模塊化設(shè)計的原則與要求（模塊化的設(shè)計思想是什么）

大家好！今天讓創(chuàng)意嶺的小編來大家介紹下關(guān)于模塊化設(shè)計的原則與要求的問題，以下是小編對此問題的歸納整理，讓我們一起來看看吧。

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文章目錄列表:

• 1、工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的原則是什么

• 2、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖的設(shè)計原則

• 3、簡述模塊、模塊化及模塊化設(shè)計的概念。

• 4、plc編程的怎樣實現(xiàn)模塊化

一、工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的原則是什么

隨著中國經(jīng)濟近二十年來的飛速發(fā)展，對于設(shè)計的需求也日趨旺盛，同時中國企業(yè)對設(shè)計的認識也逐漸深刻，由過去對海外產(chǎn)品的簡單模仿到如今意識到獨特的設(shè)計對于企業(yè)在激烈的市場競爭中獲勝所起的決定性作用。蓬勃的經(jīng)濟環(huán)境和企業(yè)的逐漸重視和支持給中國設(shè)計界的發(fā)展帶來了前所未有的大好契機，日本國際設(shè)計交流協(xié)會（JDF）于2003年7月至2004年3月對上海及廣州兩地設(shè)計事務(wù)所的一次權(quán)威調(diào)查顯示進入二十一世紀以來，中國設(shè)計界進入了一個“大爆炸”階段，不僅在數(shù)量上急速攀升，在規(guī)模上也急劇擴大，幾年前由兩三個人發(fā)起成立，目前已發(fā)展至規(guī)模達50人～100人的事務(wù)所屢見不鮮。

在不斷的學(xué)習(xí)探索、摸爬滾打中，中國的設(shè)計公司積累了自身實力，形成了自己的特長：如計算機操作能力強、人員充足、開發(fā)速度快等。然而在高速發(fā)展的背后，設(shè)計行業(yè)的發(fā)展也存在著不少問題，即：還僅僅停留在造型設(shè)計的層次上，缺乏站在管理者的角度系統(tǒng)思考的能力，調(diào)查、策略、流程，運營等能力較弱，同時由于經(jīng)驗和技巧不足，設(shè)計質(zhì)量不高，設(shè)計流程中各階段的工作比較粗糙。

可以看到，中國市場正在走向成熟和細分，成熟和細分不僅指消費者市場，也指行業(yè)和更廣義的社會分工。隨著社會的不斷發(fā)展，設(shè)計逐漸在企業(yè)事務(wù)中形成特殊而舉足輕重的地位，自然而然地漸漸脫離企業(yè)，形成了獨立而專業(yè)的設(shè)計行業(yè)。因為企業(yè)在發(fā)展到一定的階段往往會在自身內(nèi)部建立很多的職能和部門，企業(yè)有自己龐大的設(shè)計部門，市場部門，公關(guān)部門，內(nèi)部的廣告公司和媒體部門，然而最終卻導(dǎo)致了效率的低下、思路的狹隘、觀念的落后和腐敗的盛行。而將這些委托給專業(yè)的設(shè)計公司卻可以更好地在利益分享的前提下配置和整合資源，保證更有創(chuàng)意、管理嚴謹有序且具有生產(chǎn)力的解決方案。

時代賦予了設(shè)計公司新的定義和內(nèi)涵，對設(shè)計公司有了更高層次的要求，設(shè)計公司不能再像以前那樣疲于比稿，為了競標(biāo)大打價格戰(zhàn)，到處用各種方法和伎倆拉生意。事實證明，一味地降價、比稿只能導(dǎo)致設(shè)計公司為了生存問題疲于奔命，陷入埋頭苦干的泥潭而無法發(fā)展，同時還助長有些公司騙稿、混稿的風(fēng)氣，使整個設(shè)計行業(yè)陷入惡性循環(huán)。其實不重視設(shè)計，最后承擔(dān)風(fēng)險的還是企業(yè)本身，深圳一家公司通過征稿的方式騙取了一些學(xué)生的設(shè)計方案，然而由于方案的不成熟和缺乏溝通使得設(shè)計在投產(chǎn)時遇到了各種工藝結(jié)構(gòu)等問題，本來可在半年內(nèi)完成的項目最終卻花了一年多才勉強上市，公司也因此損失慘重，這樣的例子在國內(nèi)十分普遍。隨著行業(yè)市場的不斷規(guī)范，國際知名企業(yè)大量進入中國市場，我們的設(shè)計公司只有加強優(yōu)勢，增加服務(wù)價值，規(guī)范管理，與客戶建立平等的，相互尊重的合作關(guān)系，才能改變現(xiàn)狀，也只有這樣定位的公司才能在市場若干年的大浪淘沙之后成為幸存者。

