可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理【主要內(nèi)容】

可編程控制器概述可編程控制器的硬件構(gòu)成可編程控制器的編程語言可編程控制器的工作原理小結(jié)思考題與習(xí)題可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理23.1可編程控制器的概述1987年2月，國際電工委員會（InternationElectricalCommittee，IEC）年頒發(fā)的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿中對可編程控制器的定義：可編程控制器是一種數(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。它采用了可編程序的存儲器，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)運學(xué)等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功能的原則設(shè)計?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理33.1可編程控制器的概述由此可見，對可編程控制器的定義隨著其功能的不斷擴展，而有所改變。無論是何種定義，都會重點說明三個概念：即PLC是什么，它具備什么功能（能干什么），以及PLC及其控制系統(tǒng)的設(shè)計原則。定義強調(diào)了PLC直接用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理43.1可編程控制器的概述3.可編程控制器的特點可靠性高，抗干擾能力強（硬件抗干擾和軟件抗干擾）。通用性強，使用方便。采用模塊化結(jié)構(gòu)，接口種類多，便于現(xiàn)場連接、擴充。編程、程序修改方便，易掌握。維護調(diào)試方便（I/O指示）?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理53.1可編程控制器的概述扛干擾硬件措施：屏蔽：對PLC的電源變壓器、內(nèi)部CPU、編程器等主要部件采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進行屏蔽，以防止外界的電磁干擾。濾波：對PLC的輸入輸出線路采用了多種形式的濾波，以消除或抑制高頻干擾。隔離：在PLC內(nèi)部的微處理器和輸入輸出電路之間，采用了光電隔離措施。采用模塊式結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)一旦查出某模塊出現(xiàn)故障，就能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理63.1可編程控制器的概述抗干擾軟件措施：故障檢測：設(shè)計故障檢測軟件定期地檢測外界環(huán)境，如掉電、欠電壓信號等，以便及時處理。信息保護和恢復(fù)：信息保護和恢復(fù)軟件使PLC偶爾發(fā)生故障條件出現(xiàn)時，將PLC內(nèi)部信息進行保護以免遭破壞。故障條件消失，則恢復(fù)工作。設(shè)置監(jiān)視定時器WDT：如PLC程序每次循環(huán)執(zhí)行時間超過WDT規(guī)定的時間，預(yù)示程序進入死循環(huán)，立即報警。對程序進行檢查和檢驗：一旦程序有錯，立即報警，并停止執(zhí)行。可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理73.1可編程控制器的概述4.可編程控制器的應(yīng)用范圍隨著PLC功能的不斷完善，性價比不斷提高，PLC的應(yīng)用越來越廣泛，已大量應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電子、機械制造、汽車、船舶、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保、娛樂等各行各業(yè)。順序控制PLC取代傳統(tǒng)的繼電器構(gòu)成順序控制系統(tǒng)，是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理83.1可編程控制器的概述運動控制

PLC制造商目前已提供了拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。

過程控制

PLC能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。

數(shù)據(jù)處理

隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，已把支持順序控制的PLC和CNC的設(shè)備緊密地結(jié)合了起來。可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理93.1可編程控制器的概述

