西门子CPU模块6ES7516-3AP03-0AB0
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梯形图编程语言是从“继电器-接触器”控制线路图上发展起来的一种编程语言,两者的结构非常类似,但其程序执行过程却存在着本质的区别。因此,同样作为"继电器-接触器"控制系统与梯形图的基本组成3要素——触点、线圈、连线,两者却有着本质的不同。
①触点的性质与特点
梯形图中所使用的输入、输出、内部继电器等编程元件的"常开”、“常闭”触点,其本质是PLC内部某一存储器的数据“位”状态。程序中的“常开”触点是直接使用该位的状态进行逻辑运算处理;“常闭”触点是使用这位的“逻辑非”状态进行处理。它与继电器控制电路的区别如下。
a.梯形图中的触点可以在程序中无限次使用,它不像物理继电器那样,受到实际安装触点数量的限制。
b.在任何时刻,梯形图中的"常开"、"常闭"触点的状态都是一的,不可能出现两者同时为“1”的情况,“常开”与“常闭”触点存在着严格的“逻辑非”关系。
②线圈的性质与特点
梯形图编程所使用的内部继电器、输出等编程元件,虽然采用了与"继电器-接触器"控制线路同样的"线圈"这一名称,但它们并非真实存在的物理继电器。程序对以上线圈的输出控制,只是对PLC内部某一存储器数据“位”的状态进行了赋值而已。数据“位”置“1”对应于线圈的“得电”;数据“位”置“0”对应于线圈的“失电”。因此,它与“继电器-接触器”控制电路的区别如下。
a.如果需要,梯形图中的"输出线圈"可以在程序中进行多次赋值,即在梯形图中可以使用所谓的“重复线圈”。
b.PLC程序的执行,严格按照梯形图"从上至下"、"由左向右"的时序执行,在同一个PLC程序执行循环扫描周期内,不能改变已经执行完成的指令输出状态(已经执行完成的指令输出状态,只能在下一个循环扫描周期中予以改变)。有效利用PLC的这一程序执行特点,可以设计出许多区别于"继电器-接触器"控制线路的特殊逻辑,如"边沿"处理信号等。
③连线的性质与特点
梯形图中的"连线"仅代表指令在PLC中的处理顺序关系(“从上至下”、“由左向右”),它不像“继电器-接触器”控制线路那样存在有实际电流。因此,在梯形图中的每一输出线圈应有各自独立的逻辑控制“电路”(即有明确的逻辑控制关系),不同的输出线圈间不能够采用“继电器-接触器”控制线路中经常使用的“电桥型连接"方式,即试图通过后面的执行条件,来改变已经执行完成的指令输出。
PLC执行程序的过程分为三个阶段,即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段
1.输入采样阶段
在输入采样阶段,PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样,并存入输入映象寄存器中,此时输入映象寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段,在程序执行阶段或其它阶段,即使输入状态发生变化,输入映象寄存器的内容也不会改变,输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。
2.程序执行阶段
在程序执行阶段,PLC对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示,则总是按先上后下,先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时,则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时,PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出,根据用户程序进行运算,运算的结果再存入元件映象寄存器中。对于元件映象寄存器来说,其内容会随程序执行的过程而变化。
3.输出刷新阶段
当所有程序执行完毕后,进入输出处理阶段。在这一阶段里,PLC将输出映象寄存器中与输出有关的状态(输出继电器状态)转存到输出锁存器中,并通过一定方式输出,驱动外部负载。
因此,PLC在一个扫描周期内,对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输入端将被,直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。这方式称为集中采样,即在一个扫描周期内,集中一段时间对输入状态进行采样。
在用户程序中如果对输出多次赋值,则后一次有效。在一个扫描周期内,只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出,对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。这种方式称为集中输出。
对于小型PLC,其I/O点数较少,用户程序较短,一般采用集中采样、集中输出的工作方式,虽然在一定程度上降低了系统的响应速度,但使PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离,从根本上提高了系统的抗干扰能力,增强了系统的可靠性。
而对于大中型PLC,其I/O点数较多,控制功能强,用户程序较长,为提高系统响应速度,可以采用定期采样、定期输出方式,或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式。
从上述分析可知,当PLC的输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应,需要一段时间,这种现象称为PLC输入/输出响应滞后。对一般的工业控制,这种滞后是完全允许的。应该注意的是,这种响应滞后不仅是由于PLC扫描工作方式造成,主要是PLC输入接口的滤波环节带来的输入延迟,以及输出接口中驱动器件的动作时间带来输出延迟,同时还与程序设计有关。滞后时间是设计PLC应用系统时应注意把握的一个参数。
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