c语言多组输入多组输出

4.2　PLC的基本原理

4.2.1　PLC硬件的基本组成

PLC是基于计算机技术和自动控制理论专为工业控制而发展起来的。但它又不同于普通计算机，作为一种特殊形式的计算机装置，它在系统结构、硬件组成、软件结构及用户界面等方面都有其特殊性。

虽然各公司生产的PLC产品的组成形式和功能特点各不相同，但它们在结构和组成上基本相同:即由CPU、存储器、输入输出接口及其他可选件四部分组成。PLC在运行过程中一般由CPU、存储器、输入输出接口三部分完成预定的各种基本控制任务，因此可将这三部分称为PLC的基本组成部分，如图4－2－1所示。其他可选件包括编程器、外存储器、通信接口、人机界面及测试设备等，它们是PLC的辅助组成部分。

1.中央处理器CPU

CPU是PLC的核心部件，类似人的大脑，主要是处理和运行用户程序、监控系统状态、作出逻辑判断及必要的处理。不同厂家不同型号的PLC所用的CPU可能不同。

2.存储器

存储器用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和一些其他信息。系统程序是厂家根据所选用的CPU的指令系统编写的，它决定了PLC的功能，厂家将系统程序固化在ROM(只读存储器)中，用户不能修改;用户程序是根据控制要求而编写的应用程序，用户程序存储器容量的大小决定了用户程序的大小和复杂程度，从而决定了用户程序所能完成的功能和任务大小。因为用户程序经常需要改动，所以用户程序存储在可读写存储器RAM中，但为了防止掉电丢失程序，一般采用具有备用电池的RAM或EPROM存储卡代替RAM。目前较先进的PLC(如CPM1A等)采用可随时读写的快闪存储器作为用户程序存储器，这样不需后备电池，可防止电池没电时的程序丢失。

图4－2－1　PLC组成示意图

3.输入输出接口

输入输出接口是PLC与被控设备或控制开关相连的接口电路。控制中所用的按钮、开关及一些传感器输出的信号都要通过输入接口读入并转换成PLC可接收的信号，而CPU处理后的信号需通过输出接口转换成控制现场需要的信号来驱动电磁阀、接触器、电磁离合器、调节阀、调速装置等被控设备的控制和执行元件。

输入接口用光电耦合电路来隔离输入信号，防止现场的强电干扰，有些PLC还加有滤波环节来增强抗干扰性能。输入接口按输入端电源类型的不同，分为直流输入单元和交流输入单元。

输出接口也有隔离电路，并且有功率放大电路。输出接口主要分为继电器输出和晶体管输出。

4.2.2　PLC的编程语言

PLC是通过程序对系统进行控制的，所以各种机型的PLC都有自己的编程语言。PLC的编程语言有多种，如梯形图、语句表、逻辑功能图、逻辑方程式等。

1.梯形图编程语言

梯形图编程语言是一种图形语言，是若干图形符号的组成。它是在继电器—接触器控制系统电路图基础上简化了符号而演变来的，也可以说是沿袭了传统的电气控制图。在简化的同时还加进了许多功能强大又使用灵活的指令，熟悉继电器控制技术的人员很容易掌握。图4－2－2a是一个梯形图编程语言的例子。梯形图是目前应用最普遍的一种PLC编程语言，各厂家的各种机型都把它作为第一编程语言。

图4－2－2　PLC的编程语言

2.语句表

语句表编程语言类似计算机汇编语言，是用助记符来表示各种指令的功能。但是对同样功能的指令，不同厂家使用的助记符一般不同。图4－2－2b为语句表编程(以CMP1A为例)。其含义如下:

LD　　　 　　　00000　(取常开触点00000)

OR　　　　　 　01000　(常开触点01000与常开触点00000相并联)

AND NOT　　　　00001　(串联一个常闭触点00001)

OUT　　　　　　01000　(输出到继电器01000)

语句表编程不如梯形图形象、直观，但是在使用简易编程器输入用户程序时，必须把梯形图程序转换成语句表才能输入。

3.逻辑功能图

逻辑功能图编程语言实际上是以逻辑功能符号组成功能块表达命令的图形语言，与数字电路中的逻辑图一样，表现出条件和结果之间的逻辑功能。

4.逻辑方程式

这是一种用逻辑表达式来编程的语言，逻辑关系很强。

4.2.3　PLC的工作方式

PLC采用循环扫描的工作方式，PLC在执行用户程序时，CPU对梯形图自上而下、自左而右地进行扫描。PLC运行时，用户程序中有许多的操作需要去执行，但一个CPU在同一时刻只能执行一个操作而不能同时执行多个操作，因此CPU只能按规定顺序依次执行各个操作。这种依次处理多个任务的工作方式称为扫描工作方式。由于扫描是周而复始无限循环的，每扫描一个循环所用的时间称为一个扫描周期。

正常运行时，CPU的每一个扫描周期主要完成输入采样、程序执行、输出处理三项任务。

1.输入采样

CPU将现场输入信号(如按钮、限位开关等的状态)经PLC的输入端子读入到输入映像寄存器中，这个过程称为输入采样。注意，在进入下一阶段即程序执行阶段时，输入信号即使发生变化，输入映像寄存器的值也不改变，只有等到下一个扫描周期输入采样阶段才被更新。这种输入工作方式称为集中输入方式。

2.程序执行

CPU从程序的第一条指令开始，依次逐条执行各指令，直到执行到最后一条指令。PLC在执行指令程序时，要读入输入映像寄存器的状态(即1或0)和其他器件的状态，CPU按要求进行逻辑和算术运算，运算结果存入相应的器件映像寄存器，并将向外输出的信号存入输出映像寄存器中，由输出锁存器保存。

3.输出处理

CPU将输出映像寄存器的状态经输出锁存器和PLC输出端子，传送到外部负载(如接触器、电磁阀和指示灯等)上。这时输出锁存器的内容要等到下一个扫描周期的输出处理阶段到来时才会被刷新。这种输出工作方式称为集中输出方式。

图4－2－3　PLC循环扫描示意图