三菱PLC的工作原理和組成

一、引言

三菱PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的核心設(shè)備，以其高效、穩(wěn)定、可靠的性能，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制系統(tǒng)中。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。本文將深入解析三菱PLC的基本原理，包括其系統(tǒng)組成、各部分功能、工作原理以及與其他設(shè)備的通信等，旨在為讀者提供全面而深入的指導(dǎo)。

二、三菱PLC的系統(tǒng)組成及功能

系統(tǒng)組成

三菱PLC主要由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分包括CPU模塊、存儲(chǔ)器模塊、I/O模塊、電源模塊等；軟件部分則包括系統(tǒng)程序和用戶程序。

（1）CPU模塊：作為PLC的核心，CPU模塊負(fù)責(zé)執(zhí)行用戶程序和系統(tǒng)程序，完成數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理，并控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。CPU模塊由微處理器、控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路集成在一個(gè)芯片上。CPU模塊通過地址總線、數(shù)據(jù)總線與I/O接口電路相連接。

（2）存儲(chǔ)器模塊：存儲(chǔ)器模塊用于存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)程序，包括管理程序、監(jiān)控程序以及對(duì)用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序；用戶存儲(chǔ)器則分為用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，用于存放用戶編寫的控制程序和工作過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

（3）I/O模塊：I/O模塊是PLC與外部設(shè)備之間的接口，用于接收來自外部設(shè)備的輸入信號(hào)，并將控制信號(hào)輸出到外部設(shè)備。I/O模塊包括輸入接口電路和輸出接口電路，它們通過光電耦合器、繼電器等元件與外部設(shè)備連接。

（4）電源模塊：電源模塊為PLC提供穩(wěn)定的直流電源，確保PLC的正常運(yùn)行。

各部分功能

（1）CPU運(yùn)算和控制中心：CPU模塊作為PLC的“心臟”，負(fù)責(zé)程序的解釋執(zhí)行、數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理和與外部設(shè)備的通信等任務(wù)。它根據(jù)用戶程序和系統(tǒng)程序，控制PLC的輸入/輸出操作，實(shí)現(xiàn)各種控制功能。

（2）存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)程序，用于管理和監(jiān)控PLC的運(yùn)行；用戶存儲(chǔ)器則用于存放用戶編寫的控制程序和工作過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

（3）I/O接口：I/O接口是PLC與外部設(shè)備之間的橋梁。它負(fù)責(zé)接收來自外部設(shè)備的輸入信號(hào)，如按鈕、傳感器等，并將控制信號(hào)輸出到外部設(shè)備，如電機(jī)、執(zhí)行器等。I/O接口通過光電耦合器、繼電器等元件與外部設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離和轉(zhuǎn)換。

三、三菱PLC的工作原理

三菱PLC的工作原理是基于順序邏輯循環(huán)掃描用戶程序的運(yùn)行方式。一個(gè)掃描周期包括內(nèi)部處理階段、通信服務(wù)階段、輸入處理階段、程序執(zhí)行階段和輸出處理階段。在每個(gè)掃描周期中，PLC按照預(yù)定的順序依次執(zhí)行這些階段的任務(wù)。

內(nèi)部處理階段：在內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU等內(nèi)部硬件是否正常，對(duì)監(jiān)視定時(shí)器復(fù)位，進(jìn)行其他內(nèi)部處理。

通信服務(wù)階段：在通信服務(wù)階段，PLC與其他智能裝置（如編程器、計(jì)算機(jī)）進(jìn)行通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等。

輸入處理階段：在輸入處理階段，PLC以掃描方式按順序采樣所有輸入端的狀態(tài)，并存入輸入映象寄存器中。這個(gè)過程稱為輸入采樣或輸入刷新。

程序執(zhí)行階段：在程序執(zhí)行階段，PLC按照梯形圖程序掃描原則（先左后右、先上后下），逐字掃描用戶程序，并根據(jù)輸入映象寄存器中的狀態(tài)和數(shù)據(jù)執(zhí)行相應(yīng)的指令操作。執(zhí)行結(jié)果存入相應(yīng)的元件寄存器中。

輸出處理階段：在輸出處理階段，PLC將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。這個(gè)過程稱為輸出刷新或輸出更新。

四、三菱PLC的通信協(xié)議

三菱PLC支持多種通信協(xié)議，如Modbus協(xié)議、Profibus協(xié)議等。這些協(xié)議各有特點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場景。例如Modbus協(xié)議是一種通用的串行通信協(xié)議，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域；而Profibus協(xié)議則是一種常用的工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議，具有高速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)。通過這些通信協(xié)議，三菱PLC可以與上位機(jī)、其他PLC或智能設(shè)備進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換。

五、總結(jié)

本文詳細(xì)介紹了三菱PLC的基本原理，包括其系統(tǒng)組成、各部分功能、工作原理以及通信協(xié)議等方面。通過本文的介紹，讀者可以了解到三菱PLC是如何通過可編程的存儲(chǔ)器、CPU模塊、存儲(chǔ)器模塊、I/O模塊等硬件和軟件部分實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等功能的；同時(shí)也可以了解到三菱PLC的通信協(xié)議及其在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的重要作用。希望本文能為讀者在實(shí)際應(yīng)用中提供