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5-1 存储器概述
可编程控制器最重要的特点是用户能够快速方便地更改控制程序。PLC的体系结构使得这种可编程特性成为可能。存储器系统是PLC的CPU中的一个区域，其中所有指令或程序都由处理器存储和执行，以提供所需的现场设备控制。包含控制程序的存储器部分可以被更改或重新编程，以适应生产流水线过程的更改或新的系统启动要求。
存储器的组成部分
PLC的总的内存系统实际上由两个不同的存储器组成(见图 5-1):
·执行存储器
·应用程序存储器
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执行存储器区域 |
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应用程序存储器区域 |
图5-1。总PLC存储器系统简化框图。
执行存储器是永久性存储的程序的集合，它们被认为是PLC本身的一部分。这些监控程序指示所有系统活动，如执行控制程序和与外围设备通信。执行部分是PLC的组成部分。存储系统可用的指令软件的存储器(即继电器指令、块传输函数、数学指令等)。用户无法访问这些存储器区域。应用程序存储器为构成应用程序程序的用户编程指令提供了存储区域。应用程序存储器区域由多个区域组成，每个区域都具有特定的功能和用法。第5-4节详细介绍了执行和应用程序存储器的细节。
5-2 存储器的类型
执行和应用程序存储器部分的存储和检索要求不一样;因此，它们并不总是存储在同一类型的存储器中。例如，执行器需要一个永久存储其内容的存储器，不能通过断电或用户的删除或更改来改变。这种类型的存储器通常不适合应用程序。
存储器可以分为两类:易失性的和非易失性的。如果所有的操作电源都丢失或移除，无论是常用电源还是其他形式的备用电源，易失性的存储器都会丢失其编程内容。在有电池备份和可能的程序的磁盘拷贝支持下，易失性的存储器很容易改变，并且非常适合大多数应用程序。非易失性的存储器保留其编程内容，即使在完全丧失操作能力的情况下，也不需要备用电源来保留其内容。非易失性的存储器一般是不可改变的，但有特殊的非易失性的存储器的类型是可以改变的。现如今的PLC包括那些使用非易失性的存储器的，那些使用有备用电源的易失性的存储器， 以及两者都有的存储器。
对于存储应用程序程序的存储器类型，有两个主要的问题。由于该存储器负责保留每天运行的控制程序，所以波动性应该是首要考虑的问题。如果没有应用程序，生产可能会延迟或丧失，结果通常是不令人满意的。第二个问题应该是存储在存储器中的程序应该可以轻松的被修改。轻松地修改应用程序存储器很重要，因为此存储器最终涉及用户和控制器之间的所有交互。这种交互会从程序输入开始，并随着程序生成和系统启动期间进行的程序修改，以及在线修改(如更改计时器或计数器预设值)。
下面的讨论描述了六种类型的存储器以及它们的特性是如何影响在可编程控制器中保留或更改程序指令的方式的。
只读存储器
只读存储器(ROM)旨在永久存储在一般情况下不变的固定程序。它得名于这样一个事实：一旦信息被存储了，它的内容可以在存储信息后被检查或读取，但不会改变。这与可以读取和写入的存储器类型形成对比(在下一节中讨论)。从本质上来说，ROM一般不受电磁或断开电源的影响。执行程序通常存储在ROM。
可编程控制器很少对其应用程序存储器使用只读存储器。然而，在需要固定数据的应用程序中，只读存储器在速度、成本和可靠性这些因素方面具有优势。一般来说，制造商在工厂创建基于ROM的PLC程序。一旦制造商编制了原始的指令集，用户就永远都不能改变它了。这种典型的基于ROM的控制器编程方法是在假定程序已经被调试完成，并且永远不会被更改时使用的。此调试是使用基于随机存取存储器的PLC或计算机完成的。最终将程序输入进入ROM。ROM应用程序存储器通常只会在非常小的专用的PLC中存在。
随机存取存储器
随机存取存储器(RAM)，通常称为读/写存储器(R/W)，它是为了使信息可以写入或读取内存存储区域而设计的。如果断电的话，随机存取存储器不能保存其内容;因此，它是一种易失性的存储器类型。随机存取存储器通常会使用备用电池在停电时以维持其内容。
