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      德國IFM易福門可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序

它采用一種可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。

IFM可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，一種具有微處理器的用于自動化控制的數(shù)字運算控制器，可以將控制指令隨時載入內(nèi)存進(jìn)行儲存與執(zhí)行。可編程控制器由CPU、指令及數(shù)據(jù)內(nèi)存、輸入/輸出接口、電源、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換等功能單元組成。早期的IFM可編程邏輯控制器只有邏輯控制的功能，所以被命名為IFM可編程邏輯控制器，后來隨著不斷地發(fā)展，這些當(dāng)初功能簡單的計算機(jī)模塊已經(jīng)有了包括邏輯控制、時序控制、模擬控制、多機(jī)通信等各類功能，名稱也改為可編程控制器(Programmable Controller)，但是由于它的簡寫PC與個人電腦(Personal Computer)的簡寫相沖突，加上習(xí)慣的原因，人們還是經(jīng)常使用IFM可編程邏輯控制器這一稱呼，并仍使用PLC這一縮寫。 [2]

工業(yè)上使用的IFM可編程邏輯控制器已經(jīng)相當(dāng)或接近于一臺緊湊型電腦的主機(jī)，其在擴(kuò)展性和可靠性方面的優(yōu)勢使其被廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)控制領(lǐng)域。不管是在計算機(jī)直接控制系統(tǒng)還是集中分散式控制系統(tǒng)DCS，或者現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS中，總是有各類PLC控制器的大量使用。PLC的生產(chǎn)廠商很多，如西門子、施耐德、三菱、臺達(dá)等，幾乎涉及工業(yè)自動化領(lǐng)域的廠商都會有其PLC產(chǎn)品提供。

IFM可編程邏輯控制器實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同，基本組成如圖1所示，基本構(gòu)成詳細(xì)描述如下

電源

電源用于將交流電轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部所需的直流電，大部分PLC采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電。 [6]

中央處理單元

中央處理器(CPU)是PLC的控制中樞，也是PLC的核心部件，其性能決定了PLC的性能。 [6]

中央處理器由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集中在一塊芯片上，通過地址總線、控制總線與存儲器的輸入/輸出接口電路相連。中央處理器的作用是處理和運行用戶程序，進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運算，控制整個系統(tǒng)使之協(xié)調(diào)。 [6]

存儲器

存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，它的作用是存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。其中系統(tǒng)程序是控制PLC實現(xiàn)各種功能的程序，由PLC生產(chǎn)廠家編寫，并固化到只讀存儲器(ROM)中，用戶不能訪問。 [6]

輸入單元

輸入單元是PLC與被控設(shè)備相連的輸入接口，是信號進(jìn)入PLC的橋梁，它的作用是接收主令元件、檢測元件傳來的信號。輸入的類型有直流輸入、交流輸入、交直流輸入。 [6]

輸出單元

輸出單元也是PLC與被控設(shè)備之間的連接部件，它的作用是把PLC的輸出信號傳送給被控設(shè)備，即將中央處理器送出的弱電信號轉(zhuǎn)換成電平信號，驅(qū)動被控設(shè)備的執(zhí)行元件。輸出的類型有繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘門輸出。 [6]

PLC除上述幾部分外，根據(jù)機(jī)型的不同還有多種外部設(shè)備，其作用是幫助編程、實現(xiàn)監(jiān)控以及網(wǎng)絡(luò)通信。常用的外部設(shè)備有編程器、打印機(jī)、盒式磁帶錄音機(jī)、計算機(jī)等。

當(dāng)IFM可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，IFM可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 [5]

輸入采樣

在輸入采樣階段，IFM可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

用戶程序執(zhí)行

在用戶程序執(zhí)行階段，IFM可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 [5]

即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 [5]

在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程映像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程映像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 [5]

輸出刷新

當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，IFM可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是IFM可編程邏輯控制器的真正輸出。 [5]

小結(jié)

根據(jù)上述過程的描述，可以對PLC工作過程的特點小結(jié)如下： [7]

①PLC采用集中采樣、集中輸出的工作方式，這種方式減少了外界干擾的影響。 [5]

②PLC的工作過程是循環(huán)掃描的過程，循環(huán)掃描時間的長短取決于指令執(zhí)行速度、用戶程序的長度等因素。 [5]

③輸出對輸入的影響有滯后現(xiàn)象。PLC采用集中采樣、集中輸出的工作方式，當(dāng)采樣階段結(jié)束后，輸入狀態(tài)的變化將要等到下一個采樣周期才能被接收，因此這個滯后時間的長短又主要取決于循環(huán)周期的長短。此外，影響滯后時間的因素還有輸入濾波時間、輸出電路的滯后時間等。 [5]

④輸出映像寄存器的內(nèi)容取決于用戶程序掃描執(zhí)行的結(jié)果。 [5]

⑤輸出鎖存器的內(nèi)容由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定。 [5]

⑥PLC當(dāng)前實際的輸出狀態(tài)由輸出鎖存器的內(nèi)容決定。