通信和聯(lián)網(wǎng)為了適應(yīng)國外近幾年來興起的工廠自動化（FactoryAutomatization，F(xiàn)A）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufactureSystem，F(xiàn)MS）及集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，DCS）等發(fā)展的需要，必須發(fā)展PLC之間、PLC和上位計算機之間的通信功能。作為實時控制系統(tǒng)，不僅對PLC數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電、故障時的對策等。可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理103.1可編程控制器的概述5.可編程控制器的發(fā)展?fàn)顩r目前，國內(nèi)已可生產(chǎn)中小型PLC。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計算機廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。臺達電通股份有限公司生產(chǎn)的ES/EX/SS系列DVP-PLC，以其價廉物美也得到了廣泛應(yīng)用?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理113.1可編程控制器的概述國際上競爭較強的歐洲的西門子公司、日本的三菱和歐姆龍公司、美國的AB和GE公司。可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理12三菱公司的產(chǎn)品有：FX系列：為小型PLC，單元式，單機最大容量為256點。A系列、AnS系列、Q系列、QnA系列等為模塊式大型PLC，最大容量為8K點。西門子公司產(chǎn)品有：S7-200：微型PLC，單元式，單機最大容量為256點。S7-300：小到中型PLC，單機最大容量為1K點。S7-400：大到超大型PLC，單機可組態(tài)數(shù)萬點。AB公司產(chǎn)品有：Micrologix：微型PLC，單機最大容量為256點。SCL500：小到中型PLC，單機最大容量為1K點。PLC5：大到超大型PLC，單機可組態(tài)數(shù)萬點。歐姆龍公司產(chǎn)品有：MiniSk20、SRM1、CPM1A、CPM2A等：微型PLC，單機最大容量為256點。C200、SYSMAC、CQM1：小到中型PLC，單機最大容量為1K點。CVM1、CV500～2000：大到超大型PLC，單機可組態(tài)5000點。3.1可編程控制器的概述由此可見PLC的類型多，型號、規(guī)格、廠家各異，如何進行分類存在一定困難，其技術(shù)指標(biāo)主要有輸入/輸出點數(shù)、掃描速度（毫秒/千步）、存儲器容量、編程語言、指令功能等。一般按以下原則考慮分類?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理13（1）按I/O點數(shù)容量分類，大致可分為大、中、小型3種：小型PLCI/O點數(shù)在256點以下，用戶程序存儲器容量在2K字以下；中型PLCI/O點數(shù)在256到2048之間，用戶程序存儲器容量一般為2～8K；大型PLCI/O點數(shù)在2048以上，用戶程序存儲器容量達8K字以上。3.1可編程控制器的概述（2）按結(jié)構(gòu)形式分類：可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理14整體式結(jié)構(gòu)：微型、小型PLC一般為整體式結(jié)構(gòu)。整體式結(jié)構(gòu)的特點是將PLC的基本部件，如CPU板、輸入/輸出接口、電源板等緊湊地安裝在一個標(biāo)準(zhǔn)機殼內(nèi)，構(gòu)成一個整體，組成PLC的一個基本單元（主機）。基本單元上設(shè)有擴展端口，通過擴展電纜與擴展單元（模塊）相連。小型PLC系統(tǒng)還提供許多專用的特殊功能模塊，如模擬量輸入/輸出模塊、熱電偶、熱電阻模塊、通信模塊等，以構(gòu)成不同的配置，完成特定的控制任務(wù)。整體式結(jié)構(gòu)的PLC體積小，成本低，安裝方便。模塊式結(jié)構(gòu)：中型、大型PLC多采用模塊式結(jié)構(gòu)。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC由一些模塊單元構(gòu)成，這些標(biāo)準(zhǔn)模塊有CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、各種功能模塊等。像堆積木一樣，使用時將這些模塊插在框架上或基板上即可。各模塊功能是獨立的，外形尺寸統(tǒng)一，可根據(jù)需要靈活配置。3.1可編程控制器的概述6.可編程控制器的發(fā)展趨勢PLC總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能、信息化、軟PLC、標(biāo)準(zhǔn)化、與現(xiàn)場總線技術(shù)緊密結(jié)合等方向發(fā)展。小型化、專用化、低成本大容量、高速度、信息化智能化模塊的發(fā)展為了實現(xiàn)某些特殊的控制功能，PLC制造商開發(fā)出了許多智能化的I/O模塊。這些模塊本身帶有CPU，使得占用主可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理153.1可編程控制器的概述人機界面（接口）的發(fā)展HMI（Human-MachineInterface）在工業(yè)自動化系統(tǒng)中起著愈來愈重要的作用，PLC控制系統(tǒng)在HMI方面的進展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：編成工具的發(fā)展、功能強大、價格低廉的HMI、基于PC的組態(tài)軟件。在過程控制領(lǐng)域的使用以及PLC的冗余特性雖然PLC的強項是在制造業(yè)領(lǐng)域使用，但隨著通信技術(shù)、軟件技術(shù)和模擬量技術(shù)發(fā)展并不斷地融合到PLC中，它現(xiàn)在也被廣泛使用到了過程控制領(lǐng)域?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理16CPU的時間很少，減少了對CPU掃描速度的影響，提高了整個PLC控制系統(tǒng)性能3.1可編程控制器的概述開放性和標(biāo)準(zhǔn)化世界上生產(chǎn)大約400多個品種的PLC產(chǎn)品，但沒有一個統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，所有PLC產(chǎn)品在使用上都存在著一些差別,而這些差別的存在對PLC產(chǎn)品制造商和用戶都是不利的?