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 基本单元加扩展型PLC(见图1-39)是一种由整体结构、固定1/O点数的基本单元、可选择扩展I/O模块构成的小型PLC。PLC的处理器、存储器、电源、固定数量的输入/输出接口、通信接口等安装于基本单元上。通过基本单元的扩展接口，可以连接扩展I/O模块与功能模块，进行I/O点数与控制功能的扩展。

  与整体式固定I/O型PLC相比，基本单元加扩展型PLC同样具有结构紧凑、体积小、安装简单的特点;但它可以根据设备的I/O点数与控制要求，增加I/O点或功能模块，因此，具有I/O点数可变与功能扩展容易的优点，可以灵活适应控制要求的变化。

  基本单元加扩展型PLC与模块化结构PLC的主要区别在于∶

  ①基本单元加扩展型PLC的基本单元本身具有集成、固数的I/O点，基本单元可以立使用。

  ②基本单元、扩展模块自成单元，不需要安装基板(或机架)，因此，在控制要求变化时，可以在原基础上很方便地对PLC的配置进行改变。

  ③可以使用功能模块，由于基本单元具有扩展接口，因此可以连接其他功能模块。基本单元加扩展型PLC的大I/O点数通常可以达到256点以上;功能模块的规格与品种也较多，有模拟量输入/输出、位置控制、温度测量与调节、网络通信等。

  这类PLC在机电一体化产品中的实际用量大，大部分生产厂家的小型PLC都采用了这种结构形式。如日本MITSUBISH(三菱)的FX;N/FX∶Ne/FX∶N/FX∶N/FX00系列等(见图1-38)。

  集成式PLC

  集成式PLC(也称内置式PLC)一般作为数控系统(CNC)的功能补充，用于实现数控机床或其他数控设备的辅助机能控制，如刀具自动交换控制、工作台自动交换控制、冷却的开/关控制、主轴的启动/正反转/停止控制、夹具的自动松/夹、自动上/下料控制等。

  集成式PLC是一种将PLC与CNC(数控装置)集成于一体的PLC，通常无立的电源与CPU，一般不可以单使用。

  在大多数数控系统中，PLC与CNC共用同一CPU，如三菱的E60系列数控系统(见图1-40)，FANUCO系列数控系统，SIEMENS810系列、802系列数控系统等。

  当PLC与CNC共用CPU时，PLC的输入/输出通常以I/O接口模块的形式安装在数控系统或者机床上，I/O模块与CPU间通过总线连接，如三菱的FCU6-HRC341/351模块(见图1-39)、SIEMENS 802D的PP72/48模块、FANUC-0iCI/O模块均属于这种情况。

  采用集成式结构时，PLC接口模块一般都为用途单一的开关量输入/输出模块(有时有少量的模拟量接口)，单个模块的I/O点数通常都较多，如PP72/48 I/O模块为72点输入/48点输出，FCU6-HRC341/351为64点输入/48点输出，0iCI/O模块为96点输入/48 点输出等。但接口模块的规格较少，一般只有1～2种，且I/O的点数与输入/输出的要求固定不变。当I/O点数不足时，需要增加I/O模块进行扩展，PLC通常无特殊功能模块可以供选择。

  在功能强大的数控系统中，PLC也有使用单CPU的场合，此类PLC具有立的电源模块、CPU模块、I/O模块、整体结构与通用型模块式PLC相同，也可以作为立PLC使用(此类情况不常见);在部分CNC上，也有直接使用通用PLC的情况(如SIEMENS早期的SINUMERIK6、3、8系列CNC，SINUMERIK850、880系列CNC，以及当前的SINUMERIK 810D/840D系列CNC均为直接使用PLC的产品)。

  使用单CPU的集成式PLC，一般通过特殊的接口模块与总线实现CNC与PLC间的数据交换。PLC的其他组成部分均为模块化结构，与通用PLC一样，单个I/O模块的控制点数较少，但可以安装的模块数较多，且输入/输出要求可变，使用较灵活。

  集成式PLC的优点是可以随时通过CNC的操作面板进行程序编辑、调试与状态诊断，在部分系统中还可以进行梯形图的动态显示。

  集成式PLC的使用方法与通用PLC基本相同，但在I/O信号与标志寄存器(也称内部继电器)方面，具有地址固定的CNC与PLC间的内部传送信号;在指令系统方面，具备部分适合于CNC机床控制的特殊功能指令，如刀具自动交换控制用的回转器计数指令、回转器捷径选择指令、“随机换刀”控制指令等。

