可编程控制器的构成及基本工作原理详解

1.基本构成

可编程控制器产品的品种较多,其结构形式可分为模块式、组合式两种。主要由主机、输入输出电路、编程器等组成,如图7-25所示。

图7-25　可编程序控制器结构框图

主机是PLC的核心部分,由CPU、存储器和I/O(输入/输出)接口电路组成。CPU是PLC控制系统的中枢核心部件,用来实现逻辑运算、算术运算及对全机进行控制。它根据用户程序的要求,接收现场输入设备的状态和数据,按照用户程序指令的要求进行运算,将运算结果送到输出端,去控制输出继电器的通断电。

存储器是具有记忆功能的半导体电路,用来存储数据和程序。在PLC中使用两种类型存储器:只读存储器ROM和随机存储器RAM。ROM中的数据是由PLC制造厂家写入的,并且永远驻留,在工作过程中只能读出,不能写入,一般存放PLC制造厂家的系统程序。RAM中的内容读出时不被破坏,写入时,用新写入的内容覆盖原来的信息。RAM的内容在掉电时会丢失。为了防止掉电后RAM中内容丢失,采用了对RAM的电池供电电路。这样在PLC断电后RAM仍有电池供电,使得存储器在RAM中的用户程序得以保持。RAM中一般存放用户程序及中间运算结果。

I/O接口电路是PLC与被控对象间传递输入/输出信息的接口部件。为了保证PLC能正常工作,I/O单元应具有电平转换和电气隔离电路。

在I/O单元中,输入电平转换电路是将输入端不同的电压或电流信号转换成PLC内部微处理器所能接受的低电平信号。输出电平转换电路是将微处理器控制的低电平信号转换为现场的执行部件所需的控制信号。电气隔离电路是为了防止干扰和保证PLC不受意外强电的侵袭,一般用光电器件或继电器来实现隔离。

编程器的作用是编制用户程序,将程序送入存储器。利用编程器检查、修改用户程序和在线监视PLC的工作状态。

PLC的工作电源一般为单相交流电源,也有用直流24V供电的。考虑到供电现场供电条件差、电源波动较大等因素,要求PLC有性能良好的稳压电源,用于对内部CPU及I/O单元供电。有些PLC还提供了24V直流输出,用于对外部传感器供电。(www.xing528.com)

2.基本工作过程

PLC采用循环扫描的工作方式。整个工作过程分为内部处理、通信服务、输入处理、用户程序执行、输出处理几个阶段,工作过程如图7-26所示。PLC执行一次整个过程所需时间称为一个扫描周期。

图7-26　PLC工作流程图

在内部处理阶段,PLC检查CPU模块内部硬件是否正常,复位监视定时器,以及完成其他一些内部处理。在通信服务阶段,PLC与带微处理器的智能装置通信,响应编程器键入的命令,更新编程器的显示内容。

在PLC处于停止运行(STOP)状态时,只完成内部处理器和通信服务工作。在PLC处于运行(RUN)状态时,除完成上述操作外,还要完成输入处理、程序执行、输出处理工作。

(1)输入处理阶段。PLC在输入处理阶段,以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态,并将此状态存入输入映象寄存器。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间,即使输入状态发生变化,输入映象寄存器的内容也不会发生变化,只有在一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。

(2)程序执行阶段。PLC在该阶段,按先左后右、先上后下的步骤,逐条执行程序指令,并将运算结果存入有关的输入映象寄存器中。

(3)输出处理阶段。在所有用户程序指今执行完毕后,将输入映象寄存器的通/断状态转存到输出锁存器,通过隔离电路、驱动功率放大电路、输出端子,向外输出控制信号,这才是PLC的实际输出。