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上海翊霈工業(yè)控制設(shè)備有限公司優(yōu)勢供應(yīng)國外
    輸入/輸出接口是PLC與現(xiàn)場I/O設(shè)備或其它外部設(shè)備之間的連接部件。PLC通過輸入接口把外部設(shè)備(如開關(guān)、按鈕、傳感器)的狀態(tài)或信息讀入CPU，通過用戶程序的運(yùn)算與操作，把結(jié)果通過輸出接口傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電磁閥、繼電器、接觸器等）。
    在輸入/輸出接口電路中，一般均配有電子變換、光耦合器和阻容濾波等電路，以實(shí)現(xiàn)外部現(xiàn)場的各種信號與系統(tǒng)內(nèi)部統(tǒng)一信號的匹配和信號的正確傳遞，PLC正是通過了這種接口實(shí)現(xiàn)了信號電平的轉(zhuǎn)換。發(fā)光二極管(LED)用來顯示某一路輸入端子是否有信號輸入。當(dāng)系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)不夠時，可通過PLC的I/O擴(kuò)展接口對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。
    （1）輸入接口電路
    各種PLC的輸入接口電路結(jié)構(gòu)大都相同，按其接口接受的外信號電源劃分有兩種類型：直流輸入接口電路、交流輸入接口電路。其作用是把現(xiàn)場的開關(guān)量信號變成PLC內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號。PLC的輸入接口電路如圖2所示。
    在輸入接口電路中，每一個輸入端子可接收一個來自用戶設(shè)備的離散信號，即外部輸入器件可以是無源觸點(diǎn)，如按鈕、開關(guān)、形程開關(guān)等，也可以是有源器件，如各類傳感器、接近開關(guān)、光電開關(guān)等。在PLC內(nèi)部電源容量允許條件下，有源輸入器件可以采用PLC輸出電源（24V），否則必須外設(shè)電源。

圖（a） 直流輸入接口電路

圖（b） 交流輸入接口電路
    在圖（a） 直流輸入接口電路中，當(dāng)輸入開關(guān)閉合時，光敏晶體管接收到光信號，并將接受的信號送入內(nèi)部狀態(tài)寄存器。即當(dāng)現(xiàn)場開關(guān)閉合時，對應(yīng)的輸入映像寄存器為“1”狀態(tài)，同時該輸入端的發(fā)光二極管(LED)點(diǎn)亮；當(dāng)現(xiàn)場開關(guān)斷開時，對應(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)。光電耦合器隔離了輸入電路與PLC內(nèi)部電路的電氣連接，使外部信號通過光電耦合變成內(nèi)部電路能接收的標(biāo)準(zhǔn)信號。
    圖（b）交流輸入接口電路中，當(dāng)輸入開關(guān)閉合時，經(jīng)雙向光電耦合器，將該信號送至PLC內(nèi)部電路，供CPU處理，同時發(fā)光二極管（LED）點(diǎn)亮。
    （2）輸出接口電路
    為適應(yīng)不同負(fù)載需要，各類PLC的輸出都有三種類型的接口電路，即繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出。其作用是把PLC內(nèi)部的標(biāo)淮信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的開關(guān)量信號，驅(qū)鑫負(fù)載。發(fā)光二極管(LED)用來顯示某一路輸出端子是否有信號輸出。