，F(xiàn)在的PLC采用了各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如IEC61131、IEEE802.3以太網(wǎng)、TCP/IP、UDP/IP等，以及各種事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如WindowsNT、OPC等。特別是PLC的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131，為PLC從硬件設(shè)計、編程語言、通信聯(lián)網(wǎng)等方面都制定了詳細的規(guī)范?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理173.1可編程控制器的概述通信聯(lián)網(wǎng)功能的增強和易用化在中大型PLC控制系統(tǒng)中，需要多個PLC以及智能儀器儀表連接成一個網(wǎng)絡(luò)，進行信息的交換。PLC通信聯(lián)網(wǎng)功能的增強使它更容易與PC和其他智能控制設(shè)備進行互聯(lián)，使系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散控制和集中管理。軟PLC的概念所謂軟PLC（SoftPLC）就是在PC機的平臺上，在Windows操作環(huán)境下，用軟件來實現(xiàn)PLC的功能。PAC的概念就是PAC（ProgrammableAutomationController），或基于PC機框架的控制器。可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理183.1可編程控制器的概述PLC在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的位置在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS（FieldbusControlSystem）中，增加了相關(guān)通信協(xié)議接口的PLC，即可以作為主站成為FCS的主控制器，也可以作為智能化的從站實現(xiàn)分散式的控制，一些軟PLC配合通信板卡也可以作為FCS的主站。可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理193.2可編程控制器的硬件構(gòu)成PLC在組成上與一般的微機系統(tǒng)基本相同，由中央處理器CPU、存儲器（ROM/RAM）、輸入/輸出（I/O）接口、電源、各種接口、其他部件組成?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理20整體式PLC組成示意圖模塊式PLC組成示意圖3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理211.中央處理器CPU是PLC的核心，其功能是指揮PLC有條不紊地進行工作，其主要任務(wù)如下。接收、存儲用戶程序和數(shù)據(jù)，并通過顯示器顯示出程序的內(nèi)容和存儲地址。檢查、校驗用戶程序。對輸入的用戶程序進行檢查，發(fā)現(xiàn)語法錯誤立即報警，并停止輸入；在程序運行過程中若發(fā)現(xiàn)錯誤，則立即報警或停止程序的執(zhí)行。接收、調(diào)用現(xiàn)場信息。將接收到現(xiàn)場輸入的數(shù)據(jù)保存起來，在需要數(shù)據(jù)的時候?qū)⑵湔{(diào)出、并送到需要該數(shù)據(jù)的地方。執(zhí)行用戶程序。PLC進入運行狀態(tài)后，CPU從存儲器逐條讀取用戶指令，解釋并按指令規(guī)定的任務(wù)進行數(shù)據(jù)傳遞、邏輯或算數(shù)運算，根據(jù)運算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像存儲器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實現(xiàn)輸出。故障診斷。診斷電源、PLC內(nèi)部電路的故障，根據(jù)故障或錯誤的類型，進行報警顯示。不同的PLC的CPU芯片是不同的，有的采用通用CPU芯片如8031、8051、8086、80826等，也有的采用廠家自行設(shè)計的專用CPU芯片，如西門子公司的S7-200系列的PLC均采用自行研制的專用芯片，CPU芯片的性能關(guān)系到PLC處理控制信號的能力和速度。3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理222.存儲器PLC存儲器可分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器、工作數(shù)據(jù)存儲器3種。系統(tǒng)程序存儲器它用來存放由PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不能直接系統(tǒng)程序的質(zhì)量好壞，很大程度上決定了PLC的基本性能，其內(nèi)容主要包括三個部分。3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理23其一是系統(tǒng)管理程序，它主要控制PLC的運行，使整個PLC按部就班地工作；其二是為用戶指令解釋程序，通過用戶指令解釋程序，將PLC的編程語言變?yōu)闄C器語言指令,再由CPU執(zhí)行這些指令；其三為標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序，它包含許多不同功能的子程序及其調(diào)用管理程序，如完成輸入、輸出及特殊運算等子程序，PLC的具體工作都是由這部分程序來完成的，這部分程序的多少決定了PLC性能的強弱。3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理24用戶程序存儲器根據(jù)控制要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序。用戶程序存儲器用來存放用戶針對具體控制任務(wù)，用規(guī)定的PLC語言編程語言的各種用戶程序。用戶程序存儲器根據(jù)所選用的存儲器單元類型的不同，可以是RAM（有鋰電池進行掉電保護）、EPROM或EEPROM存儲器，其內(nèi)容可以有用戶任意修改或增刪。目前較先進的PLC采用可隨時讀寫的快閃存儲器作為用戶程序存儲器。快閃存儲器不需后備電池，掉電時數(shù)據(jù)也不會丟失。3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成工作數(shù)據(jù)存儲器工作數(shù)據(jù)存儲器用來存儲工作數(shù)據(jù)，即用戶程序中使用的ON/OFF狀態(tài)、數(shù)值數(shù)據(jù)等。在工作數(shù)據(jù)區(qū)中開辟有元件映像寄存器和數(shù)據(jù)表。