第2章PC基本原理

图2-7是三种编程语言的比较。
总
结
PC由三部分组成，即输入部分、逻辑部分、 输出部分。PC的逻辑部分是PC的关键，PC提 供了各种逻辑部件，同时提供了组合这些逻 辑部件的编程语言。PC将各种输入信号采入 到PC内部，之后根据编程语言所组合的控制 逻辑来执行规定的输出。
图2-8对PC的控制过程作了解剖分析。
4 触发器逻辑
PC为用户提供触发器，用来记忆某些信息。该触 发器逻辑可以被置位成“1”，或复位成“0”。 触发器有置位输入（S）和复位输入（R）。
5 移位寄存器
PC为用户提供移位寄存器。 移位寄存器由填充输入IN、移位脉冲输入CP和复位 输入R 组成。
6 数据存储器
PC为用户提供若干个数据寄存器。 其作用是存放数据。 欧姆龙（OMRON）C系列PC可对16位字长的数据 进行加、减、乘、除、比较、开方等多种运算。


按PC中系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器输入的用 户程序和数据； 用扫描方式接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映 象寄存器或数据寄存器中； 诊断电源、PC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误； PC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经命令 解释后，按指令规定的任务，产生相应的控制信号，去启闭 有关控制门电路等。
PC基本控制原理:
PC通过编程器编制控制程序，即将PC内部的各种逻 辑部件按照控制工艺进行组合以达到一定的逻辑功 能。PC将输入信息采入PC内部，之后执行逻辑部件 组合后所达到的逻辑功能，最后输出达到控制要求。
二、PC的主要逻辑部件
1 继电器逻辑
用逻辑与、逻辑或、逻辑非等逻辑运算来处理各种继电 器的连接。
2、系统程序存储器
用以存放系统各种工作程序（监控程序）及各种的系统参数。 3、用户存储器
用以存放用户程序即存放通过变成器输入的用户程序。 4、输入输出组件（I/O模块）
I/O模块是CPU与现场I/O装置或其他外部设备之间的连接 部件。图2-11是一个输入输出线路图的实际例子。 5、编程器 编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试检查和监视。还 可以通过键盘去调用和显示PC的一些内部状态和系统参数。 6、外部设备 7、电源
PC控制系统
PC控制系统也由输入部分、逻辑部分和 输出部分组成，如下图所示。
输入 逻辑 输出
各部分主要作用
输入部分：收集并保存被控对象实际运行的数据和信息。
逻辑部分：处理输入部分所取得的信息，并按照被控对象 实际的动作要求做出反应。
输出部分：提供正在被控制的许多装置中，哪几个设备需 要实时操作处理。
2.3 可编程控制器系统控制软件框图及其特点
1、PC系统控制软件框图
图2－12是超小型PC监控程序框图。
2、PC工作过程的特点
(1) PC的工作过程是周期性循环扫描的过程
图2－13是PC系统周期循环扫描的工作原理图
用户程序通过编程器或其他输入设备输入存放 在PC 的用户存储器中。当PC开始运行时，CPU 根据 系统监控程序的规定顺序，通过扫描，完成各输入 点的状态采集或输入数据采集、用户程序的执行、 各输出点状态更新、编程器键入响应和显示更新、 及CPU自检等功能。 PC的扫描既可按固定顺序进行，也可按用户程 序规定的可变顺序进行。 这不仅仅因为有的程序不 需要每扫描一次就执行一次，也因为在一个大控制 系统中，需要处理的I/O点数较多。通过不同的组织 模块的安排，采用分时分批扫描执行的方法，可缩 短扫描周期和提高控制的实时响应性。
继电器
电源 X1 电源
按 钮 开 关
Y1 Y1
X2 Y1
T1 T1
T1
K20 Y2
红灯
Y2 Y2
时间继电器
绿灯
工作过程： 当X1或X2任何一个按钮按下后，继电器线圈Y1接通，继电器Y1的常开 触点闭合，指示灯红灯点亮。此时，时间继电器T1（整定值是20s）同时 接通，并开始计时。当时间继电器线圈接通20s后，继电器线圈Y2接通， 继电器Y2的常开触点接通指示灯绿灯。
（2） PC采用集中采样、集中输出方式工作，减少了外界 干扰的影响。 PC的工作过程分三个阶段进行，即输入采样阶段、程序 执行阶段和输出刷新阶段，如图2-14所示。
(3) PC对输入/输出的处理原则 输入映象寄存器的数据，取决于输入端子板上各输入点 的在上一个刷新期间的接通/断开状态。 程序如何执行取决于用户所编程序和输入/输出映象寄存 器的内容及其它各元件映象寄存器的内容。
3 计数器逻辑
PC为用户提供了若干个计数器，并由软件实现， 一般采用递减计数。 一个计数器包括有以下几个内容： 计数器的复位信号 计数器的计数信号 计数器设定值的记忆单元 计数器当前计数值单元 计数继电器：计数到时输出ON， 计数未到或复位时输出OFF。 欧姆龙（OMRON）C20为用户提供48个计数器，C120和C500为用 户提供了128个计数器。计数器计数范围为0-9999。计数器有 复位输入和计数脉冲输入。
