西门子电缆(授权)供应商

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当CPU在系统程序的管理下扫描用户程序时，按照先上后下、先左后右的顺序依次读取梯形图中的指令。以图1-3中的用户程序为例，CPU首先读到的是常开触点X403，然后在输入映像寄存器中找到X403的当前状态，接着从输出映像寄存器中得到Y432的当前状态，两者的当前状态进行“或”逻辑运算，结果暂存；CPU读到的下一条梯形图指令是X407的常闭触点，同样从输入映像寄存器中得到X407的状态，将X407常闭触点的当前状态与上一步的暂存结果进行逻辑“与”运算，*后根据运算结果得到输出线圈Y432的状态（“ON”或者“OFF”），并将其保存到输出映像寄存器中，也就是对输出映像寄存器进行了刷新。请注意，在程序执行过程中用到了Y432的状态，这个状态是上一个周期执行的结果。

当用户程序被完全扫描一遍后，所有的输出映像都被依次刷新，系统将进入下一个阶段，即输出刷新阶段。3.输出刷新阶段

在这个阶段，系统程序将输出映像寄存器中的内容传送到输出锁存器中，经过输出接口或输出端子输出，驱动外部负载。输出锁存器一直将状态保持到下一个循环周期，而输出映像寄存器的状态在程序执行阶段是动态的。4.总结

根据上述过程的描述，可对PLC工作过程的特点总结如下：

1）PLC采用集中采样、集中输出的工作方式，这种方式减少了外界干扰的影响。

2）PLC的工作过程是循环扫描的过程，循环扫描时间的长短取决于指令执行速度、用户程序的长度等因素。

3）输出对输入的响应有滞后现象。PLC采用集中采样、集中输出的工作方式，当采样阶段结束后，输入状态的变化将要等到下一个采样周期才能被接收，因此这个滞后时间的长短又主要取决于循环周期的长短。此外，影响滞后时间的因素还有输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间等。

4）输出映像寄存器的内容取决于用户程序扫描执行的结果。

5）输出锁存器的内容，由上一次输出刷新期间输出映像寄存器中的数据决定。

6）PLC当前实际的输出状态，由输出锁存器的内容决定。

需要补充说明的是，当系统规模较大、I/O点数众多、用户程序比较长时，单纯采用上面的循环扫描工作方式会使系统的响应速度明显降低，甚至会丢失、错漏高频输入信号，因此大多数大中型PLC在尽量提高程序指令执行速度的同时，也采取了一些其他措施来加快系统响应速度。例如采用定周期输入采样、输出刷新，直接输入采样、直接输出刷新，中断输入、输出，或者开发智能I/O模块，模块本身带有CPU，可以与主机的CPU并行工作，分担一部分任务，从而加快整个系统的执行速度。第四节 PLC的硬件基础

I/O单元是组成PLC系统的重要环节，本节以介绍I/O单元的硬件电路为主，在此基础上简单介绍PLC系统的硬件配置。应当说明的是，不同PLC在硬件的具体实现方案上总是有区别的，本节的任务是讨论一般性的原理，而非某一具体型号的结构特征，本书后续章节将针对不同型号的PLC，分别介绍其特点。一、PLC的I/O模块

PLC的输入/输出部分，可以分为数字量I/O（DI/DO）和模拟量I/O（AI/AO）两大类。1.数字量I/O（DI/DO）

PLC一般总是将输入、输出分成若干组，每组共用一个输入、输出端口，下面分别介绍数字量输入、输出电路的具体形式。

（1）数字量输入单元

数字量输入电路有多种形式，能分别适用于直流和交流的数字输入量。而在直流数字量的输入电路中，根据具体的电路形式又有源型和漏型之别。图1-4是漏型数字量输入电路示意图在图1-4中，若干个输入点组成一组，共用一个公共端COM。每一个点都构成一个回路，图中只画出了一路。回路的电流流向是从输入端口流入PLC，从公共端流出。图中的电阻R2和电容C构成RC滤波电路，光耦合器将现场信号与PLC内部电路隔离，并且将现场信号的电平（图中为DC24V）转换为PLC内部电路可以接受的电平。发光二极管（LED）用来指示当前数字量输入信号的高、低电平状态。

源型输入电路的形式与图1-4基本相似，不同之处在于光耦合器、发光二极管、DC24V电源均反向，电流流向是从公共端COM流入PLC，从信号端流出。

目前，有很多PLC采用双向光耦合器，并且使用两个反向并联的发光二极管，这样一来，DC24V电源的极性可以任意接，电流的流向也可以是任意的。

交流数字量输入电路也有多种形式，有些采用桥式整流电路将交流信号转换成直流，然后经过光耦合器隔离输入内部电路；而有些PLC则直接使用双向光耦合器和双向发光二极管，从而省去了桥式整流电路。图1-5是带整流桥的输入电路示意图。

图1-5 带整流桥的输入电路示意图

（2）数字量输出单元

PLC的数字量输出有三种形式：继电器模式、晶体管模式、晶闸管模式，分别用于驱动不同形式的负载。图1-6给出了继电器输出模式的原理图，图中的KA为输出继电器，继电器输出模式可以带交流、直流两种负载。2.模拟量I/O（AI/AO）

PLC的模拟量I/O接口用于处理连续变化的电压或电流信号，在过程控制领域以及数据采集及监控系统中用途极广。

图1-6 继电器输出电路示意图

（1）模拟量输入单元

传感器将被控对象中连续变化的物理量（例如温度、压力、流量、速度等）转换成对应的连续电量（电压或电流）并送给PLC，PLC的模拟量输入单元将其转换成数字量后，CPU可对其进行运算处理。因此，模拟量输入单元的核心部件是A-D转换器，对于多路输入的模块，需要多路开关配合使用。图1-7为具有8个输入通道的模拟量输入单元原理框图。

模拟量输入信号可以是电压或电流，在选型时要考虑输入信号的范围以及系统要求的A-D转换精度。常见的输入范围有DC±10V、0～10V、±20mA、4～20mA等，转换精度有8位、10位、11位、12位、16位等，PLC生产厂家的相关技术手册都会提供这些参数。此外，选型时还需要考虑接线形式是否与传感器匹配。

图1-78 通道模拟量输入单元原理框图

（2）模拟量输出单元

模拟量输出的过程与输入正相反，它将PLC运算处理过的二进制数字转换成相应的电量（例如4～20mA、0～10V等），输出至现场的执行机构，它的核心部件是D-A转换器。图1-8为模拟量输出单元的原理框图。

模拟量输出单元的主要技术指标同样包括输出信号形式（电压或电流）、输出信号范围（例如4～20mA、0～10V等），以及接线形式等，在选型时要充分考虑到这些因素与工业现场执行元件相互结合的问题。

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