輸入映像寄存器X0～X2的均為二進制數(shù)0，在程序執(zhí)行階段，經(jīng)過上述邏輯運算過程之后，運算結(jié)果仍為Y0=0，所以KM的線圈處于斷電狀態(tài)。按下起動按鈕SBl，X0變?yōu)閘狀態(tài)，經(jīng)邏輯運算后Y0變?yōu)?狀態(tài)，在輸出處理階段，將Y0對應(yīng)的輸出映像寄存器中的1送到輸出模塊，PLC內(nèi)Y0對應(yīng)的物理繼電器的常開觸點接通，接觸器KM的線圈通電。