圖（a） 繼電器輸出型接口電

圖（b）晶體管輸出型接口電路

圖（c） 晶閘管輸出型接口電路
圖3 PLC的輸出接口電路
    圖（a）繼電器輸出型接口電路中，當(dāng)CPU根據(jù)用戶程序的運(yùn)算把輸出信號送入PLC的輸出映像區(qū)后，通過內(nèi)部總線把輸出信號送到鎖存器中。當(dāng)輸出鎖存器的對應(yīng)位為“1”時，其對應(yīng)的發(fā)光二極管（LED）導(dǎo)通發(fā)光，繼電器的線圈帶電，其觸點(diǎn)則把負(fù)載和電源連通起來，使得負(fù)載獲得電流；當(dāng)輸出鎖存器的對應(yīng)位為“0”時,其對應(yīng)的發(fā)光二極管（LED）不導(dǎo)通，線圈不帶電，其觸點(diǎn)則把負(fù)載L和電源隔斷，使得負(fù)載不會獲得電流。
    圖（b）晶體管輸出型接口電路中，當(dāng)輸出鎖存器的對應(yīng)位為“1”時，其對應(yīng)的晶體管導(dǎo)通，把負(fù)載和電源連通起來，使得負(fù)載獲得電流，發(fā)光二極管（LED）導(dǎo)通；當(dāng)輸出鎖存器的對應(yīng)為“0”時，其對應(yīng)的晶體管截止，把負(fù)載和電源隔斷，使得負(fù)載不會獲得電流，發(fā)光二極管（LED）不導(dǎo)通。
    圖（c）晶閘管輸出型接口電路中，當(dāng)輸出鎖存器的對應(yīng)位為“1”時，其對應(yīng)的光耦合器導(dǎo)通，把負(fù)載和電源連通起來，使得負(fù)載獲得電流，發(fā)光二極管（LED）發(fā)光。當(dāng)輸出鎖存器的對應(yīng)位為“0”時，由于負(fù)載電源過零，其對應(yīng)的光耦合器截止，把負(fù)載和電源隔斷，使得負(fù)載不會獲得電流，發(fā)光二極管（LED）不導(dǎo)通。
上述三種類型的輸出接口電路中，繼電器輸出型zui常用，它適用于交、直流負(fù)載，其特點(diǎn)是帶負(fù)載能力強(qiáng)，但鑫作頻率與相應(yīng)速度慢。晶體管輸出型適用于直流負(fù)載，其特點(diǎn)是鑫作頻率高，相應(yīng)速度塊，但帶負(fù)載能力小。晶閘管輸出型適用于交流負(fù)載，相應(yīng)速度快，帶帶負(fù)載能力不強(qiáng)。
    在輸出接口電路中，外部負(fù)載直接與PLC輸出端子相連，負(fù)載電源由用戶根據(jù)負(fù)載要求自行配備。在實(shí)際應(yīng)用中，在考慮外驅(qū)鑫電源時，需考慮輸出器件的類型，同時PLC輸出端子的輸出電流不能超出其額定值。
4）、電源部分
    PLC內(nèi)部配有一個開關(guān)型穩(wěn)壓電源，它將交流／直流供電電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各單元所需的電源，即為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。
    PLC一般使用220V的交流供電電源。PLC內(nèi)部的開關(guān)電源對電網(wǎng)提供的電源要求不高，與普通電源相比，PLC電源穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)。許多PLC都向外提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于對外部傳感器供電。
    對于整體式結(jié)構(gòu)的PLC，通常電源封裝在機(jī)殼內(nèi)部；對于模塊式PLC，有的采用單獨(dú)電源模塊，有的將電源與PLC封裝到一個模塊中。
5）、編程器
    編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)*的器件。它是PLC的外部設(shè)備，是人機(jī)交互的窗口?？捎糜诰幊?、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。編程器可以是編程器，也可以是配有編程軟件包的通用計算機(jī)系統(tǒng)。編程器是由PLC生產(chǎn)廠家，該廠家生產(chǎn)的某些PLC產(chǎn)品使用，使用范圍有限，價格較高。目前，大多是使用個人計算機(jī)為基礎(chǔ)的編程器，用戶只要購買PLC廠家提供的編程軟件和相應(yīng)的硬件接口裝置，就可以得到高性能的PLC程序開發(fā)系統(tǒng)。
6）、擴(kuò)展接口和外設(shè)通信接口
    (1）外設(shè)通信接口
    PLC配有多種通信接口，PLC通過這些通信接口可與編程器、打印機(jī)、其它PLC、計算機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。可組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)?？刂?。
    (2）擴(kuò)展接口
    用于連接I/O擴(kuò)展單元和特殊功能單元。 通過擴(kuò)展接口可以擴(kuò)充開關(guān)量 I/O 點(diǎn)數(shù)和增加模擬量的I/0端子，也可配接智能單元完成特定的功能，使PLC的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。I/0擴(kuò)展接口電路采用并行接口和串行接口兩種電路形式。
    工業(yè)控制中，除了用數(shù)字量信號來控制外，有時還要用模擬量信號來進(jìn)行控制。模擬量模塊有三種：模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊。
    (Ⅰ) 模擬量輸入模塊
    模擬量輸入模塊又稱A/D模塊，將現(xiàn)場由傳感器檢測而產(chǎn)生的連續(xù)的模擬量信號轉(zhuǎn)換成PLC的CPU可以接收的數(shù)字量，一般多為12位二進(jìn)制數(shù)，數(shù)字量位數(shù)越多的模塊，分辨率就越高。
    (Ⅱ) 模擬量輸出模塊
    模擬量輸出模塊又稱為D/A模塊，把PLC的CPU送往模擬量輸出模塊的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備可以接收的模擬量（電壓或電流）。模擬量輸出模塊所接收的數(shù)字信號一般多為12位二進(jìn)制數(shù)，數(shù)字量位數(shù)越多的模塊，分辨率就越高。
1.3.2  PLC的軟件組成
    PLC控制系統(tǒng)的軟件主要包括系統(tǒng)軟件和用戶程序。系統(tǒng)軟件由PLC廠家固化在存儲器中，用于控制PLC的運(yùn)作。用戶程序由使用者編制錄入，保存在用戶存儲器中，用于控制外部對象的運(yùn)行。
    1）、系統(tǒng)軟件
    系統(tǒng)軟件包括系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序、標(biāo)準(zhǔn)程序模塊及系統(tǒng)調(diào)用。整個系統(tǒng)軟件是一個整體，它的質(zhì)量很大程度上影響了PLC的性能。通常情況下，進(jìn)一步改進(jìn)和*系統(tǒng)軟件就可以在不增加任何設(shè)備條件下大大改善PLC的性能，使其功能越來越強(qiáng)。
2）用戶程序
    PLC的程序一般由三個部分構(gòu)成：用戶程序、數(shù)據(jù)塊和參數(shù)塊。用戶程序是必選項，數(shù)據(jù)塊和參數(shù)塊是可選部分。
用戶程序即應(yīng)用程序，是用戶針對具體控制對象編制的程序。PLC是通過在RUN方式下，循環(huán)掃描執(zhí)行用戶程序來完成控制任務(wù)的，用戶程序決定了一個控制系統(tǒng)的功能。

