Plc2
第二章 可编程控制器基础知识
2-1 什么是PLC？它与电气控制、微机控制相比主要优点是什么？
答：可编程控制器简称PLC，是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为 以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。
定义：可编程控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
PLC可直接应用于工业环境，具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和广阔的应用范围，这是区别于一般微机控制系统的重要特征；PLC采用软件方式实现“可编程”与传统电气控制装置通过硬件或硬接线的变更来改变程序有本质区别。
2-2 为什么PLC软继电器的触点可无数次使用？
答：由于PLC所谓的“软继电器”实际上是存储器单元的状态，单元状态为“1”，相当于继电器接通，单元状态为“0”，相当于继电器断开，所以“软继电器”的触点数量是无限的，可无数次使用。
2-3 PLC的硬件由哪几部分组成？各有什么作用？PLC主要有哪些外部设备？各有什么作用？
答：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、电源等部分组成。其中CPU是PLC的核心，按照系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作；存储器主要用来存放系统程序、用户程序及工作数据；输入单元和输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控对象进行控制的依据，同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的；通信接口用于与监视器、打印机、其它PLC、编程器、上位机等外设连接；扩展接口用于连接扩展单元；PLC配有开关电源，以供内部电路使用。
PLC主要的外部设备很多，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；外存储器主要是用外部的磁带、磁盘及用半导体存储器做成的存储盒等来存储PLC的用户程序；人机接口装置是用来实现操作人员与PLC控制系统的对话。
2-4 PLC的软件由哪几部分组成？各有什么作用？
答：PLC的软件主要由系统程序和用户程序组成。系统程序由PLC制造厂商设计编写，并存入PLC
的系统存储器中，用户不能直接读写与更改，系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程
序、信息传送程序、监控程序等；PLC的用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序，用以实现控制目的。
2-5 PLC主要的编程语言有哪几种？各有什么特点？
答：PLC编程语言主要由两大类：一是采用字符表达方式的编程语言，二是采用图形符号表达方式的编程语言。常见的PLC编程语言主要由：
1）梯形图语言：以图形方式表达触点和线圈以及特殊指令块的梯级。
2）语句表语言：类似于汇编程序的助记符编程表达方式。
3）逻辑图语言：类似于数字逻辑电路结构的编程语言，由与门、或门、非门、定时器、计数器、触发器等逻辑符号组成。
4）功能表图语言：又称状态转移图语言，它不仅仅是一种语言，更是一种组织控制程序的图形化方式，对于顺序控制系统特别适用。
5）高级语言：为了争抢PLC的运算、数据处理及通信等功能，特别是大型PLC，可采用高级语言，如BASIC、C、PASCAL语言等。
2-6 PLC开关量输出接口按输出开关器件的种类不同，有哪几种形式？各有什么特点？
答：PLC开关量输出接口按输出开关器件的种类不同，主要有三种类型：继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出。继电器输出接口可驱动交流或直流负载，但其响应时间长，动作频率低；晶体管输出和双向晶闸管输出接口的响应速度快，动作频率高，但晶体管输出只能用于驱动直流负载，而双向晶闸管输出只能用于驱动交流负载。
2-7 PLC采用什么样的工作方式？有何特点？
答：PLC采用扫描工作方式（串行工作方式），特点是当需要执行众多操作时，CPU不可能同时去执行多个操作，只能按分时操作方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行，其执行用户程序的过程为：从第一条程序开始扫描，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。
2-8 什么是PLC的扫描周期？其扫描过程分为哪几个阶段，各阶段完成什么任务？
答：整个程序扫描过程执行一遍所需要的时间，称为一个扫描周期。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。
1）内部处理阶段：进行PLC自检，检查内部硬件是否正常，对监视定时器（WDT）复位以及完成其它
一些内部处理工作；
2）通信服务阶段：PLC与其它智能装置实现通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等；
