-
-
手机阅读
PLC与其它控制系统的不同，主要就在CPU模块上。而开放式PLC与普通PLC的区别，也主要体现在CPU模块上。许多人认为，PLC就是微型或小型的DCS，或者将工控机的物理结构改变一下就是PLC。这是大错而特错的。PLC之所以能够经历这么多年而长盛不衰，就是因为它的独特的CPU模块的机构和内部程序的运行方式。
1 CPU 程序扫描周期
1.1 CPU的内部结构
不同阶段的开放式PLC的CPU的配置和结构都不尽相同，但它们还是有共性的。所有的OpenPLC的CPU模块的内部结构可以列举如下：
图3.1 CPU模块的内部结构
CPU的功能是命令并统治整个PLC系统的活动。这是通过对系统程序的解释和执行来进行的。这个系统程序通常称为执行程序或应用程序，也叫FIRMWARE或固件。执行程序是由一组程序构成的，永久储存在CPU内部，并视作是CPU本身的一部分。该程序执行，使CPU可以进行控制、处理、通讯、和其它的内部管理功能。OpenPLC与其它的PC-based控制系统、专用控制器、各类嵌入式控制系统、DCS系统的不同，就在于FIRMWARE的独特性。
执行程序也负责CPU和编程器件的通讯，同样也支持其他外部设备的通讯，如现场器件的监控；电源的诊断信息，I/O模块的信息，和内存信息等，以及与操作员界面的通讯。
CPU模块的核心是处理器（MPU），处理器硬件是用来处理数字算法和逻辑功能的。CPU模块的核心是微处理器芯片，称为MPU。MPU内部包括几种类型的寄存器，用来存放信息，这些信息是执行程序是要用到的。这些寄存器包括：
累加器
存放MPU要处理的数据字，PLC的编程语言通常只允许直接使用一到两种累加器。累加器的位数是有CPU可处理的最大位数决定的。OpenPLC的累加器有16位和32位的。
状态寄存器
存放MPU所处理的数据所影响的状态位。有些PLC将这些状态寄存器的位直接拷贝到可寻址内存中，这样用户程序可以直接对其进行访问。PLC的程序员可以使用的状态位包括：
零状态位：最新处理的数据为零时，该位置1。
符号位：表示最近所处理的数据的最高位（MSB）的状态。
CARRY BIT：如果最新处理的数据产生的位数超出MPU的处理能力（因此结果不正确），则置为1。
溢出位：如果一个最大的数的结果的最高位从0变为1，或者一个最小数的结果的标志位从1变为0，表示数据溢出。
逻辑操作位（RLO）：作为复杂布尔逻辑的每一步的运算的结果。
图3.2 MPU的数据处理模型
地址寄存器
MPU用地址寄存器作为目前正在使用的内存的起始地址，包括用户程序的内存区域和各种可寻址内存区域。
MPU的功能是接收、分析、处理和传送数据，处理器的数据模型如下图：
MPU的能力通常由两个指标判定：位数和时钟速度。位数目前有8-，16-，32-，也有64位的。时钟从1MHZ到300MHZ，大部分PLC是8位和4M的，有一些是16位和33MHZ的。OpenPLC采用的比较多的是INTEL的处理器，INTEL的各种MPU的能力如下：
Micro-Processor Bit Size(bit) Clock Speed(MHz)
8085 8 1
8086 16 4.77
80186 16 8
80286 16 12.5
80386 32 33
80486 32 50
Pentium 32/64 200
图中的CONTROL SECTION是处理器的心脏，由控制单元、算法逻辑单元和一些临时寄存器组成，控制SECTION决定了操作的功能、顺序和运行时间。
输入扫描区将扫描输入区的状态并将单个的输入状态放在RAM中，分析后，逻辑扫描功能（通过梯形图程序）将输出扫描区更新为合适的值，然后，输出将被扫描，并更新。输出的状态根据逻辑分析的结构确定是改变或保留，输出状态取决于CPU的输出状态信号。
图3.2也给出了处理器的其它功能。
1.2 OpenPLC程序扫描周期
