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烏魯木齊可編程控制器的原理
烏魯木齊可編程控制器的原理
可編程控制器（PLC）的工作有兩個要點：入出信息變換、可靠物理實現(xiàn)，入出信息變換主要由運行存儲于PLC內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。這程序既有系統(tǒng)的（這程序又稱監(jiān)控程序，或操作系統(tǒng)），又有用戶的。系統(tǒng)程序為用戶程序提供編輯與運行平臺，同時，還進行必要的公共處理，如自檢，I/O刷新，與外設、上位計算機或其它PLC通訊等處理。用戶程序由用戶按照控制的要求進行設計。什么樣的控制，就有什么樣的用戶程序。
可靠物理實現(xiàn)主要通過輸入（I， INPUT）及輸出（O， OUTPUT）電路。每一輸入點或輸出點就有一個I或O電路。而且，總是把若干個這樣電路集成在一個模塊（或箱體）中，然后再由若干個模塊（或箱體）集成為PLC完整的I/O系統(tǒng)（電路）。盡管這些模塊相當多，占了PLC體積的大部分，但由于它們都是由高度集成化的，所以，PLC的體積還是不太大的。
輸入電路時刻監(jiān)視著輸入點的（通、ON或斷、OFF）狀態(tài)，并將此狀態(tài)暫存于它的輸入暫存器（還可能有別的稱謂）中。每一輸入點都有一個與其對應的輸入暫存器。
輸出電路有輸出鎖存器（還可能有別的稱謂）。它也有兩個狀態(tài)，高、低電位狀態(tài)，并可鎖存。同時，它還有相應的物理電路，可把這個高、低電位的狀態(tài)傳送給輸出點。每一輸出點都有一個與其對應的輸出鎖存器。
這里的輸入暫存器及輸出鎖存器實際是PLC的I/O電路的寄存器。它們與PLC內(nèi)存交換信息通過PLC I/O總線及運行PLC的系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。
把輸入暫存器的信息讀到PLC的內(nèi)存中，稱輸入刷新。PLC內(nèi)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）稱為輸入繼電器，或稱軟觸點，或稱為過程映射輸入寄存器（the process-image input register）。這些位（bit）置成1，表示觸點通，置成0為觸點斷。由于它的狀態(tài)是由輸入刷新得到的，所以，它反映的就是輸入點的狀態(tài)。
輸出鎖存器與PLC內(nèi)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(nèi)存位（bit）與其對應，這個位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈，或稱為過程映射輸出寄存器（the process-image output register）。通過PLC I/O總線及運行系統(tǒng)程序，輸出繼電器的狀態(tài)將映射給輸出鎖存器。這個映射的完成也稱輸出刷新。
PLC除了有可接收開關信號的輸入電路，有時，還有接收模擬信號的輸入電路（稱模擬量輸入單元或模塊）。只是后者先要進行模、數(shù)轉(zhuǎn)換，然后，再把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存入PLC相應的內(nèi)存單元中。
如要產(chǎn)生模擬量輸出，則要配有模擬量輸出電路（稱模擬量輸出模塊或單元）。靠它對PLC相應的內(nèi)存單元的內(nèi)容進行數(shù)、模轉(zhuǎn)換，并產(chǎn)生輸出。
這樣，用戶所要編的程序只是，PLC輸入有關的內(nèi)存區(qū)到輸出有關的內(nèi)存區(qū)的變換。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。
向左轉(zhuǎn)|向右轉(zhuǎn)
圖1對以上敘述作了說明。其中框圖代表信息存儲的地點，箭頭代表信息的流向及實現(xiàn)信息流動的手段。這個圖，既反映了PLC實現(xiàn)控制的兩個基本要點，同時也反映了信息在PLC中的空間關系。
簡單地說，PLC工作過程是：輸入刷新---運行用戶程序---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2所示的流程圖反映的就是上述過程。它也反映了信息間的時間關系。
a- 簡化工作流程圖 b – 實際工作流程圖
圖2 PLC工作流程圖
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)視得到的輸入信息存入PLC的輸入映射區(qū)；經(jīng)運行用戶程序，輸出映射區(qū)將得到變換后的信息；再經(jīng)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(chǎn)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。只是響應的時間上，略有滯后。但由于PLC的工作速度很快，所以，這個“略有滯后”的時間是很短的，一般也就是幾毫秒、幾十毫秒，最多也不會超過100到200毫秒。
圖2a所示的是簡化的過程，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，還要做些其它的公共處理工作。公共處理工作有：循環(huán)時間監(jiān)視、外設服務及通訊處理等。
監(jiān)視循環(huán)時間的目的是避免用戶程序“死循環(huán)”，保證PLC能正常工作。為避免用戶程序“死循環(huán)”的辦法是用“看門狗”（Watching dog），即設一個定時器，監(jiān)測用戶程序的運行時間。只要循環(huán)超時，即報警，或作相應處理。
外設服務是讓PLC可接受編程器對它的操作，或向編程器輸出數(shù)據(jù)。
通訊處理是實現(xiàn)與計算機，或與其它PLC，或與智能操作器、傳感器進行信息交換的。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。圖2b所示的是實際的過程。
此外，PLC上電后，也要進行系統(tǒng)自檢及內(nèi)存的初始化工作，為PLC的正常運行做好準備。
用這種不斷地重復運行程序以實現(xiàn)控制，稱掃描方式工作。是PLC基本的工作方式。
此外，為了應對緊急任務，PLC還有中斷工作方式。在中斷方式下，需處理的任務先申請中斷，被響應后停止正運行的程序，轉(zhuǎn)而去處理中斷工作（運行有關中斷的服務程序）。待處理完中斷，又返回運行原來程序。
PLC的中斷方式的任務，或稱事件，是分等級的。同時出現(xiàn)兩個或多個中斷事件，則優(yōu)先級高的先處理，繼而處理低的。直到全部處理完中斷任務，再轉(zhuǎn)為執(zhí)行掃描程序。
PLC對大量控制都用掃描方式工作，而對個別急需的處理，則用中斷方式。這樣，既可做到所有的控制都能照顧到，而個別應急的任務也能及時進行處理。
當然，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。但如果能弄清上面介紹的思路，也可知到PLC是怎么工作的了。