工業(yè)控制計算機PLC

  從廣義上講，PLC實質(zhì)上是一種以數(shù)字控制為主要特征的工業(yè)控制計算機，由硬件和軟件兩部分組成。與一般的計算機相比，它具有更強的與工業(yè)控制相連接的接口,編程語言更直接適用于控制要求。因此，在硬件結(jié)構(gòu)上，PLC與計算機的組成十分相似，主要包括中央處理器(CPU)、存儲器、I/O接口、電源等。PLC的基本組成如圖2-1所示。

  工業(yè)控制計算機PLC內(nèi)部組成及作用

  1.CPU

  CPU是PLC的核心，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能指揮 PLC有條不紊地進行工作，其主要任務(wù)如下:

  (1)當(dāng)PLC處于編程狀態(tài)時，控制從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)的接收與存儲。

  (2)當(dāng)PLC處于運行狀態(tài)時，用掃描的方式通過I/O部件接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映像存儲器或數(shù)據(jù)存儲器中:PILC進入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶指令，經(jīng)過命令解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)進行數(shù)據(jù)傳送、存取、變換、處理、執(zhí)行邏輯或算術(shù)運算等；根據(jù)運算結(jié)果，更新有關(guān)標志位的狀態(tài)和輸出映像存儲器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。

  (3)監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)，診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等。

  不同型號PLC的CPU芯片是不同的，采用通用CPU 芯片的有:8031、8051、8086、80286、M68000等；采用位片式微處理器的有:AM2900、AM2901、AM2903等；也有采用廠家自行設(shè)計的專用CPU芯片的，如西門子公司的S7-200系列PLC均采用該公司自行研制的專用芯片。CPU 芯片的性能關(guān)系到 PLC處理控制信號的能力與速度，通常CPU 位數(shù)越高，系統(tǒng)處理的信息量越大，運算速度也越快。PLC中常用的通用微處理器有8位和16位的。隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC所用的CPU芯片檔次也越來越高。

  小型PLC大多采用8位微處理器或單片機；中型PLC大多采用16位微處理器、單片機或采用CPU；大型PLC則多采用高速微處理器。采用雙CPU 的 PLC中，其中一個CPU作為主處理器，主要用于處理字節(jié)操作指令，控制系統(tǒng)總線，監(jiān)視掃描時間，管理內(nèi)部計數(shù)器/定時器、I/O接口、編程接口等，以及協(xié)調(diào)位處理器。另一個CPU則作為從處理器，用來處理位操作指令，完成源程序向目標代碼程序的轉(zhuǎn)換等。

  2.存儲器

  PLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器用來存放由PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不可以訪問和修改。系統(tǒng)程序相當(dāng)于 PC的操作系統(tǒng)，它關(guān)系到 PLC的性能，同時，它使PLC具有基本的智能，能夠完成PLC設(shè)計者規(guī)定的各項工作。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序、系統(tǒng)監(jiān)控程序、標準程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用以及各種系統(tǒng)參數(shù)等。其中，系統(tǒng)程序質(zhì)量的好壞，很大程度上決定了PLC的性能，其內(nèi)容主要包括三部分:第一部分為系統(tǒng)管理程序，主管控制PLC的運行，使整個PLC按部就班地工作。第二部分為用戶指令解釋程序，通過用戶指令解釋程序，將 PLC的編程語言變?yōu)闄C器語言指令，再由CPU 執(zhí)行這些指令。第三部分為標準程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用，包括許多不同功能的子程序及其調(diào)用管理程序，如完成I/O及特殊運算等的子程序。PLC的具體工作都是由這部分程序來完成的，這部分程序的多少決定了PLC性能的強弱。

  用戶存儲器包括用戶程序存儲器(程序區(qū))、功能存儲器(數(shù)據(jù)區(qū))和參數(shù)區(qū)。用戶程序存儲器用來存放用戶針對具體控制任務(wù)用規(guī)定的PLC編程語言編寫的各種用戶程序；用戶程序存儲器根據(jù)需要可選擇不同的存儲器單元類型。用戶功能存儲器是用來存放(記憶)用戶程序中使用的 ON/OFF狀態(tài)、數(shù)值數(shù)據(jù)等，它構(gòu)成PLC的各種內(nèi)部器件，也稱“軟元件”。參數(shù)區(qū)主要存放CPU 組態(tài)數(shù)據(jù)，例如，I/OCPU 組態(tài)、設(shè)置輸入濾波、脈沖捕捉、輸出表配置、定義存儲區(qū)保持范圍、模擬電位器設(shè)置、高速計數(shù)器配置、高速脈沖輸出配置、通信組態(tài)等。用戶存儲器容量的大小，關(guān)系到用戶程序容量的大小和內(nèi)部器件的多少，是反映PLC性能的重要指標之一。