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    一個完整的用戶程序應(yīng)當(dāng)包含一個主程序、若干子程序和若干中斷程序三大部分。
1.4   PLC的工作原理
    PLC是一種工業(yè)控制計算機(jī)，它的工作原理建立在計算機(jī)工作原理之上，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成。
1.4.1   PLC可編程控制器的基本工作原理
    PLC以微處理器為核心，具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。
微機(jī)一般采用等待命令的工作方式工作。
    PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。每一次循環(huán)掃描所用的時間稱為一個掃描周期。
    對每個程序，CPU從*條指令開始執(zhí)行，按順序逐條地執(zhí)行指令做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從*條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至結(jié)束又返回*條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。
    PLC在每次掃描工作過程中除了執(zhí)行用戶程序外，還要完成內(nèi)部處理、輸入采樣、通信服務(wù)、程序執(zhí)行、自診斷、輸出刷新等工作。PLC工作的全過程包括三個部分，即上電處理、掃描過程和出錯處理。PLC工作的全過程可用圖4所示的運(yùn)行框圖來表示。
    在圖4中，PLC通電后，CPU在系統(tǒng)程序的控制下*行內(nèi)部處理，包括硬件初始化、I/O模塊配置檢查、停電保持范圍設(shè)定及其他初始化處理等工作。
    PLC有很強(qiáng)的自診斷功能，PLC每掃描一次執(zhí)行一次自診斷檢查，確定PLC自身的鑫作是否正常，如電源檢測、內(nèi)部硬件是否正常、程序語法是否有錯等。如檢查出異常時，CPU面板的LED及異常繼電器會接通，在特殊寄存器中會存入出錯代碼；CPU能根據(jù)錯誤類型和程度發(fā)出信號，甚至進(jìn)行相應(yīng)的出錯處理，使PLC停止掃描或強(qiáng)制變成STOP狀態(tài)。
    PLC運(yùn)行正常時，掃描周期的長短與用戶應(yīng)用程序的長短、CPU的運(yùn)算速度、I/O點(diǎn)的情況等有關(guān)。通常用PLC執(zhí)行1KB指令所需時間來說明其掃描速度（一般1-10ms/KB）。值得注意的是，不同指令執(zhí)行時間是不同的，故選用不同指令所用的掃描時間將會不同。若用于高速系統(tǒng)要縮短掃描周期時，可從軟硬件上同時考慮。PLC周期性循環(huán)掃描工作方式的顯著特點(diǎn)是：可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，但響應(yīng)滯后、速度慢。
1.4.2   PLC的掃描工作過程
    PLC執(zhí)行程序的過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段，PLC的掃描工作過程如圖5所示。
    （1）輸入采樣階段。在這一階段中，PLC以掃描方式讀入所有輸入端子上的輸入信號，并將各輸入狀態(tài)存入對應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時，輸入映像寄存器被刷斷。在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段中，輸入映像存儲器與外界隔離，其內(nèi)容保持不變，直至下一個掃描周期的輸入掃描階段，才被重新讀入的輸入信號刷新。可見，PLC在執(zhí)行程序和處理數(shù)據(jù)時，不直接使用現(xiàn)場當(dāng)時的輸入信號，而使用本次采樣時輸入到映像區(qū)中的數(shù)據(jù)。一般來說，輸入信號的寬度要大于一個掃描周期，否則可能造成信號的丟失。
   （2）程序執(zhí)行階段。在執(zhí)行用戶程序過程中，PLC按照梯形圖程序掃描原則，一般來說，PLC按從左至右、從上到下的步驟逐個執(zhí)行程序。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序跳轉(zhuǎn)地址。程序執(zhí)行過程中，當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件（“軟繼電器”）的當(dāng)前狀態(tài)。然后進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入輸出映像寄存器中。對輸出映像寄存器來說，每一個元件（“軟繼電器”）的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而變化。