3）输入采样阶段：PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端
的输入状态进行采样，并存入输入映像寄存器中，此时输入映像寄存器被刷新；
4）程序执行阶段：PLC对程序按顺序进行扫描执行，若程序用梯形图表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序执行；
5）输出刷新阶段：PLC将输出映像寄存器中与输出有关的状态转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动外部负载。
2-9 PLC扫描过程中输入映像寄存器和元件映像寄存器各起什么作用？
答：PLC扫描过程中，输入映像寄存器的作用是在输入采样阶段，存储所有输入端的输入状态；元件映像寄存器则是在程序执行阶段存储PLC用户程序运算的结果，其内容会随程序执行的过程而变化，在输出刷新阶段将与输出有关的状态转存到输出锁存器中。
2-10 什么是PLC的输入/输出滞后现象？造成这种现象的主要原因是什么？可采取哪些措施减少输入/输出滞后时间？
答：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。造成这种现象的原因不仅是由于PLC扫描工作方式造成，更主要是PLC输入接口的滤波环节带来的输入延迟，以及输出接口中驱动部件的动作时间带来的输出延迟，同时还与程序设计有关。为了减少输入/输出滞后时间，可以采用定期采样、定期输出、快速响应模块、高速计数模块以及中断处理、智能I/O接口等措施。
2-11 PLC是如何分类的？按结构形式不同，PLC可分为哪几类？各有什么特点？
答：PLC产品种类繁多，对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。
按结构形式不同，可将PLC分为整体式、模块式和叠装式。
1）整体式PLC：将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有
I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。小型PLC一般采用这种整体式结构。
2）模块式PLC：将PLC各组成部分分别做成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同模块组成一个系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块
式结构。
3）叠装式PLC：还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。
2-12 PLC有什么特点？为什么PLC具有高可靠性？
答：PLC主要特点如下：1）可靠性高、抗干扰能力强；2）编程简单、使用方便；3）功能完善、通用性强；4）设计安装简单、维护方便；5）体积小、重量轻、能耗低。
PLC具有高可靠性，主要是它采用了一系列硬件和软件抗干扰措施：
1）硬件方面：I/O接口采用采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。
2）软件方面：采用扫描工作方式，减少了外界的干扰；设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。
2-13 PLC主要性能指标有哪些？各指标的意义是什么？
答：PLC主要性能指标有：
1）存储容量：用户程序存储器的容量。
2）I/O点数：PLC可以接受的输入信号和输出信号的总和。
3）扫描速度：PLC执行用户程序的速度。
4）指令的功能与数量：编程指令的功能越强、数量越多，PLC的处理能力和控制能力也越强，用户编程也越简单方便，越容易完成复杂的控制任务。
5）内部元件的种类和数量：元件的种类和数量越多，表示PLC的存储和处理各种信息的能力越强。
6）特殊功能单元：特殊功能单元种类越多，功能越来越强，使得PLC控制功能日益扩大。
7）可扩展能力：PLC可扩展能力包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。
2-14 PLC控制与电气控制比较，有何不同？
答：PLC控制与电气控制比较，不同之处主要在以下几方面：
1）从控制方式上看，电气控制主要采用硬件接线方式，触点数量有限，控制系统灵活性和可扩展性受到限制；而PLC控制主要采用软接线方式，其控制逻辑以程序的方式存放在存储器中，系统功能可通过改变程序来实现，其“软继电器”的触点数量无限，PLC系统的灵活性和可扩展性好。
2）从工作方式上看，电气控制采用并行工作方式，而PLC采用扫描（串行）工作方式。
3）从控制速度上看，电气控制工作频率低，触点还会出
现抖动，而PLC控制速度快，不会出现触点抖动的问题。
4）从定时和计数控制上看，电气控制容易受环境影响，定时精度不高，而PLC控制精度高，定时范围宽，修改方便，且不受环境影响。
plc的组成
5）从可靠性和可维护性上看，电气控制可靠性和可维护性较差，而PLC控制寿命长，可靠性高，且具有自诊断功能，现场调试和维护方便。

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