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可編程控制器技術[連載之一]

____可編程控制器,英文稱Programmable Logic Controller,簡稱PLC。

1.1 可編程控制器基本原理

____PLC是基于電子計算機,且適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的電控制器。它源于繼電控制裝置,但它不像繼電裝置那樣,通過電路的物理過程實現(xiàn)控制,而主要靠運行存儲于PLC內存中的程序,進行入出信息變換實現(xiàn)控制。
____PLC基于電子計算機,但并不等同于普通計算機。普遍計算機進行入出信息變換,多只考慮信息本身,信息的入出,只要人機界面好就可以了。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實時性,以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應于工業(yè)環(huán)境,如便于安裝,抗干擾等問題。

1.1.1 可編程控制器實現(xiàn)控制的要點
____入出信息變換、可靠物理實現(xiàn),可以說是PLC實現(xiàn)控制的兩個基本要點。
____入出信息變換靠運行存儲于PLC內存中的程序實現(xiàn)。PLC程序既有生產廠家的系統(tǒng)程序(不可更改),又有用戶自行開發(fā)的應用(用戶)程序。系統(tǒng)程序提供運行平臺,同時,還為PLC程序可靠運行及信號與信息轉換進行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設計。什么樣的控制要求,就應有什么樣的用戶程序。
____可靠物理實現(xiàn)主要靠輸人(bbbbb)及輸出(OUTPUT)電路。PLC的I/O電路,都是專門設計的。輸入電路要對輸入信號進行濾波,以去掉高頻干擾。而且與內部計算機電路在電上是隔離的,靠光耦元件建立聯(lián)系。輸出電路內外也是電隔離的,靠光耦元件或輸出繼電器建立聯(lián)系。輸出電路還要進行功率放大,以足以帶動一般的工業(yè)控制元器件,如電磁閥、接觸器等等。
____I/O電路是很多的,每一輸入點或輸出點都要有一個I或O電路。PLC有多I/O用點,一般也就有多少個I/O用電路。但由于它們都是由高度集成化的電路組成的,所以,所占體積并不大。

____輸入電路時刻監(jiān)視著輸入狀況,并將其暫存于輸入暫存器中。每一輸入點都有一個對應的存儲其信息的暫存器。

____輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送給輸出點。輸出鎖存器與輸出點也是一一對應的
____這里的輸入暫存器及輸出鎖存器實際就是PLC處理器I/O口的寄存器。它們與計算機內存交換信息通過計算機總線,并主要由運行系統(tǒng)程序實現(xiàn)。把輸人暫存器的信息讀到PLC的內存中,稱輸入刷新。PLC內存有專門開辟的存放輸入信息的映射區(qū)。這個區(qū)的每一對應位(bit)稱之為輸入繼電器,或稱軟接點。這些位置成1,表示接點通,置成0為接點斷。由于它的狀態(tài)是由輸入刷新得到的,所以,它反映的就是輸入狀態(tài)。
____輸出鎖存器與PLC內存中的輸出映射區(qū)也是對應的。一個輸出鎖存器也有一個內存位(bit)與其對應,這個位稱為輸出繼電器,或稱輸出線圈??窟\行系統(tǒng)程序,輸出繼電器的狀態(tài)映射到輸出鎖存器。這個映射也稱輸出刷新。輸出刷新主要也是靠運行系統(tǒng)程序實現(xiàn)的。這樣,用戶所要編的程序只是,內存中輸入映射區(qū)到輸出映射區(qū)的變換,特別是怎么按輸入的時序變換成輸出的時序。這是一個數(shù)據(jù)及邏輯處理問題。由于PLC有強大的指令系統(tǒng),編寫出滿足這個要求的程序是完全可能的,而且也是較為容易的。

