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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编程软件变工作方式
在用编程软件控制CPU的工作方式之前;首先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从一条指令开始,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点必须按位来存取.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。
执行一条指令时,从输人映像寄存带101中取山二进制数并存人堆栈的栈**,堆栈是存储器中的一片特殊的区域。
执行二条指令时,从输出映像寄存器Q0.0中取出二进制数,并与校**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**。
执行三条指令时,取出输人映像寄存器T0.2中的二进制数,因为是常闭触点，收反后与的运算结果相"与"(电路的串联对应“与"运算),然后存人栈**。
执行四条指令时,将栈**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
可编程序控制器在RUN工作状态时,执行一次图2-9所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期,其典型值为1-100ms。指令执行所需的时间与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行指令的速度有很大的关系。用户程序较长时,指令执行时间在扫描周期中占相当大的比例。
2.24输入/输出滞后时间
输人/输出滞后时间又称系统响应时问,是指可编程序控制器的外部输人信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔,它由输人电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间二部分组成。
输人模块的RC滤波电路用米滤除由输人端引人的干扰噪声,因外接输人触点动作时产生的抖动引起的不良影响,滤波电路的时间常数决定了输人滤波时间的长短,有的可编程序控制器如S7-200的部分输人点的输人延迟时间可以设置。
输出模块的滞后时间与模块的类型有关,继电器型输出电路的滞后时向一般在10mm左右;双向晶闸管型输出电路在负载接通时的滞后时问约为1m,负载由导通到断开时的大滞后时间为10ms晶体管型输出电路的滞后时间小于Ims。
由扫描工作方式引起的滞后时间长可达两个多扫描周期。
可编程序控制器总的响成延迟时间一般只有几十毫秒,对于一般的系统是无关紧要的。要求输人和输出信号之间的滞后时问尽量短的系统,可以选用扫描速度快的可编程序控制器或采取其他措施。
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