其中元件映像寄存器用來存儲開關(guān)量輸入/輸出狀態(tài)以及定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部部件的ON/OFF狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它存儲用戶程序執(zhí)行時的某些可變參數(shù)值及A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量和數(shù)學(xué)運算的結(jié)果等。在PLC斷電時能保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲器區(qū)稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。如表格所示為PLC基本的內(nèi)部裝置，它們被分配在工作數(shù)據(jù)存儲器中?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理253.2可編程控制器的硬件構(gòu)成3.輸入/輸出接口輸入/輸出接口是PLC與外界連接的接口，輸入/輸出點的作用是將輸入/輸出設(shè)備與PLC進行連接，使PLC與現(xiàn)場設(shè)備構(gòu)成控制系統(tǒng)，以便從現(xiàn)場通過輸入設(shè)備（元件）得到信息（輸入），或?qū)⒔?jīng)過處理后的控制命令通過輸出設(shè)備（元件）送到現(xiàn)場（輸出），從而實現(xiàn)自動控制的目的?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理263.2可編程控制器的硬件構(gòu)成輸入接口用來接收和采集兩種類型的輸入信號，一類是由按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸點、接近開關(guān)、光電開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)等的開關(guān)量輸入信號；另一類是由電位器、測速發(fā)電機和各種變送器等來的模擬量輸入信號。開關(guān)量輸入回路開關(guān)量輸入點接線方式有兩種：漏型接法（SINK）和源型接線法（SOURCE）輸入點漏型接線法可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理27輸入點漏型接線法輸入點源型接線法3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成模擬量輸入回路如圖所示，分別給出了輸入電壓、輸入電流、電源模塊端子、屏蔽電纜和接地等各種模塊?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理283.2可編程控制器的硬件構(gòu)成輸出接口輸出接口用來連接被控對象中各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）等。開關(guān)量輸出開關(guān)量輸出有三種方式：繼電器輸出回路，晶體管NPN輸出回路，晶體管PNP輸出回路?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理293.2可編程控制器的硬件構(gòu)成可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理30繼電器輸出回路接線法3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理31晶體管NPN回路接線法晶體管PNP回路接線法3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成模擬量輸出模擬量輸出分為兩種：電壓輸出和電流輸出?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理323.2可編程控制器的硬件構(gòu)成4.電源小型整體式PLC內(nèi)部有一個開關(guān)電源。電源一方面可以為CPU板（或MPU模塊）、I/O板（或I/O模塊）及擴展單元提高工作電源5VDC（或24VDC），另一方面可為外部輸入元件提高24VDC工作電源，電源模塊與其他模塊的連接如圖所示?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理333.2可編程控制器的硬件構(gòu)成5.各種接口各種接口包括擴展接口、通信接口、智能I/O接口等。如下圖所示為DVP-SX2系列的CPU模塊外形示意圖，上面有RS232通信接口、USB接口、側(cè)面有模塊連接接口、下側(cè)右一個RS485接口等，RS232、RS485與USB都可以用來編程、連接人機界面，RS232、RS485可以用來聯(lián)網(wǎng)等。可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理343.2可編程控制器的硬件構(gòu)成可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理35DVP-SX2CPU模塊外形示意圖RS485的連接3.3可編程控制器的編程語言關(guān)于PLC的編程語言目前各廠家都有自己不同的編程語言，互不兼容，有識之士已經(jīng)著手統(tǒng)一，IEC提出IEC61131標(biāo)準(zhǔn)，希望能夠統(tǒng)一編程語言。PLC編程語言目前共有5種，其中3種為圖形語言，它們是梯形圖(LadderDiagram，LD)、功能塊圖(FunctionBlockDiagram，F(xiàn)BD)、順序功能圖(SequentialFunctionChart，SFC)；2種文本語言，它們是指令列表(InstructionList，IL)、結(jié)構(gòu)化文件(StructureText，ST)?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理363.3可編程控制器的編程語言1.梯形圖語言梯形圖是最早的一種PLC的編程語言，也是現(xiàn)在最常用的編程語言。它是從繼電器控制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變而來的，它繼承了電器控制系統(tǒng)中的基本工作原理和電氣邏輯關(guān)系的表示方法，梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號和表達方式上有一定區(qū)別，所以在邏輯順序控制中得到了廣泛應(yīng)用，其特點是直觀、清晰。如圖所示是實現(xiàn)二個電動機互鎖啟停控制的梯形圖?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理373.3可編程控制器的編程語言可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理382.指令表語言指令列表語言是類似于計算機的匯編語言，它以指令的形式，按順序編制PLC控制程序并逐條列出指令。下面是對應(yīng)上圖梯形圖的指令表語言。LDX1ORY1ANIX3ANIY3OUTY1LDX2OR