1.1.2 可編程控制器實現(xiàn)控制的過程

____簡單地說,PLC實現(xiàn)控制的過程一般是:



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圖 1-1-1 PLC 典型開機流程


____輸入刷新--再運行用戶程序--再輸出刷新--再輸入刷新--再運行用戶程序--再輸出刷新……永不停止地循環(huán)反復地進行著。
____圖1-1-1所示的流程圖反映的就是上述過程。它也反映了信息的時間關系。
____有了上述過程,用PLC實現(xiàn)控制顯然是可能的。因為:有了輸入刷新,可把輸入電路監(jiān)控得到的輸入信息存入PLC的輸入映射區(qū);經運行用戶程序,輸出映射區(qū)將得到變換后的信息;再經輸出刷新,輸出鎖存器將反映輸出映射區(qū)的狀態(tài),并通過輸出電路產生相應的輸出。又由于這個過程是永不停止地循環(huán)反復地進行著,所以,輸出總是反映輸入的變化的。只是響應的時間上,略有滯后。當然,這個滯后不宜太大,否則,所實現(xiàn)的控制不那么及時,也就失去控制的意義。

____為此,PLC的工作速度要快。速度快、執(zhí)行指令時間短,是PLC實現(xiàn)控制的基礎。事實上,它的速度是很快的,執(zhí)行一條指令,多的幾微秒、幾十微秒,少的才零點幾,或零點零幾微秒。而且這個速度還在不斷提高中。

____圖1-1-1所示的過程是簡化的過程,實際的 PLC工作過程還要復雜些。除了 I/O刷新及運行用戶程序,還要做些公共處理工作。

____公共處理工作有:循環(huán)時間監(jiān)控、外設服務及通訊處理等。

____監(jiān)控循環(huán)時間的目的是避免"死循環(huán)",避免程序不能反復不斷地重復執(zhí)行。辦法是用"看門狗"(Watching dog)。只要循環(huán)超時,它可報警,或作相應處理.

____外設服務是讓PLC可接受編程器對它的操作,或通過接口向輸出設備如打印機輸出數(shù)據(jù).

____通訊處理是實現(xiàn)PLC與PLC,或PLC與計算機,或PLC與其它工業(yè)控制裝置或智能部件間信息交換的。這也是增強PLC控制能力的需要。

____也就是說,實際的PLC工作過程總是:公共處理--I/O刷新--運行用戶程序--再公共處理--……反復不停地重復著。

1.1.3 可編程控制器實現(xiàn)控制的方式

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____用這種不斷地重復運行程序實現(xiàn)控制稱掃描方式。是用計算機進行實時控制的一種方式。此外,計算機用于控制還有中斷方式。在中斷方式下,需處理的控制先申請中斷,被響應后正運行的程序停止運行,轉而去處理中斷工作(運行有關中斷服務程序)。待處理完中斷,又返回運行原來程序。哪個控制需要處理,哪個就去申請中斷。哪個不需處理,將不被理睬。顯然,中斷方式與掃描方式是不同的。
____在中斷方式下,計算機能得到充分利用,緊急的任務也能得到及時處理。但是,如果同時來了幾個都要處理的任務該怎么辦呢?優(yōu)先級高的還好辦,低的呢?可能會出現(xiàn)照顧不到之處。所以,中斷方式不大適合于工作現(xiàn)場的日常使用。

____但是,PLC在用掃描方式為主的情況下,也不排斥中斷方式。即,大量控制都用掃描方式,個別急需的處理,允許中斷這個掃描運行的程序,轉而去處理它。這樣,可做到所有的控制都能照顧到,個別應急的也能進行處理。

____PLC的實際工作過程比這里講的還要復雜一些,分析其基本原理,也還有一些理論問題。有關人員如果能把上面介紹的入出變換、物理實現(xiàn)--信息處理、I/O電路--空間、時間關系--掃描方式并輔以中斷方式,作為一種思路加以研究,弄清了它,也就好理解PLC是怎樣去實現(xiàn)控制的,也就好把握住PLC基本原理的要點了。至于更深入的問題,在進一步學習中,將再作具體介紹。

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本文標簽:可編程控制器技術[連載之一]
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