每个OpenPLC的程序都是由三个运行周期组成的：1） 输入扫描，2） 程序扫描，3） 输出扫描。整个程序的运行时间有CPU的运行速度和程序的大小决定。对于高速的CPU和不太长的程序，往往周期在1毫秒之内。
扫描通常是连续进行的，先读取输入状态，再经过评估和执行控制逻辑，然后在刷新输出。
需要指出的是， 上述每个周期的三个部分的程序，即，输入、程序和输出扫描是独立的功能，也就是说，在程序扫描期间或输出扫描期间，如果输入发生了变化，只有在下一个周期内才会被MPU所知道；而程序扫描期间对输出状态的变化，也只有到输出扫描期间才会真实地改变到外部的输出器件中。如果输入信号的变化比扫描周期快，如在程序扫描时变化了，但在下一个输入周期之前由回复到以前的状态，则信号可能会被漏读，从而造成逻辑的错误。
在程序扫描周期内，对于一个梯形图来说，通常扫描是从左到右、从上到下的（大部分PLC都是采取这种方式，如AB即如此；但是有的OPENPLC如合控电气的P11系列和小型系列，则是按列扫描，从上到下，再从下到上，如此进行的；在PLC制造商中，SCHNEIDER的MODICON也是按列扫描的，）。
扫描周期的三个过程是周而复始的，内部的处理器有一个信号，被称为EOS信号，（end of scan）,是用来表示每次扫描周期的结束的。通常，整个梯形图的扫描时间从几十分之一毫秒到几十个毫秒之间。对于一个固定的PLC来说，扫描时间取决于两个因素：1）用于存放控制程序的内存数量，2）程序所使用的指令类型（因为每个指令的执行时间都不同）。
远程I/O的采用会增加扫描时间，因为扫描周期中包含了与远程I/O通讯的时间。同样，监控程序的扫描时间也会较长，因为要将线圈和触点的状态送到显示器件上去。
图3.3 PLC程序扫描周期的三个阶段
对于更高速度的扫描要求来说，除了采用更快的CPU外，还可以采用一些特别的软件编程方法来解决，使得比如说5毫秒的周期可以满足0.5毫秒的扫描要求。中断是快速响应信号的一个方法。还有对于瞬态脉冲信号，可以采用脉宽延长的方式，但如果脉冲数量多，则此法不可行。
1楼
0
0
回复
1 CPU 程序扫描周期
1.1 CPU的内部结构
不同阶段的开放式PLC的CPU的配置和结构都不尽相同，但它们还是有共性的。所有的OpenPLC的CPU模块的内部结构可以列举如下：
图3.1 CPU模块的内部结构
CPU的功能是命令并统治整个PLC系统的活动。这是通过对系统程序的解释和执行来进行的。这个系统程序通常称为执行程序或应用程序，也叫FIRMWARE或固件。执行程序是由一组程序构成的，永久储存在CPU内部，并视作是CPU本身的一部分。该程序执行，使CPU可以进行控制、处理、通讯、和其它的内部管理功能。OpenPLC与其它的PC-based控制系统、专用控制器、各类嵌入式控制系统、DCS系统的不同，就在于FIRMWARE的独特性。
执行程序也负责CPU和编程器件的通讯，同样也支持其他外部设备的通讯，如现场器件的监控；电源的诊断信息，I/O模块的信息，和内存信息等，以及与操作员界面的通讯。
CPU模块的核心是处理器（MPU），处理器硬件是用来处理数字算法和逻辑功能的。CPU模块的核心是微处理器芯片，称为MPU。MPU内部包括几种类型的寄存器，用来存放信息，这些信息是执行程序是要用到的。这些寄存器包括：
累加器
存放MPU要处理的数据字，PLC的编程语言通常只允许直接使用一到两种累加器。累加器的位数是有CPU可处理的最大位数决定的。OpenPLC的累加器有16位和32位的。
状态寄存器
存放MPU所处理的数据所影响的状态位。有些PLC将这些状态寄存器的位直接拷贝到可寻址内存中，这样用户程序可以直接对其进行访问。PLC的程序员可以使用的状态位包括：
零状态位：最新处理的数据为零时，该位置1。
符号位：表示最近所处理的数据的最高位（MSB）的状态。
