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卷板機(jī)PLC的工作原理 |
| 發(fā)布時(shí)間：2017/6/23 |
當(dāng)數(shù)控卷板機(jī)運(yùn)行時(shí)，是通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)完成控制任務(wù)的，需要執(zhí)行多的操作，但CPU不可能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作，它只能按分時(shí)操作(串行工作)方式每一次執(zhí)行一個(gè)操作，按順序逐個(gè)執(zhí)行。由于CPU的運(yùn)算處理速度很快，所以從宏制來(lái)看，數(shù)控卷板機(jī)外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時(shí)(并行)完成的。這種串行工作過(guò)程稱為數(shù)控卷板機(jī)．掃描工作方式。
用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時(shí)，掃描是從第一條程序開(kāi)始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控鍘情況下，按程序存儲(chǔ)順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后再?gòu)念^開(kāi)蝴描執(zhí)行，周而復(fù)始重復(fù)運(yùn)行。
數(shù)控卷板機(jī)的掃描工作方式與繼電器一接觸器控制的工作原理明顯不同。繼電器一接觸湖制采用硬邏輯的并行工作方式，如果某個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，那么該繼電器的常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)不論處在控制線路的哪個(gè)位置上，都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作；而數(shù)控卷板機(jī)采用掃作方式(串行工作方式)，如果某個(gè)軟繼電器的線圈被接通或斷開(kāi)，其所有的觸點(diǎn)不糊即動(dòng)作，必須等掃描到該點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。但由于數(shù)控卷板機(jī)的掃描速度快，通常數(shù)控卷板機(jī)與繼一接觸器控制在I／o接口的處理結(jié)果上并沒(méi)有什么差別。
如圖所示，整個(gè)掃描工作過(guò)程包括內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新5個(gè)階段。整個(gè)過(guò)程掃描執(zhí)行一遍所需的時(shí)間稱為掃描周期。掃描周期與CPU運(yùn)行速度、數(shù)控卷板機(jī)硬件配置及用戶程序長(zhǎng)短有關(guān)，典型值為1～100 ms。
圖 掃描過(guò)程示意圖
在內(nèi)部處理階段，進(jìn)行數(shù)控卷板機(jī)白檢，檢查內(nèi)部硬件是否正常，對(duì)監(jiān)視定時(shí)器(WDT)復(fù)位，以及完成其他一些內(nèi)部處理工作。
在通信服務(wù)階段，數(shù)控卷板機(jī)與其他智能裝置實(shí)現(xiàn)通信，響應(yīng)編程器輸入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等。
當(dāng)數(shù)控卷板機(jī)處于停止(STOP)狀態(tài)時(shí)，只完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作。當(dāng)數(shù)控卷板機(jī)處于運(yùn)行(RUN)狀態(tài)時(shí)，除完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作外，還要完成輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新工作。
數(shù)控卷板機(jī)的掃描工作方式簡(jiǎn)單直觀，便于程序設(shè)計(jì)，并為可靠運(yùn)行提供了保障。當(dāng)數(shù)控卷板機(jī)掃描到的指令被執(zhí)行后，其結(jié)果馬上被后面將要掃描到的指令所利用，而且還可通過(guò)CPU內(nèi)部設(shè)置的監(jiān)視定時(shí)器來(lái)監(jiān)視每次掃描是否超過(guò)規(guī)定時(shí)間，避免由于CPU內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)。
2．?dāng)?shù)控卷板機(jī)執(zhí)行程序的過(guò)程及特點(diǎn)
數(shù)控卷板機(jī)執(zhí)行程序的過(guò)程分為三個(gè)階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。
1)輸入采樣階段
在輸入采樣階段，數(shù)控卷板機(jī)以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進(jìn)行采樣，并存入輸入映像寄存器中，此時(shí)輸入映像寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才能被采樣到。
2)程序執(zhí)行階段
在程序執(zhí)行階段，數(shù)控卷板機(jī)對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來(lái)表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進(jìn)行。當(dāng)遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序是否跳轉(zhuǎn)。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，數(shù)控卷板機(jī)從輸入映像寄存器和元件映像寄存器中讀出，根據(jù)用戶程序進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果再存入元件映像寄存器中。對(duì)于元件映像寄存器來(lái)說(shuō)，其內(nèi)容會(huì)隨程序的執(zhí)行而變化。
3)輸出刷新階段
當(dāng)所有程序執(zhí)行完畢后，進(jìn)入輸出處理階段。在這一階段里，數(shù)控卷板機(jī)將輸出映像寄存器中與輸出有關(guān)的狀態(tài)(輸出繼電器狀態(tài))轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，并通過(guò)一定方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。
因此，數(shù)控卷板機(jī)在一個(gè)掃描周期內(nèi)，對(duì)輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進(jìn)行。當(dāng)數(shù)控卷板機(jī)進(jìn)入程序執(zhí)行階段后輸入端將被封鎖，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行重新采樣。這方式稱為集中采樣，即在一個(gè)掃描周期內(nèi)，集中一段時(shí)間對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行采樣。
在用戶程序中如果對(duì)輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，只在輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)從輸出映像寄存器中輸出，對(duì)輸出接I=1進(jìn)行刷新。在其他階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映像寄存器中，這種方式稱為集中輸出。
對(duì)于小型數(shù)控卷板機(jī)，其I／O點(diǎn)數(shù)較少，用戶程序較短，一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但使數(shù)控卷板機(jī)大多數(shù)工作時(shí)間與外部輸入／輸出設(shè)備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。
而對(duì)于大中型數(shù)控卷板機(jī)，其I／O點(diǎn)數(shù)較多，控制功能強(qiáng)，用戶程序較長(zhǎng)，為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，可以采用定期采樣、定期輸出方式，或中斷輸入、輸出方式以及采用智能I／O接口等多種方式。
從上述分析可知，當(dāng)數(shù)控卷板機(jī)的輸入端輸入信號(hào)發(fā)生變化到數(shù)控卷板機(jī)輸出端對(duì)該輸入變化做出反應(yīng)，需要一段時(shí)間，這種現(xiàn)象稱為數(shù)控卷板機(jī)輸入／輸出響應(yīng)滯后。對(duì)一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。應(yīng)該注意的是，這種響應(yīng)滯后不僅是由于數(shù)控卷板機(jī)掃描工作方式造成，更主要是數(shù)控卷板機(jī)輸入接口的濾波環(huán)節(jié)帶來(lái)的輸入延遲，以及輸出接口中驅(qū)動(dòng)器件的動(dòng)作時(shí)間帶來(lái)輸出延遲，同時(shí)還與程序設(shè)計(jì)有關(guān)。滯后時(shí)間是設(shè)計(jì)數(shù)控卷板機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意把握的一個(gè)參數(shù)。
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