在大多数情况下，现如今的可编程控制器使用带有供电的RAM的应用程序存储器。随机存取存储器为轻松创建和更改程序以及允许数据输入提供了一个绝佳的手段。与其他的存储器类型相比，RAM是一种相对较快的存储器。需要供电的RAM唯一明显的缺点是最后电源可能会失效，尽管处理器会不断地监视电池的状态。对大多数可编程控制器应用来说，有供电的RAM已被证明是足够使用的。如果备用电源不可用了，可以用一个具有非易失性存储器(如EPROM)的控制器与RAM组合使用。这种类型的存储器配置提供了易失性的和非易失性的优点。图5-2是一个RAM芯片。
图5-2。一个4K字节的8位内存芯片。
可编程只读存储器
可编程只读存储器(PROM)是一种特殊类型的ROM，因为它可以允许编程。现在的可编程控制器很少使用PROM来作为应用程序存储器。当它被使用时，这种类型的存储器最有可能是用做某种RAM的永久性的存储备份。虽然PROM是可编程的，和其他ROM一样，也具有非易失性的优点，但它的缺点是它需要特殊的编程设备。此外，一旦进行了编程，它就不能轻易地被删除或改变;任何程序的更改都需要一套新的PROM芯片。PROM适合用于存储在RAM中经过完全的检查过的程序，不需要进行进一步的更改或在线数据输入。
可擦除编程只读存储器
可擦除编程只读存储器(EPROM)是一种特殊设计的PROM，可在使用紫外线（UV)光源完全擦除后重新编程。完全擦除芯片的内容要求芯片的窗口(见图5-3)暴露在紫外线光源下约二十分钟。EPROM可以被认为是一种半永久性的存储设备，因为它可以永久性的存储一个程序直到它需要被更改。
EPROM为需要使用非易失性存储的应用程序提供了一个良好的存储介质，而不需要程序更改或联机数据输入。许多原始设备制造商都使用带有EPROM类型存储器的控制器，在经过调试并完全运行后，为机器程序提供永久存储。原始设备制造商之所以使用EPROM是因为他们的大多数机器不需要用户进行更改或输入数据。
图5-3。一个4K的8位的EPROM存储器芯片。
如果需要在线更改或输入数据，则单独由EPROM组成的应用程序存储器是不合适的。然而，许多控制器都是提供EPROM应用程序存储器为有电源供应的RAM作为一个可选的备份支持。EPROM具有永久性存储能力与易于修改RAM相结合的话，为许多应用程序提供了一个适合的存储系统。
电可擦写只读存储器
电可擦写只读存储器(EAROM)类似于EPROM，但不需要使用紫外线光源来擦除它，在一个EAROM芯片的正确的引脚上的擦除电压可以擦除芯片的内容。很少有控制器使用EAROM作为应用程序存储器，但与EPROM一样，它也能提供一种非易失性的程序存储方案，可作为 RAM类型存储器的一个备份。
电可擦除编程只读存储器
电可擦除编程只读存储器(EEPROM)是一种集成电路存储设备，它是在20世纪70年代开发的。与ROM和EPROM一样，它是一种非易失性存储器，但它能提供与RAM相同的编程灵活性。
如今的一些中小型控制器使用EEPROM作为系统中的唯一内存。它可以为程序提供永久性存储，并且可以使用编程设备(如PC)或手动编程单元来轻松的更改。这两个功能有助于消除与编程更改相关的停机时间和延迟。它们也减少了电子可擦编程只读存储器在这方面的缺点。
EEPROM的缺点之一是，一个内存字节只有在被擦除后才能写入，从而会造成延迟。当在线程序发生更改时，这一延迟时间是很明显的。EEPROM的另一个缺点是对单个字节内存可以经历擦除/写入操作(大约1万)的次数的限制。然而，与EEPROM提供的显著优势相比，这些缺点都是微不足道的。
5-3存储器的结构和功能
基本结构单元
PLC的存储可以被认为是一个大的，二维阵列的单位存储单元，每个存储单元以1或0(即二进制编码格式)的形式存储一个信息。由于每个单元格只能存储一个二进制数字，而位是'二进制数字'的首字母缩写，因此每个单元格都被称为位。因此，一位是最小的结构单位的内存。尽管每个位存储的信息是1或0，但内存单元实际上并不包含数字1和0。相反，存储单位使用电压表示1和0。电压电荷的存在表示1，没有电荷则表示0。如果存储的信息是1(电压存在)表示接通，如果存储的信息是0(没有电压)表示断开。存储在单位中的接通/断开信息称为位状态。
有时，处理器必须一次处理多个数据。例如，在将数据传输到存储器和从存储器中传输数据时，处理器对一组位进行处理会更有效。此外，存储数字和代码也需要分组的位。同时处理的一组位被称之为字节。更准确地说，字节是处理器一次可以处理的最小的位。虽然字节大小通常为八位，但是这个大小可能会因特定控制器而异。