黃蔚女士將中國的設(shè)計業(yè)態(tài)發(fā)展概括為四個階段：

﹡1980年至1990年是純粹的模仿(copy)階段。

﹡1990年至2000年是追隨(following)階段，在這個階段國內(nèi)的公司開始在模仿國外設(shè)計的基礎(chǔ)上進行一些小變動。

﹡2000年至2010年可以視為本土設(shè)計崛起(localization)的階段，也就是開始根據(jù)中國用戶的喜好來對現(xiàn)有產(chǎn)品進行本土化調(diào)整和改良性設(shè)計。

﹡2010年至2020年則將是創(chuàng)新(innovation)階段，我們中國設(shè)計將會有世界一流影響力的品牌，他們將為本土市場和國際市場帶來完全獨立的創(chuàng)新性設(shè)計。

面對廣闊的前景，我們要如何在今后的市場上立足，如何形成規(guī)范的行業(yè)規(guī)范，如何迎接國外來的朋友？設(shè)計公司應(yīng)將眼光放得更遠些，依靠我們自身，在服務(wù)好本土企業(yè)和品牌的基礎(chǔ)上建立戰(zhàn)略聯(lián)盟和不斷加強核心的競爭能力。

二、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖的設(shè)計原則

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)遵循以下設(shè)計原則：

1、應(yīng)用系統(tǒng)需要模塊化設(shè)計，單個模塊出故障不影響其它模塊正常工作。與此同時，可以方便地添加新的應(yīng)用系統(tǒng)；

2、系統(tǒng)設(shè)計時要考慮到用戶方便使用的因素，因而要求系統(tǒng)支持因特網(wǎng)、移動電話等多種應(yīng)用方式；

3、在設(shè)計系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫時，要考慮到數(shù)據(jù)接口的安全性和整體性，一方面要保證數(shù)據(jù)的相對安全性，另一方面也要為以后添加新的應(yīng)用系統(tǒng)提供方便的數(shù)據(jù)接口。與此同時，建立了冗余的數(shù)據(jù)機制。

三、簡述模塊、模塊化及模塊化設(shè)計的概念。

模塊在程序中是數(shù)據(jù)說明、可執(zhí)行語句等程序?qū)ο蟮募?，或者是單獨命名和編址的元素，如高級語言中的過程、函數(shù)和子程序等。在軟件的體系結(jié)構(gòu)中，模塊是可組合、可分解和更換的單元。模塊化是指解決一個復(fù)雜問題時自頂向下逐層把軟件系統(tǒng)劃分成若干模塊的過程。

四、plc編程的怎樣實現(xiàn)模塊化

可編程控制器（Programmable Controller）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）， 簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制隨著技術(shù)的發(fā)展這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。

一、PLC 的由來

在60 年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當(dāng)時汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號更新的周期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計和安裝，十分費時，費工，費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在1969 年公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標(biāo)指標(biāo)，即：

1．編程方便現(xiàn)場可修改程序；

2．維修方便采用模塊化結(jié)構(gòu)；

3．可靠性高于繼電器控制裝置；

4．體積小于繼電器控制裝置；

5．?dāng)?shù)據(jù)可直接送入管理計算機；

6．成本可與繼電器控制裝置競爭；

7． 輸入可以是交流115V；

8．輸出為交流115V 2A 以上能直接驅(qū)動電磁閥接觸器等；

9．在擴展時原系統(tǒng)只要很小變更；

10．用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。

1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC） 研制出第一臺PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快地在美國其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971 年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品飲料冶金造紙等工業(yè)。

這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。1971 日本從美國引進了這項新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺PLC。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺PLC。我國從1974 年開始研制，于1977年開始工業(yè)應(yīng)用。

二、PLC 的定義

PLC 問世以來，盡管時間不長，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國電氣制造商協(xié)會NEMA（National Electrical Manufactory Association） 經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1984 年首先將其正式命名為PC（Programmable Controller），并給PC 作了如下定義

“PC 是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執(zhí)行諸如邏輯，順序，計時，計數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機械或工作程序。一部數(shù)字電子計算機若是從事執(zhí)行PC 之功能著，亦被視為PC，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器。”

以后國際電工委員會（IEC）又先后頒布了PLC 標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿，并在1987 年2 月通過了對它的定義：

“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(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械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。”

總之，可編程控制器是一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設(shè)計編制。

三、PLC 的特點

1． PLC 的主要特點

（1）高可靠性

1）所有的I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。

2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為10~20ms。

3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。

4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。

5）對采用的器件進行嚴格的篩選。

6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴大。

7）大型PLC 還可以采用由雙CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步提高。

（2）豐富的I/O 接口模塊

PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：

• 交流或直流；

• 開關(guān)量或模擬量；

• 電壓或電流；

• 脈沖或電位；

• 強電或弱電等。

有相應(yīng)的I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：

• 按鈕

• 行程開關(guān)