PLC掃瞄工作過程

運(yùn)行程序過程
圖5 PLC的掃描工作過程
    （3）輸出刷新階段。程序執(zhí)行階段的運(yùn)算結(jié)果被存入輸出映像區(qū)，而不送到輸出端口上。在輸出刷新階段，PLC將輸出映像區(qū)中的輸出變量送入輸出鎖存器，然后由鎖存器通過輸出模塊產(chǎn)生本周期的控制輸出。如果內(nèi)部輸出繼電器的狀態(tài)為“1”，則輸出繼電器觸點(diǎn)閉合，經(jīng)過輸出端子驅(qū)鑫外部負(fù)載。全部輸出設(shè)備的狀態(tài)要保持一個掃描周期。
● 輸入/輸出滯后問題：
    當(dāng)PLC的輸入端輸入信號發(fā)生變化PLC輸出端對該輸入變化做出反應(yīng)需要一段時間，這種現(xiàn)象稱為PLC輸入/輸出響應(yīng)滯后。
    由上述分析可知，掃描周期的長短主要取決于程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。由于每一個掃描周期只進(jìn)行一次I/O刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸人、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸人、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖式的、短時的，PLC的輸入/輸出響應(yīng)滯后，對一般的工業(yè)控制要求，是*允許的，還可以起到增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。
    但是，對于控制時間要求嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就要采取措施減小輸入/輸出滯后的不利影響。
1.5   PLC的編程語言
    PLC的編程語言與一般計算機(jī)語言相比具有明顯的特點(diǎn)，它既不同于一般高級語言，也不同于一般匯編語言，它既要易于編寫又要易于調(diào)試。目前，還沒有一種對各廠家產(chǎn)品都能兼容的編程語言。
    目前，PLC為用戶提供了多種編程語言，以適應(yīng)編制用戶程序的需要，PLC提供的編程語言通常有以下幾種：梯形圖、指令表、順序功能圖和功能塊圖
    1、梯形圖
    梯形圖編程語言是從繼電器控制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變而來的。PLC的梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是*的，但是在使用符號和表達(dá)式等方面有一定區(qū)別。
    梯形圖具有形象、直觀、簡單明了，易于理解的特點(diǎn)，特別適合開關(guān)量邏輯控制，是PLCzui基本、zui普遍的編程語言。
    2、語句表（STL）
語句表是用助記符來表達(dá)PLC的各種功能。它類似計算機(jī)的匯編語言，但比匯編語言通俗易懂，也是較為廣泛應(yīng)用的一種編程語言。使用語句表編程時，編程設(shè)備簡單，邏輯緊湊、系統(tǒng)化，連接范圍不受限制，但比較抽象。一般可以與梯形圖互相轉(zhuǎn)化，互為補(bǔ)充。目前，大多數(shù)PLC都有語句表編程功能。
    3、順序功能圖(SFC)
    順序功能圖編程是一種圖形化的編程方法，亦稱功能圖。它的編程方式采用畫工藝流程圖的方法編程，只要在每個工藝方框的輸入和輸出端，標(biāo)上特定的符號即可。采用順序功能圖編程，可以使具有并發(fā)、選擇等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)控制程序大為簡化。許多PLC都提供了用于SFC編程的指令，它是一種*、深受歡迎的編程語言，目前電工委員會（IEC）也正在實(shí)施并發(fā)展這種語言的編程標(biāo)準(zhǔn)。
    4、 功能塊圖（FBD）
 邏輯功能圖是一種由邏輯功能符號組成的功能塊來表達(dá)命令的圖形語言，這種編程語言基本上沿用了半導(dǎo)體邏輯電路的邏輯方塊圖。對每一種功能都使用一個運(yùn)算方塊，其運(yùn)算功能由方塊內(nèi)的符號確定。對于熟悉邏輯電路和具有邏輯代數(shù)基礎(chǔ)的人員來說，使用非常方便。

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