Y2ANIX4ANIY1OUTY2END3.3可編程控制器的編程語言3.順序功能圖SFC順序功能圖，亦稱功能圖，使用它可對具有并發(fā)、選擇等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進行編程，特別適合在復(fù)雜的順序控制系統(tǒng)中使用。在SFC中，最重要的三個元素是狀態(tài)（步）、與狀態(tài)相關(guān)的動作、轉(zhuǎn)移?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理39左圖為交通燈控制的SFC3.3可編程控制器的編程語言4.功能塊語言FBD它使用像電子電路中的各種門電路，加上輸入、輸出，通過一定的邏輯連接方式來完成控制邏輯，它可以把函數(shù)（FUN）和功能塊（FB）連接到電路中，完成各種復(fù)雜的功能和計算。使用FBD，用戶可以編寫出自己的FUN或FB。可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理40功能塊語言FBD3.3可編程控制器的編程語言

5.高級語言隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，為了增強PLC的運算、數(shù)據(jù)處理及通信等功能，以上編程語言不能滿足要求。近年來推出的PLC，尤其是大型PLC，都可用高級語言，如BASCIC語言、C語言、PASCAL語言等進行編程。采用高級語言后，用戶可以像使用普通計算機一樣對PLC進行編程?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理413.4可編程控制器的工作原理