• 接近開關(guān)

• 傳感器及變送器

• 電磁線圈

• 控制閥

直接連接另外為了提高操作性能，它還有多種人-機對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。

（3）采用模塊化結(jié)構(gòu)

為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要除了單元式的小型PLC 以外絕大多數(shù)PLC 均

采用模塊化結(jié)構(gòu)PLC 的各個部件包括CPU 電源I/O 等均采用模塊化設(shè)計由

機架及電纜將各模塊連接起來系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合

（4）編程簡單易學(xué)

PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式對使用者來說

不需要具備計算機的專門知識因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握

（5）安裝簡單維修方便

PLC不需要專門的機房可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行使用時只需將現(xiàn)

場的各種設(shè)備與PLC 相應(yīng)的I/O 端相連接即可投入運行各種模塊上均有運行和

故障指示裝置便于用戶了解運行情況和查找故障

由于采用模塊化結(jié)構(gòu)因此一旦某模塊發(fā)生故障用戶可以通過更換模塊的

方法使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行

2．PLC 的功能

（1） 邏輯控制

（2） 定時控制

（3） 計數(shù)控制

（4） 步進（順序）控制

（5） PID 控制

（6） 數(shù)據(jù)控制

PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力

（七） 通信和聯(lián)網(wǎng)

（八） 其它

PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT 模塊。

四、PLC 的發(fā)展階段

雖然PLC 問世時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進步，PLC 也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分三個階段：

1．早期的PLC（60 年代末—70 年代中期）

早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時的PLC 多少有點繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。它在硬件上以準(zhǔn)計算機的形式出現(xiàn)，在I/O 接口電路上作了改進以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。因此，早期的PLC 的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。其中PLC 特有的編程語言—梯形圖一直沿用至今。

2．中期的PLC（70 年代中期—80 年代中后期）

在70 年代微處理器的出現(xiàn)使PLC 發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC 的中央處理單元（CPU）。

這樣，使PLC 得功能大大增強。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC 得應(yīng)用范圍得以擴大。

3．近期的PLC（80 年代中后期至今）

進入80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC 所采用的微處理器的當(dāng)次普遍提高。而且，為了進一步提高PLC 的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC 軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。

五、PLC 的分類

1．小型PLC

小型PLC 的I/O 點數(shù)一般在128 點以下，其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體除了開關(guān)量I/O 以外，還可以連接模擬量I/O 以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。

2．中型PLC

中型PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O點數(shù)一般在256～1024 點之間。I/O的處理方式除了采用一般PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。

3．大型PLC

一般I/O點數(shù)在1024點以上的稱為大型PLC。大型PLC的軟、硬件功能極強。具有極強的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。大型PLC 還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機器的可靠性更高。

六、PLC 的基本結(jié)構(gòu)

PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，如圖所示：

1．中央處理單元（CPU）

中央處理單元（CPU）是PLC 的控制中樞。它按照PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)：檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤，當(dāng)PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。

為了進一步提高PLC 的可靠性，近年來對大型PLC 還采用雙CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。

2．存儲器

存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。

存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。

（1） PLC 常用的存儲器類型

1）RAM （Random Assess Memory）

這是一種讀/寫存儲器（隨機存儲器）其存取速度最快由鋰電池支持。

2）EPROM （Erasable Programmable Read Only Memory）

這是一種可擦除的只讀存儲器在斷電情況下存儲器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。（在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容）

3）EEPROM（Electrical Erasable Programmable Read Only Memory）

這是一種電可擦除的只讀存儲器。使用編程器就能很容易地對其所存儲的內(nèi)容進行修改。

（2） PLC 存儲空間的分配

雖然各種PLC的CPU的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù)PLC的工作原理其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：

系統(tǒng)程序存儲區(qū)

系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)（包括I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）

用戶程序存儲區(qū)

1）系統(tǒng)程序存儲區(qū)

在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當(dāng)于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化在EPROM 中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該PLC 的性能。

2）系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)

系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)包括I/O 映象區(qū)以及各類軟設(shè)備，如：

邏輯線圈

數(shù)據(jù)寄存器

計時器

計數(shù)器

變址寄存器

累加器

等存儲器

A．I/O 映象區(qū) 由于PLC 投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此，它需要一定數(shù)量的存儲單元（RAM）以存放I/O 的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作I/O 映象區(qū)。

