当PLC处于正常运行时,它将不断重复扫描过程。分析上述扫描过程,如果对远程I/O、特殊模块和其他通讯服务暂不考虑,这样扫描过程就只剩下“输入采样”、“程序执行”和“输出刷新”三个阶段了。这三个阶段是PLC工作过程的中心内容,理解透PLC工作过程的这三个阶段是学习好PLC的基础。下面就对这三个阶段进行详细的分析。
(1) 输入采样阶段
PLC在输入采样阶段,首先扫描所有输人端点,并将各输入状态存入相对应的输入映像寄存器中。此时,输入映像寄存器被刷新。接着,进入程序执行阶段和输出刷新阶段,在此阶段输入映像寄存器与外界隔离,无论输入情况如何变化,其内容保持不变,直到下一个扫描周期的输人采样阶段,才重新写入输入端的新内容。所以一般来说,输人信号的宽度要大于一个扫描周期,否则很可能造成信号的丢失。
由此可见,输入映像寄存器的数据完全取决于输入端子上各输入点在上一刷新期间的接通和断开状态。
(2) 程序执行阶段
根据PLC梯形图程序扫描原则,一般来说,PLC按从左到右、从上到下的步骤顺序执行程序。当指令中涉及输入、输出状态时,PLC就从输入映像寄存器中“读入”采集到的对应输入端子状态,从元件映像寄存器“读入”对应元件(“软继电器”)的当前状态。然后,进行相应的运算,运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说,每一个元件(“软继电器”)的状态会随着程序执行过程而变化。
(3) 输出刷新阶段
在所有指令执行完毕后,元件映像寄存器中所有输出继电器的状态(接通/断开)在输出刷新阶段转存到输出锁存器中,通过输出端子和外部电源,驱动外部负载。
由此可见,输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行,输出锁存器中的数据由上一次输出刷新期间输出映像寄存器中的数据决定,而输出端子的接通和断开状态,完全由输出锁存器决定。
可编程控制器的工作过程包括两部分:自诊断及通信响应的固定过程和用户程序执行过程,如图1所示。PLC在每次执行用户程序之前,都先执行故障自诊断程序、复位、监视、定时等内部固定程序,若自诊断正常,继续向下扫描,然后PLC检查是否有与编程器、计算机等的通信请求。如果有与计算机等的通信请求,则进行相应处理。当PLC处于停止(STOP)状态时,只循环进行前两个过程。而在PLC处于运行(RUN)状态时,PLC从内部处理、通信操作、输入扫描、执行用户程序、输出刷新五个工作阶段循环工作。每完成一次以上五个阶段所需要的时间称为一个扫描周期。
扫描周期是PLC的一个重要指标,小型PLC的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒。PLC的扫描周期长短取决于扫描速度和用户程序的长短。毫秒级的扫描时间对于一般工业设备通常是允许的,PLC对输入的短暂滞后也是允许的。但对某些I/O快速响应的设备,则应采取相应的处理措施。如选择高速CPU,提高扫描速度;选择快速响应模块、高速计数模块以及不同的中断处理等措施减少滞后时间。对于用户来说,要提高编程能力,尽可能优化程序;而在编写大型设备的控制程序时,尽量减少程序长度,选择分支或跳步程序等,都可以减少用户程序执行时间。
梯形图是PLC控制系统中使用得多的图形编程语言,被称为PLC的一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似,具有直观易懂的优点,很容易被工厂电气人员掌握,特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序,梯形图的设计称为编程。PLC梯形图设计规则(或规范)如下:
(1)触点应画在水平线上,不能画在垂直分支上。应根据自左至右、自上而下的原则和对输出线圈的几种可能控制路径来画。
(2)不包含触点的分支应放在垂直方向,不可放在水平位置,以便于识别触点的组合和对输出线圈的控制路径。
(3)在有几个串联回路相并联时,应将触头多的那个串联回路放在梯形图的上面。在有几个并联回路相串联时,应将触点多的并联回路放在梯形图的左面。这种安排,所编制的程序简洁明了,语句较少。
(3)不能将触点画在线圈的右边,只能在触点的右边接线圈。
PLC一般都有三种输出形式可供用户选择,即继电器输出,晶体管输出和晶闸管输出。在线路结构上都采用了隔离措施。
特点:
继电器输出:开关速度低,负载能力大,适用于低频场合。
晶体管输出:开关速度高,负载能力小,适用于高频场合。