CARRY BIT：如果最新处理的数据产生的位数超出MPU的处理能力（因此结果不正确），则置为1。
溢出位：如果一个最大的数的结果的最高位从0变为1，或者一个最小数的结果的标志位从1变为0，表示数据溢出。
逻辑操作位（RLO）：作为复杂布尔逻辑的每一步的运算的结果。
图3.2 MPU的数据处理模型
地址寄存器
MPU用地址寄存器作为目前正在使用的内存的起始地址，包括用户程序的内存区域和各种可寻址内存区域。
MPU的功能是接收、分析、处理和传送数据，处理器的数据模型如下图：
MPU的能力通常由两个指标判定：位数和时钟速度。位数目前有8-，16-，32-，也有64位的。时钟从1MHZ到300MHZ，大部分PLC是8位和4M的，有一些是16位和33MHZ的。OpenPLC采用的比较多的是INTEL的处理器，INTEL的各种MPU的能力如下：
Micro-Processor Bit Size(bit) Clock Speed(MHz)
8085 8 1
8086 16 4.77
80186 16 8
80286 16 12.5
80386 32 33
80486 32 50
Pentium 32/64 200
图中的CONTROL SECTION是处理器的心脏，由控制单元、算法逻辑单元和一些临时寄存器组成，控制SECTION决定了操作的功能、顺序和运行时间。
输入扫描区将扫描输入区的状态并将单个的输入状态放在RAM中，分析后，逻辑扫描功能（通过梯形图程序）将输出扫描区更新为合适的值，然后，输出将被扫描，并更新。输出的状态根据逻辑分析的结构确定是改变或保留，输出状态取决于CPU的输出状态信号。
图3.2也给出了处理器的其它功能。
1.2 OpenPLC程序扫描周期
每个OpenPLC的程序都是由三个运行周期组成的：1） 输入扫描，2） 程序扫描，3） 输出扫描。整个程序的运行时间有CPU的运行速度和程序的大小决定。对于高速的CPU和不太长的程序，往往周期在1毫秒之内。
扫描通常是连续进行的，先读取输入状态，再经过评估和执行控制逻辑，然后在刷新输出。
需要指出的是， 上述每个周期的三个部分的程序，即，输入、程序和输出扫描是独立的功能，也就是说，在程序扫描期间或输出扫描期间，如果输入发生了变化，只有在下一个周期内才会被MPU所知道；而程序扫描期间对输出状态的变化，也只有到输出扫描期间才会真实地改变到外部的输出器件中。如果输入信号的变化比扫描周期快，如在程序扫描时变化了，但在下一个输入周期之前由回复到以前的状态，则信号可能会被漏读，从而造成逻辑的错误。
在程序扫描周期内，对于一个梯形图来说，通常扫描是从左到右、从上到下的（大部分PLC都是采取这种方式，如AB即如此；但是有的OPENPLC如合控电气的P11系列和小型系列，则是按列扫描，从上到下，再从下到上，如此进行的；在PLC制造商中，SCHNEIDER的MODICON也是按列扫描的，）。
扫描周期的三个过程是周而复始的，内部的处理器有一个信号，被称为EOS信号，（end of scan）,是用来表示每次扫描周期的结束的。通常，整个梯形图的扫描时间从几十分之一毫秒到几十个毫秒之间。对于一个固定的PLC来说，扫描时间取决于两个因素：1）用于存放控制程序的内存数量，2）程序所使用的指令类型（因为每个指令的执行时间都不同）。
远程I/O的采用会增加扫描时间，因为扫描周期中包含了与远程I/O通讯的时间。同样，监控程序的扫描时间也会较长，因为要将线圈和触点的状态送到显示器件上去。
图3.3 PLC程序扫描周期的三个阶段
对于更高速度的扫描要求来说，除了采用更快的CPU外，还可以采用一些特别的软件编程方法来解决，使得比如说5毫秒的周期可以满足0.5毫秒的扫描要求。中断是快速响应信号的一个方法。还有对于瞬态脉冲信号，可以采用脉宽延长的方式，但如果脉冲数量多，则此法不可行。