文档介绍：第2章可编程控制器的硬件组成及工作原理
可编程控制器的硬件组成
可编程控制器的工作原理
S7-200系列可编程控制器的性能简介
S7-200系列PLC的内部资源
S7-200存储器的数据类型与寻址方式
可编程控制器的硬件组成
PLC的硬件主要由中央处理器(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等几部分组成。
1. 中央处理单元(CPU)
和计算机一样,CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU随机型不同而不同,常用的CPU有三类:通用微处理器(如Z80、8086、80286等)、单片机(如8031、8096等)和位片式微处理器(如AMD29W等)。
2. 存储器
在PLC中,存储器主要用来存放系统程序、用户程序以及工作数据。常用的存储器主要有两种:一种是可读/写操作的随机存储器RAM,另一种是只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。
3. 输入/输出单元
输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块,是PLC与工业生产现场之间连接的部件。PLC通过输入单元可以检测被控对象的各种数据,将这些数据作为PLC对控制对象进行控制的依据,同时PLC也可通过输出单元将处理结果送给被控制对象,以实现控制的目的。
4. 通信接口
为了实现人机交互,PLC配有各种通信接口。PLC通过这些通信接口可与监视器、打印机、以及其它的PLC或计算机等设备实现通信。
5. 智能接口模块
智能接口模块是一独立的计算机系统,它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口。它作为PLC系统的一个模块,通过总线与PLC相连,进行数据交换,并在PLC的协调管理下独立地进行工作。
6. 编程装置
编程装置的作用是供用户编辑、调试、输入用户程序,也可在线监控PLC内部状态和参数,与PLC进行人/机对话。
7. 电源
PLC配有开关电源,以供内部电路使用。与普通电源相比,PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强,对电网稳定度要求不高。
8. 其它外部设备
除了以上所述的部件和设备外,PLC还有许多外部设备,如EPROM写入器、外存储器、人/机接口装置等。 EPROM写入器是用来将用户程序固化到EPROM存储器中的一种PLC外部设备。
外存储器主要用来存储用户程序,它一般通过编程器或其它智能模块接口,与内存储器之间进行数据传送。
外存储器主要用来存储用户程序,它一般通过编程器或其它智能模块接口,与内存储器之间进行数据传送。
人/机接口装置是用来实现人/机对话的。
可编程控制器的工作原理
可编程控制器是一种工业控制计算机,它的工作原理建立在计算机工作原理之上,即通过执行反映控制要求的用户程序来完成。
扫描工作原理
扫描工作原理
当PLC运行时,是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的,需要执行众多的操作,但CPU不可能同时去执行多个操作,它只能按分时操作(串行工作)方式,每一次执行一个操作,按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快,所以从宏观上来看,PLC外部出现的结果似乎是同时(并行)完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。
PLC的扫描工作过程
PLC在每次扫描工作过程中除了执行用户程序外,还要完成内部处理、通信服务等工作。整个扫描工作过程包括内部处理、通信服务、输入采样、程序执行、输出刷新五个阶段。整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期。
采样方式、输出方式以及响应滞后
1. 集中采样
PLC在一个扫描周期内,对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁,直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。这种方式称为集中采样
2. 集中输出
在一个扫描周期内,只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映像寄存器中输出,对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映像寄存器中。这种方式称为集中输出。
3. 响应滞后
当PLC的输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化做出反应,需要一段时间,这种现象称为PLC输入/输出响应滞后。
可编程控制器对输入/输出的处理原则
根据可编程控制器工作原理,可以归纳出PLC在输入/输出处理方面的一般原则:
①输入映像寄存器的数据取决于输入单元(或模块)上各输入点在上一刷新阶段的状态;
②程序执行结果取决于用户程序和输入/输出映像寄存器以及其它各元件映像寄存器的内容;
③输出映像寄存器的数据取决于输出指令的结果;
④输出锁存器中的数据由上次刷新期间输出映像寄存器中的内容决定;
⑤输出端子的状态有输出锁存器决定。
S7-200系列