PLC备课结构与原理.doc

从可编程控制器的定义可知，PLC也是一种计算机，它有着与通用计算机相类似的结构，即可编程控制也是由中央处理器（CPU）、存储器（MEMORY）、输入/输出（I/O）接口及电源组成的。只不过它比一般的通用计算机具有更强的工业过程相连的接口和更直接的适应控制要求的编程语言。 本节的重点是掌握PLC的硬件组成及其作用，掌握PLC的等效工作电路，掌握PLC工作过程的两个显著特点：周期性顺序扫描和集中批处理。 一、可编程控制器的硬件组成 （一）PLC的基本结构 尽管可编程控制器的种类繁多，可以有各种不同的结构，为简化问题起见，以小型可编程控制器为例，来说明PLC的硬件组成。 PLC的基本结构见图2-4。 由图2-4可知，用可编程控制器作为控制器的自动控制系统，就是工业计算机控制系统，它既可进行开关量的控制，也可实现模拟量的控制。 由于PLC的中央处理器是由微处理器（通用或专用）、单片机或位片式计算机组成，且具有各种功能的I/O接口及存储器，所以也可将PLC的结构用微型计算机控制系统常用的单总线结构形式来表示，如图2-5所示。 （二）可编程控制器的各个组成部分的功能 下面将结合图2-4、图2-5分别说明PLC各个组成部分的功能。 1、中央处理器（CPU） 众所周知，CPU是计算机的核心，因此它也是PLC的核心。它按照系统程序赋予的功能完成的主要任务是： ①接收与存储用户由编程器键入的用户程序和数据。 ②检查编程过程中的语法错误，诊断电源及PLC内部的工作故障。 ③用扫描方式工作，接收来自现场的输入信号，并输入到输入映像寄存器和数据存储器中。 ④在进入运行方式后，从存储器中逐条读取并执行用户程序，完成用户程序所规定的逻辑运算、算术运算及数据处理等操作。 ⑤根据运算结果，更新有关标志位的状态，刷新输出映像寄存器的内容，再经输出部件实现输出控制、打印制表或数据通信等功能。 在模式PLC中，CPU是一个专用模板，一般PLC的CPU模板上还有存放系统程序的ROM或EPROM、存放用户程序或少量数据的RAM，以及译码电路、通信接口和编程器接口等。 在整体式PLC中，CPU是一块集成电路芯片，通常是通用的8位或16位的微处理器，如Z80，Z80，8085，6800等。采用通用的微处理器（如Z80A）作CPU，其好处是这些微处理器及其配套的芯片普及、通用、价廉，有独立的I/O指令，且指令格式短，有利于译码及缩短扫描周期。 随着大规模集成电路的发展，PLC采用单片机作CPU的越来越多，在小型PLC中，尤其以Intel公司的MCS-5，MCS-96系列作CPU的居多，它以高集成度，高可靠性，高功能，高速度及低价格的优势，正在占领小型PLC的市场。 目前，小型PLC均为单CPU系统，而大、中型PLC通常是双CPU或多CPU系统。所谓双CPU系统，是在CPU模板上装有两个CPU芯片，一个作为字处理器，一个作为位处理器。字处理器是主处理器，它执行所有的编程器接口的功能，监视内部定时器（WDT）及扫描时间，完成字节指令的处理，并对系统总线和微处理器进行控制。位处理器是从处理器，它主要完成对位指令的处理，以减轻字处理器的负担，提高位指令的处理速度，并将面向控制过程的编程语言（如梯形图、流程图）转换成机器语言。 在高档的PLC中，常采用位片式微处理器（如AM2900，AM2901，AM2903）作CPU。由于位片式微处理器采用双极型工艺，所以比一般的MOS型微处理器在速度上快一个数量级。位片的宽度有2位、4位、8位等，用几个位片进行“级联”，可以组成任意字长的微机。另外在位片式微处理器中，都采用微程序设计，只要改变微程序存储器中的内容，就可以改变机器的指令系统，因此，其灵活性很强。位片式微处理器易于实现“流水线”操作，即重叠操作，能更有效地发挥其快速的特点。 、存储器 可编程控制器存储器中配有两种存储系统，即用于存放系统程序的系统程序存储器和存放用户程序的用户程序存储器。 系统程序存储器主要用来存储可编程控制器内部的各种信息。在大型可编程控制器中，又可分为寄存器存储器、内部存储器和高速缓存存储器。在中、小型可编程控制器中，常把这3种功能的存储器混合在一起，统称为功能存储器，简称存储器。 一般系统程序是由PLC生产厂家编写的系统监控程序，不能由用户直接存取。系统监控程序主要由有关系统管理、解释指令、标准程序及系统调用等程序组成。系统程序存储器一般由PROM或EPROM构成。 由用户编写的程序称为用户程序。用户程序可存放在用户程序存储器中，用户程序存储器的容量不大，主要存储可编程控制器内部的输入输出信息，以及内部继电器、移位寄存器、累加寄存器、数据寄存器、定时器和计数器的动作状态。小型可编程控制器的存储容量一般只有几个K字节的容量（不超过8KB），中型可编程控制器的存储能力