  由于集成式PLC一般都需要与PLC同时使用，编程时了解系统内部PLC与CNC 之间的信号关系，才能正确使用。

 PLC执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段

  1．输入采样阶段

 在输入采样阶段，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，并存入输入映象寄存器中，此时输入映象寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段，在程序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。

    2．程序执行阶段

  在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映象寄存器中。对于元件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。

  3．输出刷新阶段

 当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。在这一阶段里，PLC将输出映象寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动外部负载。

   因此，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。这方式称为集中采样，即在一个扫描周期内，集中一段时间对输入状态进行采样。

  在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。这种方式称为集中输出。

对于小型PLC，其I/O点数较少，用户程序较短，一般采用集中采样、集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但使PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。

    而对于大中型PLC，其I/O点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，可以采用定期采样、定期输出方式，或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式。

     从上述分析可知，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作出反应，需要一段时间，这种现象称为PLC输入／输出响应滞后。对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。应该注意的是，这种响应滞后不仅是由于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器件的动作时间带来输出延迟，同时还与程序设计有关。滞后时间是设计PLC应用系统时应注意把握的一个参数。

 同步是数字通信中必须解决的一个重要问题。所谓同步，就是要求通信的收发双方在时间基准上保持一致。

  计算机的通信过程与人们使用电话进行通话的过程有很多相似之处。在正常的通话过程中，人们在拨通电话，并确定对方就是他要找的人时，双方就可以进入通话状态。在通话过程中，说话的人要讲清楚每个字，并在每讲完一句话时需要停顿一下。听话的人也要适应讲话人的说话速度，听清楚对方讲的每一个字；同时要根据讲话人的语气和停顿来判断一句话的开始与结束，这样才可能听懂对方所说的每句话。这就是人们在电话通信过程中需要解决的“同步”问题。如果在数据通信中收发双方同步不良，轻者会造成通信质量下降，严重时甚至会造成系统完全不能工作。

  与人们通过电话进行通信的过程相似，在数据通信过程中，收发双方同样也要解决同步问题，只是问题更复杂一些。数据通信的同步包括以下两种。

  1.位同步(Bit synchronous)

  数据通信的双方如果是两台计算机的话，那么两台计算机的时钟频率即使标称值都是相同的(都是166MHz)，也一定存在着频率误差。因此，不同计算机的时钟频率肯定存在着差异。这种时钟频率的差异，将导致不同计算机的时钟周期的微小误差。

  尽管这种差异是微小的，但是在大量的数据的传输过程中，其积累误差也足以造成传输错误。因此，在数据通信过程中，首先要解决收发双方的时钟频率的一致性问题。解决的基本方法:要求接收端根据发送端发送数据的起止时间和时钟频率，来校正自己的时间基准与时钟频率。这个过程就叫做位同步。

  实现位同步的方法主要有以下两种:

  (1)外同步法外同步法是在发送端发送一路数据信号的同时，另外发送一路同步时钟信号。接收端根据接收到的同步时钟信号来校正时间基准与时钟频率，实现收发双方的位同步。

  (2)内同步法内同步法是从自含时钟编码的发送数据中提取同步时钟的方法，曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码都是自含时钟编码方法。这个问题将会在数据编码一节中进行介绍。

  2.字符同步(Character synchronous)]

  在实现了位同步后，第二步要实现的是字符同步。标准的ASCI字符由8位二进制0、1组成。发送端以8位为一个字符单元来发送，接收端也以8位为字符单元来接收。保证收发双方正确传输字符的过程就叫做字符同步。

  实现字符同步的方法主要有以下两种。

  1)同步式(Synchronous)

  采用同步方式进行数据传输称为同步传输(Synchronoustransmission)。同步传输将字符组织成组，以组为单位连续传送。在每组字符之前加上一个或多个用于同步控制的同步字符SYN，每个数据字符内不加附加位。接收端接收到同步字符SYN后，根据SYN来确定数据字符的起始与终止，以实现同步传输的功能。同步传输的工作原理如图6-4所示。

  2)异步式(Asynchronous)

  采用异步方式进行数据传输称为异步传输(Asynchronous transmission)。异步传输的特点:每个字符作为一个独立的整体进行发送，字符之间的时间间隔可以是任意的。为了实现字符同步，每个字符的第一位前加1位起始位(逻辑“1”)，字符的Zui后一位后加1位、1.5位或2位终止位(逻辑“0”)。异步传输的比特流结构如图6-5所示。

  在实际问题中，人们也将同步传输叫做同步通信，将异步传输叫做异步通信。同步通信的传输效率要比异步通信的传输效率高，因此，同步通信方式更适用于高速数据传输。