PLC编程模型中的功能模型详解

PLC的功能模型也称为编程模型。功能模型用于描述库元素如何产生衍生元素。即描述PLC系统所具有的功能。这些功能包括信号处理功能、传感器和执行器接口功能、通信功能、人机接口功能、编程、调试和测试功能及电源功能等。图1-54显示功能模型。

图1-54 功能模型

1.可编程序功能

（1）信号处理功能

信号处理功能由应用程序寄存器功能、操作系统功能、数据寄存器功能、应用程序执行功能等组成。它根据应用程序，处理从传感器及内部数据寄存器获得的信号，处理后输出信号送执行器及内部数据寄存器。

1）应用程序寄存器：为寄存一系列指令提供存储器单元，指令的执行是周期或事件驱动的。

2）应用数据寄存器：为应用程序执行所需的输入-输出映像表和数据提供存储器单元。

3）存储器类型、容量和利用。存储器有RAM、ROM、PROM、EEPROM等。存储器容量与存储器单元数有关，它包括可用的最小配置容量和最大配置容量。应用程序所需存储器容量与PLC所需功能和类型有关。应用数据寄存器的存储容量与被寄存的数据类型和数量有关。表1-88是可编程序功能。

表1-88 可编程序功能

4）操作系统：负责对PLC系统内部相互关联的功能进行管理。

5）应用程序执行：应用程序的总响应时间是信号从现场输入端，经PLC处理，最后到现场输出端所需各局部时间之和。

（2）传感器执行器接口功能

将来自机器或过程的输入信号或数据转换为合适的信号电平，将信号处理功能的输出信号和/或数据转换为合适的电平信号，传送到执行器或显示器。通常，它包括输入-输出信号类型及其输入-输出系统特性的确定等。

1）输入-输出信号类型。来自机械或过程的状态信息和数据以二进制信号、数字信号、增量信号或模拟信号形式被传送到输入-输出系统。合适的二进制信号、数字信号、增量信号或模拟信号把PLC系统处理后的结果传送给机械或过程。为此，应有宽范围的输入-输出信号，来适应这种类型的传感器和执行机构。

2）输入-输出系统特性。输入-输出系统应使用各种信号处理、转换和隔离方法。为适应系统扩展需要，应能够扩展到最大配置。输入-输出系统应可安装到紧靠信号处理功能的位置，也可远离信号处理功能而靠近执行机构的位置安装。

（3）通信功能(www.xing528.com)

提供与其他系统，例如，其他PLC系统、机器人控制器、计算机等装置的通信，用于实现程序传输、数据文件传输、监视、诊断等。程序和数据的传输通常采用符合国际标准的硬件接口（如RS232、RS485）和通信协议（如X.25）等。

（4）人机界面功能

人机界面功能也称为人机接口功能。它为操作员提供与信号处理、机器或过程之间信息相互作用的平台，主要包括为操作员提供机器或过程运行所需的信息，允许操作员干预PLC系统及应用程序，例如，进行超限判别和对参数调整等。

（5）编程、调试和测试功能

它可作为PLC的整体，也可作为PLC的独立部分来实现。它为应用程序员提供应用程序生成、装载、监视、检测、调试、修改及应用程序文件编制和存档的操作平台。

1）应用程序写入，包括应用程序生成、应用程序显示等。应用程序的写入可采用字母、数字或符号键、也可应用菜单、下拉式菜单和鼠标、球标等光标定位装置。应用程序输入时应保证程序和数据的有效性和一致性。应用程序的显示是在应用程序写入时，将所有指令能逐句或逐段立即显示。

2）系统自动启动，包括应用程序的装载、存储器访问、PLC系统的适应性、系统自动状态显示、应用程序的调试和应用程序的修改等。PLC系统的适应性是系统适应机械或过程的功能，包括对连接到系统的传感器和执行机构进行检查的测试功能、对程序序列运行进行检查的测试功能和常数置位和复位功能等。

3）文件，应包括硬件配置及与设计有关的注释的描述、应用程序文件、维修手册等。应用程序文件应包括程序清单、信号和数据处理的助记符、所有数据处理用的交叉参考表（输入/输出、内部储存数据、定时器、计数器等内部功能）、注释、用户说明等。

4）应用程序存档。为提高维修速度和减少停机时间，应将应用程序存储在非易失性的存储介质中，并且应保证所存储的程序与原程序的一致性。

（6）电源功能

提供PLC系统所需电源，为设备同步起停提供控制信号，提供系统电源与主电源的隔离和转换等，可根据供电电压、功率消耗及不间断工作的要求等使用不同的电源供电。

2.操作系统和PLC重新启动

操作系统管理内部PLC系统的功能。用户在确定中断操作后，PLC重新启动有三类方式：

1）冷启动。它是PLC系统及其应用程序在所有动态数据（变量如I/O映像、内部寄存器、定时器、计数器等和程序上下文）被复位到预定状态后的再起动。冷启动可自动或手动实现。

2）热启动。它是当电源故障后，在允许的最长中断时间内，PLC系统恢复到如同没有发生电源故障的重新启动。所有I/O信息和其他动态数据及应用程序上下文都得到复原或保持不变。热启动功能需要一个独立供电的实时时钟或定时器，以确定自电源故障被检测时所消逝的时间，也需要用户对相关过程的最大允许时间进行编程。

3）暖启动。它是电源故障后，以用户编程预先设置的动态数据集和系统预先确定的程序上下文的重新启动。它由一个状态标志或可指示在运行模式下检测PLC系统的电源故障停机的应用程序的等价方法来识别。暖启动时仅主处理单元（MPU）由UPS供电。