晶闸管输出:开关速度高,负载能力小,适用于高频场合。
注意事项:
(1) PLC输出接口是成组的,每一组有一个COM口,只能使用同一种电源电压。
(2) PLC输出负载能力有限,具体参数请阅读相关资料。
(3)对于电感性负载应加阻容保护。
(4)负载采用直流电源小于30V时,为了缩短响应时间,可用并接续流二管的方法改善响应时间。
1)按I/O点数分类
PLC所能接受的输入信号个数和输出信号个数分别称为PLC的输入点数和 输出点数。其输入、输出点数的数目之和称为PLC的输入/输出点数,简称I/O点数。I/O点数是选择PLC的重要依据之一。
一般而言,PLC控制系统处理的I/O点数较多时,则控制关系比较复杂,用户要求的程序存储器容量也较大,要求PLC指令及其他功能比较多。按PLC输入、输出点数的多少可将PLC分为以下三类。
(1)小型机
小型PLC输入、输出总点数一般在256点以下,用户程序存储器容量在4K字左右。小型PLC的功能一般以开关量控制为主,适合单机控制和小型控制系统。
(2)中型机
中型PLC的输入、输出总点数在256~2048点之间,用户程序存储器容量达到8K字左右。中型机适用于组成多机系统和大型控制系统。
(3) 大型机
大型PLC的输入、输出总点数载2084点以上,用户程序存储器容量达到16K字以上。大型机适用于组成分布式控制系统和整个工厂的集散控制网络。
上述划分没有一个十分严格的界限,随着PLC技术的飞速发展,一些小型PLC也具备中型或大型PLC的功能,这也是PLC的发展趋势。
2)按结构形式分类
按照PLC的结构特点可分为整体式、模块式两大类。
(1)整体式结构
把PLC的CPU、存储器、输入/输出单元、电源等集成在一个基本单元中,其结构经凑,体积小,,安装方便。基本单元上设有扩展端口,通过电缆与扩展单元相连,可配接特殊功能模块。微型和小型PLC一般为整体式结构,S7-200系列属整体式结构。
(2)模块式结构
模块式结构的PLC由一些模块单元构成,这些标准模块包括CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块和各种特殊功能模块等,使用时将这些模块插在标准机架内即可。各模块功能是独立的,外形尺寸是统一的。模块式PLC的硬件组态方便灵活,装配和维修方便,易于扩展。
目前,中、大型PLC多采用模块式结构形式,如西门子的S7-300和S7-400系列。
6ES72111BE400XB0 | CPU 1211C AC/DC/Rly,6输入/4输出,集成2AI |
6ES72111AE400XB0 | CPU 1211C DC/DC/DC,6输入/4输出,集成2AI |
6ES72111HE400XB0 | CPU 1211C DC/DC/Rly,6输入/4输出,集成2AI |
6ES72121BE400XB0 | CPU 1212C AC/DC/Rly,8输入/6输出,集成2AI |
6ES72121AE400XB0 | CPU 1212C DC/DC/DC,8输入/6输出,集成2AI |
6ES72121HE400XB0 | CPU 1212C DC/DC/Rly,8输入/6输出,集成2AI |
6ES72141BG400XB0 | CPU 1214C AC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI |
6ES72141AG400XB0 | CPU 1214C DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI |
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6ES72151BG400XB0 | CPU 1215C AC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI/2AO |
6ES72151AG400XB0 | CPU 1215C DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI/2AO |
6ES72151HG400XB0 | CPU 1215C DC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI/2AO |
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