西门子辽源PLC模块代理商

结合PLC的组成和结构分析PLC的工作原理更容易理解。PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描，并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的。一个扫描周期主要可分为：

（1）读输入阶段。 每次扫描周期的开始，先读取输入点的当前值，然后写到输入映像寄存器区域。在之后的用户程序执行的过程中，CPU访问输入映像寄存器区域，而并非读取输入端口的状态，输入信号的变化并不会影响到输入映像寄存器的状态，通常要求输入信号有足够的脉冲宽度，才能被响应。

（2）执行程序阶段。 用户程序执行阶段，PLC按照梯形图的顺序，自左而右，自上而下的逐行扫描，在这一阶段CPU从用户程序的条指令开始执行直到后一条指令结束，程序运行结果放入输出映像寄存器区域。在此阶段，允许对数字量I/O指令和不设置数字滤波的模拟量I/O指令进行处理，在扫描周期的各个部分，均可对中断事件进行响应。

（3）处理通信请求阶段。 是扫描周期的信息处理阶段，CPU处理从通信端口接收到的信息。

（4）执行CPU自诊断测试阶段。在此阶段CPU检查其硬件，用户程序存储器和所有I/O模块的状态。

（5）写输出阶段。每个扫描周期的结尾，CPU把存在输出映像寄存器中的数据输出给数字量输出端点（写入输出锁存器中），更新输出状态。然后PLC进入下一个循环周期，重新执行输入采样阶段，周而复始。

如果程序中使用了中断，中断事件出现，立即执行中断程序，中断程序可以在扫描周期的任意点被执行。

如果程序中使用了立即I/O指令，可以直接存取I/O点。用立即I/O指令读输入点值时，相应的输入映像寄存器的值未被修改，用立即I/O指令写输出点值时，相应的输出映像寄存器的值被修改。

PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。PLC的硬件系统结构如下图所示： 

1、主机

主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。

2、输入/输出（I/O）接口

I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。

3、电源

图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。

4、编程

编程是PLC利用外部设备，用户用来输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。通过专用的PC/PPI电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的软件进行电脑编程和监控。

5、输入/输出扩展单元

I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。

6、外部设备接口

此接口可将打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。

实验装置提供的主机型号有西门子S7-200系列的CPU224(AC/DC/RELAY)。输入点数为14，输出点数为10；CPU226(AC/DC/RELAY)，输入点数为26，输出点数为14。 

1．串行传输与并行传输

按照传输数据的时空顺序分类，数据通信的传输方式可以分为串行传输和并行传输两种。

(1)串行传输数据在一个信道上按位顺序传输的方式称为串行传输。其特点是串行传输通常只需要一或两根传输线，在远距离传输时，通信线路简单，成本低；但与并行传输相比，传输速度慢，故常用于传输距离远而对速度要求不高的场合。

(2)并行传输数据在多个信道同时传输的方式称为并行传输。其特点是传输速度快，但由于一个并行数据有多少位二进制数，就需要有多少根传输线，因而成本高。通常，并行传输用于传输速率高的近距离传输。

 2．频带传输与基带传输

 数据传输系统根据在传输时由终端形成的数据信号是否进行了频谱搬移和是否进行了调制，可分为频带传输和基带传输两种。

(1)频带传输频带传输是把信号调制到某一频带上的传输方式。当进行频带传输时，用调制器把二进制信号调制成能在公共电话线上传输的音频信号（模拟信号）在通信线路上进行传输。信号传输到接收端后，再经过解调器的解调，把音频信号还原为二进制信号。这种以调制信号进行数据传输的方式称为频带传输，可采用3种方式进行调制：调幅、调频和调相。

1)调幅是指根据数字信号的变化改变载波信号的幅度。例如传送“1”时为载波信号，传送“0”时为0，载波信号的频率和相位均未改变。

2)调频是指根据数字信号的变化改变载波信号的频率。“1”时频率高，“0”时频率低，载波信号的幅度和相位均未改变。

3)调相是指根据数字信号的变化改变载波信号的相位。数字信号从“0”变为“1”时或是从“1”变为“0”时载波信号的相位改变180°，但频率和幅度均未改变。

(2)基带传输 基带是指电信号的基本频带。计算机、PLC及其他数字设备产生的。“0”和“1”的电信号脉冲序列就是基带信号。基带传输是指数据传输系统对信号不做任何调制，直接传输数据的传输方式。

在PLC网络中，大多是采用基带传输，但是当传输距离较远时，则可以考虑采用调制解调器进行频带传输。为了满足基带传输的实际需要，通常要求把单极性脉冲序列经过适当的基带编码，以保证传输码型中不含有直流分量，并具有一定的检测错误信号状态的能力。

基带传输的传输码型很多，通常有曼彻斯特码（又称双相码）、差分双相码、密勒码、传号交替反转码和三阶高密度双极性码等。

在PLC网络中，采用较多的是曼彻斯特码的方式。主要原因是这种编码方式在传输过程中，为了避免当存在多个连续的“0”和“1”时系统无同步参考，故在编码中发送“1”时前半周期为低电平后半周期为高电平，传输“0”时前半周期为高电平后半周期为低电平。这样在每个码元的中心位置都存在着电平跳变，具有“内含时钟”的性质，即使连续传输多个“0”或“1”时，波形也有跳变，有利于提取定时同步信号。

基带传输方式使整个频带范围都用来传输某一数字信号（即单信道），常用于半双工通信。频带传输时，在同一传输线路上可用频带分割的方法将频带划分为几个信道，同时传输多路信号。例如传输两种信号，数据发送和传输使用高频信道，各站间的应答使用低频信道，常用于全双工通信。

3．异步传输和同步传输

发送端和接收端之间的同步问题是数据通信中的重要问题。同步进行得不好，轻者导致误码增加，重者使整个系统不能正常工作。根据在串行通信中采用同步技术的不同，传输方式可分为异步传输和同步传输。

(1)异步传输异步传输也称为起止式传输，它是利用起止法来达到收发同步的。在异步传输中，被传输的数据编码为一串脉冲，每一个传输的字符都有一个附加的起始位和多个停止位。字节传输由起始位“0”开始，然后是被编码的字节。通常规定低位在前，高位在后．接下来是校验位（可省略），后是停止位“1”（可以是1位、1.5位或2位，用以表示字符的结束）。例如传输一个ASCII字符（7位），若选用2位停止位、1位校验位和l位起始位，那么传输这个7位ASCII字符需要11位。其格式如图1-1所示。

图1-1 异步传输格式

(2)同步传输同步传输是把每个完整的数据块（帧）作为整体来传输，而不是按异步传输时每个字符都附加起始位和停止位的方式传输，因此在需要传输大量数据块的场合，用同步传输可以克服异步传输效率低的缺点。

为了使接收设备能够准确地接收数据块的消息，同步传输在数据开始处用同步字符“SYN”来指示，由定时信号（同步时钟）来实现发送端和接收端同步，一旦检测到与规定的字符相符合，接下去就是按顺序传输数据。但同步传输所需要的软件、硬件的价格比异步传输的高，因此常在数据传输速率较高的系统中才采用同步传输。同步传输格式如图1—2所示。

图1-2 同步传输格式