在PLC中使用的第三个也是最后一个结构信息单元是一个字符。通常来说，一个字符是处理器在数据操作或执行指令时使用的单位。就像一个字节，一个字符也是一组固定的位，根据控制器的不同变化;然而，字符通常是一个字节或更长。例如，一个十六位的字符由两个字节组成。在PLC中使用的典型字符长度是八位、十六位和三十二位。图5-4解释了一个典型的可编程控制器存储器的结构单元。
图5-4。PLC存储器单元:位、字节和字符。
存储器容量和利用率
在考虑PLC应用时，存储器的容量是一个至关重要的问题。指定适当的存储量可以节省硬件的成本和与以后添加额外存储容量相关的时间。提前了解存储容量需求还有助于避免购买没有足够容量或无法扩展的控制器。
存储容量在小型控制器(小于六十四的I/O容量)中是不可以扩展的，在较大的PLC中可扩展。小型的PLC拥有固定的存储容量，因为可用的存储量通常足以为小型应用程序提供程序存储。较大的控制器允许存储量扩展，因为其应用程序的范围和其I/O设备的数量限定较少。
应用程序存储量大小是按K单位来指定的，其中每个K单位代表1024个字符的位置。一个1K存储器中包含1024个存储位置，一个2K存储器包含2048个位置，4K存储器包含4096个位置，等等。图5-5显示了两个4K存储器阵列;但是，它们有不同的配置--第一个的配置使用一个字节的字符(八位)，另一个使用两个字节的字符(十六位)。
图5-5。一个4K的8位存储位置和一个4K的16位存储位置。
可编程控制器以K为单位的存储容量仅能表示可用的存储位置总数。仅仅知道这个最大值是不足以确定存储需求的。
有关如何存储程序指令的附加信息将有助于做出更好的决策。术语'内存利用率'指的是可以存储在一个位置的数据量，或者更确切的说是存储每种类型的指令所需的内存位置的数量。如果产品说明书不提供，制造商可以提供此数据。
为了说明存储容量，请参考图5-5。假设每一个常开的和常闭的接触指令需要十六位存储区域。有了这些存储要求，图5-5a中存储系统的有效存储区域是图5-5b的一半。这意味着，要存储相同的大小的控制程序，图5-5a中的系统将需要8K存储容量而不是如图5-5b 所示的4K存储容量。
在熟悉了如何在特定的控制器中使用存储器的情况后，用户可以开始确定应用程序的最大存储需求。虽然多年来已经使用了好几种经验法则，但没有一个简单的规则成为最准确的。然而，随着对输出数量的了解，对驱动每个输出逻辑所需的程序联系数的理念，以及有关内存利用率的信息，使得存储需求近似可以简化为简单的乘法。
例 5-1
根据以下规范来确定应用程序的存储需求:
bull;70个输出，每个输出由10个接触元素组成的逻辑驱动。
bull;11个定时器和3个计数器，分别有8个和5个元素。
bull;20条指令，包括加法、减法和比较，每个指令由5个接触单元驱动。
表5-1提供了有关应用程序的内存利用率要求的信息。
|
指令 |
字符的内存需求 |
|
检查ON或OFF(联系) |
1 |
|
输出线圈 |
1 |
|
加/减/比较 |
1 |
|
定时器/计数器 |
3 |
表5-1。内存利用率的要求。
解决方案
使用给定的信息，对内存的初步估计是：
（a）控制逻辑= 10个接触元素/输出级的输出运行次数= 70。
（b）控制逻辑= 8个接触元件/定时器数量= 11。
（c）控制逻辑= 5个接触元素/计数器数量= 3
（d）控制逻辑= 5接触元素/数学运算和比较数= 20。
基于表5-1的内存利用率的信息，总字符数为:
全文共7362字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
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|
(a) |
总接触元素 总输出 总字符 |
（70x10） （70x1） |
700 70 770 |
|
(b) |
总接触元素 总计时器 总字符 |
（11x8） （11x3） |
88 33 121 |
|
(c) |
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