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PLC 的工作过程和编程语言(基础)

2021-3-5 14:10:20 显示全部楼层
PLC实质上是工业计算机,是计算机技术与传统继电接触器控制器技术相结合的产物,只不过比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适用于工业控制要求的编程语言。
一、PLC的结构
从硬件结构上看,PLC主要由中央处理单元(CPU)、存储器(ROM/RAM)、输入输出接口、电源、扩展接口和编程器等外部设备接口组成。
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(1)CPU是PLC的核心,一切逻辑运算及判断都是由其完成的,并控制所有其它部件的操作。内部存储器有两类:一类是系统程序存储器,另一类是用户程序及数据存储器。系统程序存储器,主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家固定,用户不能更改。用户程序及数据存储器RAM,主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。
(2)输入及输出单元即输入输出模块,I/O模块,输入单元用于接收输入设备的控制信号。输出单元用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备。I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数扩展单元与基本单元联接在一起。
(3)电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源。
PLC控制最初是用来替代继电接触器控制的,PLC的用户程序(软件)替代了继电器控制电路(硬件),因此,对于使用者来说,可以将PLC等效成是许许多多各种各样的“软继电器”和“软接线”的集合,而用户程序就是用“软接线”将“软继电器”及其“触点”按一定要求连接起来的“控制电路”。
二、PLC 的工作过程
PLC 的工作过程PLC采用 “顺序扫描、不断循环”的工作方式,这个过程可分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段,整个过程扫描并执行一次所需的时间称为一个扫描周期。
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(1)PLC在输入采样阶段,以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态或输入数据,并将此状态存入输入映象寄存器,即输入刷新,接着转入程序执行阶段。在程序执行期间,输入状态发生变化,输入映象寄存器的内容也不会改变,只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。
(2)PLC在程序执行阶段,按先左后右,先上后下的步序,执行程序指令。其过程如下:从输入映象寄存器和其它元件映象寄存器中读出有关元件的通/断状态,并根据用户程序进行逻辑运算,运算结果再存入有关的映象寄存器中。
(3)在所有指令执行完毕后,将各物理继电器对应的输出映象寄存器的通/断状态在输出刷新阶段转存到输出寄存器,去控制各物理断电器的通/断,这才是PLC的实际输出。
由PLC的工作过程可见,在PLC的程序执行阶段,即使输入发生了变化,输入状态寄存器的内容也不会立即改变,要等到下一个周期输入处理阶段才能改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号,等到一个循环周期结束,CPU会集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器,这才成为实际的CPU输出。因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周期,换言之,输入、输出的状态保持一个扫描周期。
三、PLC的编程语言
同其它计算机装置一样,PLC的操作是依照其程序操作进行的。国际电工委员会在IEC61131中规定了PLC编程语言的标准和5种编程语言。尽管不同的PLC生产厂家,不同的机种,采用的表达方式不同,但基本上符合IEC61131中规定的编程标准。
1. 梯形图(Ladder Diagram)
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​​梯形图是一种以图形符号及图形符号在图中的相互关系来表达控制关系的编程语言,它是从继电接触器控制电路图演变过来的。梯形图将继电接触器控制电路图进行了简化,而实现的功能却大大超过传统继电接触器控制电路,是目前使用最广泛的一种可编程控制器编程语言。它的符号的画法应该按照一定规则,各厂家的符号和规则虽不尽相同,但原理基本上大同小异。
2.指令表(Instruction List)
指令表是一种用指令助记符来编制PLC程序的语言,它类似于计算机的汇编语言。语句是指令表编程语言的基本单元,能够直接操作CPU的寄存器和存储器空间,每个控制功能由一个或多个语句组成的程序来执行。
3.顺序功能图(Sequential Function Chart)
顺序功能图是一种新颖的按照、按照工艺流程图进行编程的图形编程语言。这是一种IEC标准推荐的首选编程语言,近年来在PLC编程中得到了普及和推广,适用于顺序控制的编程。
4.功能块图(Function Block Diagram)
功能图编程语言实际上是用逻辑功能符号组成的功能块来表达命令的图形语言,与数字电路中的逻辑图相似,它很容易于表现条件与结果之间的逻辑功能。有数字电路基础的人很容易掌握。西门子公司的“LOGO!”系外列微型PLC使用功能块图编程,除此以外,很少有人使用功能块图。
5.结构文本(Structure Text)
随着可编程控制器的飞速发展,如果许多高级功能还是用梯形图来表示,会很不方便。为了增强可编程控制器的数字运算、数据处理、图表显示、报表打印等功能,方便用户的使用,许多大中型可编程控制器都配备了PASCAL、BASIC、C等高级编程语言。这种编程方式叫做结构文本。与梯形图相比,结构文本有两个很大的优点,一是能实现复杂的数学运算,二是非常简洁和紧凑。
四、PLC 的技术指标及主要功能和特点
如何来评价一台PLC性能的高低呢?
(1)I/O点数
指PLC外部的输入输出端子数。
(2)用户程序存储容量
用来衡量PLC所能存储用户程序的多少。
(3)扫描速度
指扫描1000步用户程序所需的时间,以ms/千步为单位。
(4)指令系统条数
指PLC具有的基本指令和高级指令的种类和数量。种类数量越多,软件功能越强。
(5)编程元件的种类和数量
编程元件是指输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用“字”寄存器、数据寄存器及特殊功能继电器等。其种类和数量是衡量PLC的一个指标。

来源:老安电工速学


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