1.可編程控制器的工作方式眾所周知，繼電器接觸器控制系統(tǒng)是一種“硬件邏輯系統(tǒng)”，采用并行工作方式。PLC是一種工業(yè)計算機，其工作原理是建立在計算機工作原理基礎(chǔ)上的，而CPU以分時操作方式處理各項任務(wù)，計算機在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序依次完成相應(yīng)各電器的動作，便成為時間上的串行（即串行工作方式）。由于CPU運算速度極高，各繼電器（軟元件）的動作似乎是同時完成的，但實際輸入/輸出的相應(yīng)是有滯后的?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理423.4可編程控制器的工作原理

PLC的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式，每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直至到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。ＰＬＣ就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。執(zhí)行用戶程序時，需要各種現(xiàn)場信息。PLC采集現(xiàn)場信息即采樣輸入信號有兩種方式。可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理433.4可編程控制器的工作原理集中采用輸入方式。一般在掃描周期的開始或結(jié)束將所有輸入信號（輸入元件的通/斷狀態(tài)）采集并存放到輸入映像寄存器中，執(zhí)行用戶程序所需輸入狀態(tài)均存在輸入映像寄存器中取用，而不直接到輸入端或輸入模塊去取用。立即輸入方式。隨著程序的執(zhí)行需要哪一個輸入信號就直接從輸入端或輸入模塊取用這個狀態(tài)，如“立即輸入指令”就是這樣，此時輸入映像寄存器的內(nèi)容不變，到下一次集中采樣輸入時才變化?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理443.4可編程控制器的工作原理同樣，PLC對外部的輸出控制也有集中輸出和立即輸出兩種方式。集中輸出方式。在執(zhí)行用戶程序時不是得到一個輸出結(jié)果就向外輸出一個，而是把執(zhí)行用戶程序所得的所有輸出結(jié)果，先后全部存放在輸出映像寄存器中，執(zhí)行完用戶程序后所有輸出結(jié)果一次性向輸出端口或輸出模塊輸出，使輸出設(shè)備部件動作。立即輸出方式。在執(zhí)行用戶程序時將該輸出結(jié)果立即向輸出端口或輸出模塊輸出，如“立即輸出指令”就是這樣，此時輸出映像寄存器的內(nèi)容也更新。可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理453.4可編程控制器的工作原理PLC對輸入輸出信號的傳送還有其他方式。如有的PLC采用輸入/輸出刷新指令，在需要的地方設(shè)置這類指令，可對此電源ON的全部或部分輸入信號讀入上電一次，以刷新輸入映像寄存器內(nèi)容，或?qū)⒋藭r的輸出結(jié)果立即向輸出端口或輸出模塊輸出。有的PLC上有輸入、輸出的禁止功能，實際上是關(guān)閉了輸入、輸出傳送服務(wù)，這意味著此時的輸入信號不讀入、輸出信號也不輸出?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理463.4可編程控制器的工作原理2.可編程控制器的工作過程在PLC的掃描工作過程中，除了對上電和掉電處理、通訊服務(wù)（與外設(shè)、CPU、總線）、更新時鐘和特殊寄存器、自診斷及出錯處理、中斷處理等外，主要的循環(huán)掃描過程就是輸入信號再生、程序執(zhí)行、輸出信號再生三個過程，如圖所示為PLC的三個掃描過程?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理473.4可編程控制器的工作原理輸入信號再生PLC在執(zhí)行用戶程序前會將外部輸入信號的On/OF狀態(tài)一次讀入至輸入映像區(qū)內(nèi)。程序執(zhí)行PLC讀取輸入映像區(qū)內(nèi)各輸入信號的On/Off狀態(tài)后開始從地址0處按照從上至下，從左至右的順序執(zhí)行程序中的每一指令，其輸出結(jié)果即各輸出線圈的On/Off狀態(tài)也逐次存入各裝置的映像區(qū)內(nèi)。在程序執(zhí)行過程中若輸入信號發(fā)生On/Off變化，但輸入映像區(qū)內(nèi)的狀態(tài)不會改變，直到下一次掃描開始時再讀入輸入信號的On/Off狀態(tài)。可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理483.4可編程控制器的工作原理輸出信號再生當(dāng)程序執(zhí)行到END指令時表示程序執(zhí)行完畢。程序執(zhí)行完畢后會將裝置映像區(qū)內(nèi)Y的On/Off狀態(tài)送到輸出映像區(qū)鎖存，而此映像區(qū)就是實際上輸出繼電器的線圈?？删幊炭刂破鞯幕窘Y(jié)構(gòu)和工作原理493.4可編程控制器的工作原理3.可編程控制器的中斷處理據(jù)上所述，外部信號的輸入總是通過PLC掃描由“輸入傳送”來完成，這就不可避免地帶來了“邏輯滯后”。PLC關(guān)于中斷的概念及處理