二、PC中常用的CPU及其特征
PC常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机或双极型 位片式微处理器。 通用微处理器常用的是8位机和16位机，如Z80A、8085、 8086、6502、M6800、M6809、M68000等。 单片机常用的有8039、8049、8031、8051等。 双极型位片式微处理器常用的有AM2900、AM2903等。 在小型PC中，大多采用8位微处理器和单片机；中型 PC，大多采用16位微处理器或单片机；大型PC，大多采用 高速位片机。
本章主要内容
2.1 2.2 2.3 2.4 PC的基本控制原理 PC硬件框图及各部分的作用 PC系统控制软件框图及特点 PC与微机及继电器控制的区别
2.1 PC的基本控制原理
一、PC的基本组成
继电器控制系统 任何一种继电器控制系统由三个基本部分组成， 即输入部分，逻辑部分和输出部分。其中，输入 部分是指各类按钮、行程开关、接近开关、转换 开关等；逻辑部分是指由各种继电器及其触点组 成的实现一定逻辑功能的控制线路；输出部分是 指各种电磁阀线圈、接通电动机的各种接触器以 及信号指示灯等执行电器。图2-1 是一个很简单 的继电器控制系统，它控制指示灯的接通和断开。
用于工业控制时PC与MC的主要差异：
1.PC抗干扰性能比MC高； 2.PC编程比MC简单； 3.PC设计调试周期短； 4.PC的I/O响应速度慢，滞后较大(一般为ms级),而MC的 响应速度快(为µs级)； 5.PC易于操作，很快学会，而MC则较复杂，难于掌握； 6.PC易于维修，而MC则较困难。
由这个简单指示灯的继电器控制线 路中可以知道，继电器控制系统是 根据各种输入条件去执行逻辑控制 线路。逻辑线路是一种按被控制对 象实际需要的动作要求而设计，并 由许多继电器按某种固定方式接好 的控制线路。由于是固定接好的控 制线路，所以不能灵活变更逻辑控 制功能。由逻辑线路的动作结果去 驱动执行电器。
2 定时器逻辑
PC一般采用硬件定时中断、软件计数方法实现定时逻辑功能。
定时器一般包括：
定时条件。控制定时器操作。
定时语句。指定所使用的定时器，给出定时设定值。
定时器的当前值。记录定时时间。 定时继电器。定时器到达设定的定时值时为ON，未开
始定时或未达到定时设定值时为OFF。
以C系列PC为例，C20为用户提供48个定时器，C120和C500为用 户提供了128个定时器。定时时间为0.1-999.9s或0.01-99.99s
二、PC与继电器控制的区别
PC的梯形图与继电器控制线路图十分相似，主要原因是PC梯 形图的发明大致上沿用了继电器控制电路元件符号，仅个别 处有些不同。同时，信号的输入/输出形式及控制功能也是 相同的，但PC的控制与继电器的控制有不同之处，主要是： 组成器件不同：PC内部继电器属于“软继电器”，无磨损； 触点数量不同：PC内部软继电器可有无数多个触点； 控制方法不同：PC使用软件编程实现，现场灵活修改； 工作方式不同：PC采用周期性循环扫描方式，串行工作。 一个继电器控制线路可以转化成PC的梯形图，由于工 作方式不同,即前者是并行工作方式，后者是串行工作方式， 再加上PC工作过程特点还有集中输入、集中输出刷新等，因 此PC的控制结果有一定的特殊性，主要表现在以下两个方面： 输入/输出存在有明显的滞后现象 双重输出时只最后一次输出有效
三、PC的编程语言
PC编程语言通常有三种：梯形图、功能图和布尔逻辑编程
1 梯形图编程
梯形图编程有时又称继电器梯形逻辑图编程。它和以往的继 电器控制线路十分接近，是当今使用最为广泛的编程方法。
图2-4是典型的梯形图示意图
PC梯形图的一个关键概念：能流
接点串联相当“与”，AND 接点并联相当“或”，OR
PC控制系统见课本图2-3
教材P11：图2-3
PC控制系统图
PC采用由大规模集成电路构成的微处理器和存储器来组成 逻辑部分。PC的制造厂家对微处理机进行了软硬件的开发， 为用户提供了许多适用于电气控制的逻辑部件。例如继电 器逻辑、定时器、计数器、寄存器等。同时也提供了描述 这些逻辑部件的符号和语句，也就是PC的编程语言。
输出映象寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。
输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出映象 碰 寄存器中的数据决定。
输出端子的接通/断开状态， 由输出锁存器决定。
碰 我
2.4 可编程控制器与微机及继电器控制的区别 一、PC与微机（MC）的区别
简言之，MC是通用的专用机，PC则是专用的通用机。 就应用范围来说，MC通用，适合计算、管理、工业控制， 而PC专为工业控制所设计，仅用于工业控制； 但在用于工业控制时，PC通用，适合各种各样的控制场 合，MC若用于工业控制，则需针对具体对象专配软硬件，属 专用。 近年发展趋势： PC越来越多采用微型计算机技术，日益趋于MC化； MC则越来越多采用PC的可靠耐用技术，日益趋于PC化。