一個開關(guān)量I/O 占用存儲單元中的一個位（bit），一個模擬量I/O 占用存儲單元中的一個字（16 個bit）。因此整個I/O 映象區(qū)可看作兩個部分組成：

開關(guān)量I/O 映象區(qū)

模擬量I/O 映象區(qū)

B．系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū)

除了I/O 映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)還包括PLC 內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在PLC 斷電時，由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會遺失；后者當(dāng)PLC 斷電時，數(shù)據(jù)被清零。

1） 邏輯線圈

與開關(guān)輸出一樣，每個邏輯線圈占用系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)中的一個位，但不能直接驅(qū)動外設(shè)，只供用戶在編程中使用，其作用類似于電器控制線路中的繼電器。另外，不同的PLC 還提供數(shù)量不等的特殊邏輯線圈，具有不同的功能。

2）數(shù)據(jù)寄存器

與模擬量I/O 一樣，每個數(shù)據(jù)寄存器占用系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)中的一個字（16bits）。另外，PLC 還提供數(shù)量不等的特殊數(shù)據(jù)寄存器，具有不同的功能。

3） 計時器

4） 計數(shù)器

（3）用戶程序存儲區(qū)

用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC，其存儲容量各不相同。

3．電源

PLC 的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC 的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。

一般交流電壓波動在±10%（±15%）范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。

七、PLC 的工作原理

最初研制生產(chǎn)的PLC 主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的：

繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。

PLC 的CPU 則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點（包括其常開或常閉觸點）不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。

為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在100ms 以上，而PLC 掃描用戶程序的時間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式—掃描技術(shù)。這樣在對于I/O 響應(yīng)要求不高的場合，PLC 與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。

1．掃描技術(shù)

當(dāng)PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC 的CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。

（1） 輸入采樣階段

在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

（2） 用戶程序執(zhí)行階段

在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O 映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。

即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O 映象區(qū)或系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。

（3）輸出刷新階段

當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC 的真正輸出。

比較下二個程序的異同：

程序1

程序2

這兩段程序執(zhí)行的結(jié)果完全一樣但在PLC中執(zhí)行的過程卻不一樣。

程序1 只用一次掃描周期，就可完成對%M4 的刷新；

程序2 要用四次掃描周期，才能完成對%M4 的刷新。

這兩個例子說明：同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，也可以看到：采用掃描用戶程序的運行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。

一般來說，PLC 的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時間的總和。

2．PLC 的I/O 響應(yīng)時間

為了增強PLC 的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。

為了能實現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC 采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術(shù)）。

以上兩個主要原因，使得PLC 得I/O 響應(yīng)比一般微型計算機構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應(yīng)時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。

所謂I/O 響應(yīng)時間指從PLC 的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號的改變所需的時間。其最短的I/O 響應(yīng)時間與最長的I/O 響應(yīng)時間如圖所示：

最短I/O 響應(yīng)時間：

最長I/O 響應(yīng)時間：

八、PLC 的I/O 系統(tǒng)

1．I/O 尋址方式

PLC的硬件結(jié)構(gòu)主要分單元式和模塊式兩種。前者將PLC 的主要部分（包括I/O 系統(tǒng)和電源等）全部安裝在一個機箱內(nèi)。后者將PLC 的主要硬件部分分別制成模塊，然后由用戶根據(jù)需要將所選用的模塊插入PLC 機架上的槽內(nèi)，構(gòu)成一個PLC 系統(tǒng)。

不論采取哪一種硬件結(jié)構(gòu)，都必須確立用于連接工業(yè)現(xiàn)場的各個輸入/輸出點與PLC 的I/O 映象區(qū)之間的對應(yīng)關(guān)系，即給每一個輸入/輸出點以明確的地址確立這種對應(yīng)關(guān)系所采用得方式稱為I/O 尋址方式。

I/O尋址方式有以下三種

固定的I/O 尋址方式

這種I/O 尋址方式是由PLC 制造廠家在設(shè)計、生產(chǎn)PLC 時確定的，它的每一個輸入/輸出點都有一個明確的固定不變的地址。一般來說，單元式的PLC 采用這種I/O尋址方式。

開關(guān)設(shè)定的I/O 尋址方式

這種I/O 尋址方式是由用戶通過對機架和模塊上的開關(guān)位置的設(shè)定來確定的。

用軟件來設(shè)定的I/O 尋址方式

這種I/O 尋址方式是有用戶通過軟件來編制I/O 地址分配表來確定的。

以上就是關(guān)于模塊化設(shè)計的原則與要求相關(guān)問題的回答。希望能幫到你，如有更多相關(guān)問題，您也可以聯(lián)系我們的客服進行咨詢，客服也會為您講解更多精彩的知識和內(nèi)容。

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