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PLC入門:硬體結構、等效電路和工作過程

“一站式工業品採購, 就上工品匯”

PLC實質上是工業電腦, 它是電腦技術與傳統繼電接觸器控制器技術相結合的產物, 只不過他比一般的計算機具有更強的與工業過程相連接的介面和更直接的適用於工業控制要求的程式設計語言。

1.PLC的硬體結構

從硬體結構上看, PLC主要由中央處理單元、記憶體、輸入輸出介面、電源、擴展介面和程式設計器等外部設備介面組成, 如下圖所示。

CPU是PLC的核心, 一切邏輯運算及判斷都是由其完成的, 並控制所有其他部件的操作;

內部記憶體有兩類, 一類是系統程式記憶體, 另一類是使用者程式及資料記憶體。 前者主要存放系統管理和監控程序及對使用者程式作編譯處理的程式, 系統程式已由廠家固定, 用戶不能更改;使用者程式及資料記憶體RAM主要存放使用者編制的應用程式及各種暫存資料、中間結果;

圖中的輸入及輸出單元即輸入輸出模組I/O模組,

輸入單元用於接收輸入裝置的控制信號, 輸出單元用於將經主機處理過的結果, 通過輸出電路去驅動輸出設備, I/O擴展介面用於將擴充外部輸入/輸出擴展單元與基本單元聯接在一起;

電源指為CPU、記憶體、I/O介面等內部電子電路工作所配備的直流開關穩壓電源。

2. PLC的等效電路

PLC控制最初是用來替代繼電接觸器控制的。 PLC的使用者程式及軟體替代了繼電器控制電路及硬體, 因此, 對於使用者來說, 可以將PLC等效成許許多多各種各樣的“軟繼電器”和“軟接線”的集合, 而使用者程式就是用軟接線, 將“軟繼電器”及其觸點, 按一定要求連接起來的控制電路, 為了更好的理解這種等效關係, 下面通過一個例子來說明。

上圖為三相非同步電動機全壓起動單向連續運行的電氣控制系統, 其中SB1 SB2 FR的觸點作為系統的輸入裝置, 構成系統的輸入部分, KM的線圈作為輸出設備構成系統的輸出部分。 如果用PLC來控制這台三相非同步電動機, 組成一個PLC控制系統,

根據上述分析可知系統主電路不變, 只要將輸入裝置SB1 SB2 FR的觸點與PLC的輸入端連接;輸出設備KM線圈與PLC的輸出端連接, 就構成PLC控制系統的輸入輸出硬體線路, 而控制部分的功能則由PLC的使用者程式來實現。

其等效電路如下圖:

PLC程式實現的控制與繼電接觸器硬體電路實現的控制邏輯上是完全相同的, 因此PLC使用者程式要實現的是如何用輸入繼電器來控制輸出繼電器。 當控制要求複雜時, 程式中還要採用PLC內部的其他類型的“軟繼電器”, 如中間繼電器、計時器、計數器等, 以達到控制要求。 要注意的是PLC等效電路中的繼電器並不是實際的物理繼電器, 它實質上是記憶體單元的狀態。

3. PLC的工作過程

PLC採用順序掃描、不斷迴圈的工作方式,這個工作過程可分為輸入採樣、程式執行、輸出刷新三個階段。整個過程掃描並執行一次所需要的時間成為一個掃描週期,如圖所示。

PLC在輸入採樣階段以掃描方式順序讀入所有輸入端的通/斷狀態或輸入資料,並將此狀態存入輸入映象寄存器,即輸入刷新、接著轉入程式執行階段,在程式執行期間,輸入狀態發生變化,輸入印象寄存器的內容也不會改變,只有在下一個掃描週期的輸入處理階段才能被讀入。PLC在程式執行階段,按先左後右、先上後下的步序執行程式指令,其過程為:從輸入映象寄存器和其它元件映象寄存器中讀出有關元件的通/斷狀態,並根據使用者程式進行邏輯運算,運算結果再存入有關的映象寄存器中,在所有指令執行完畢後,將各物理繼電器對應的輸出映象寄存器的通/斷狀態在輸出刷新階段轉存到輸出寄存器,去控制各物理繼電器的通/斷,這才是PLC的實際輸出。

由PLC的工作過程可見,在PLC的程式執行階段,即使輸入發生了變化,輸入狀態寄存器的記憶體也不會立即改變,要等到下一個週期輸入處理階段才能改變。暫存在輸出狀態寄存器中的輸出信號等到一個迴圈週期結束,CPU會集中將這些輸出信號全部輸出給輸出鎖存器,這才成為實際的CPU輸出,因此全部輸入輸出狀態的改變就需要一個掃描週期,換言之,輸入、輸出的狀態保持一個掃描週期。

這就是今天要介紹的PLC的硬體結構、等效電路和工作過程,如果你覺得本文對你有幫助,歡迎轉發分享。

它實質上是記憶體單元的狀態。

3. PLC的工作過程

PLC採用順序掃描、不斷迴圈的工作方式,這個工作過程可分為輸入採樣、程式執行、輸出刷新三個階段。整個過程掃描並執行一次所需要的時間成為一個掃描週期,如圖所示。

PLC在輸入採樣階段以掃描方式順序讀入所有輸入端的通/斷狀態或輸入資料,並將此狀態存入輸入映象寄存器,即輸入刷新、接著轉入程式執行階段,在程式執行期間,輸入狀態發生變化,輸入印象寄存器的內容也不會改變,只有在下一個掃描週期的輸入處理階段才能被讀入。PLC在程式執行階段,按先左後右、先上後下的步序執行程式指令,其過程為:從輸入映象寄存器和其它元件映象寄存器中讀出有關元件的通/斷狀態,並根據使用者程式進行邏輯運算,運算結果再存入有關的映象寄存器中,在所有指令執行完畢後,將各物理繼電器對應的輸出映象寄存器的通/斷狀態在輸出刷新階段轉存到輸出寄存器,去控制各物理繼電器的通/斷,這才是PLC的實際輸出。

由PLC的工作過程可見,在PLC的程式執行階段,即使輸入發生了變化,輸入狀態寄存器的記憶體也不會立即改變,要等到下一個週期輸入處理階段才能改變。暫存在輸出狀態寄存器中的輸出信號等到一個迴圈週期結束,CPU會集中將這些輸出信號全部輸出給輸出鎖存器,這才成為實際的CPU輸出,因此全部輸入輸出狀態的改變就需要一個掃描週期,換言之,輸入、輸出的狀態保持一個掃描週期。

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