PLC和运动控制卡核心区别讲解

B站  ：道传科技上位机   观看教程

一、普通PLC运行原理讲解

PLC（可编程逻辑控制器）通过周期性循环扫描实现控制功能，其底层原理基于微处理器的循环扫描机制，结合输入采样、用户程序执行和输出刷新三个核心阶段完成控制任务。 ‌

核心组成部件

PLC主要由中央处理单元（CPU）、输入/输出模块、电源模块、存储器及通信接口组成。CPU作为核心处理单元，执行程序并协调各模块工作；输入模块采集传感器信号，输出模块驱动执行器。 ‌

工作原理

‌1、输入采样阶段‌：CPU以扫描方式读取所有输入信号（如开关状态、传感器数据），并存储在I/O映象区。此阶段完成后，输入信号被锁定直至下一扫描周期。 ‌

‌2、用户程序执行阶段‌：CPU按预设程序逻辑对输入数据进行运算，更新内部存储器的状态。这一过程遵循严格的逻辑顺序，确保控制逻辑的正确性。 ‌

‌3、输出刷新阶段‌：根据运算结果，通过输出模块驱动外部设备（如电机、阀门）。此阶段直接控制硬件，完成实际控制动作。 ‌

循环机制

PLC以毫秒级周期无限循环上述流程，确保对工业设备的实时控制。这种设计使其能够快速响应外部变化，适应工业自动化场景的实时性要求。

（通常扫描周期在10几毫秒到几十毫秒     执行bool指令时间 0.8ms）

二、高端PLC运行原理讲解

以欧姆龙NJ系列举例

高速运算与多轴控制

NJ系列搭载Intel® Atom™处理器，实现高速运算，在一个CPU中整合顺序控制和运动控制，最多支持64轴运动控制。 ‌

实时任务处理

采用实时操作系统与任务管理，通过优化系统响应时间和编程逻辑，显著提升生产效率。 ‌

网络通信优化

支持EtherNet/IP和EtherCAT协议，实现机器控制网络与信息通信网络的无缝连接，并通过工业以太网提升数据传输效率。

(执行bool指令时间 0.08ms）

三、普通运动控制卡运行原理讲解

运动控制卡的底层原理基于PC总线，通过高性能微处理器（如DSP）和可编程器件实现多轴协调控制，核心功能包括脉冲输出、编码器反馈、数字输入/输出及模拟量输出。

核心功能模块

‌脉冲输出‌：连续输出高频率脉冲串，通过调节频率控制电机速度，通过脉冲数量控制位置。支持脉冲/方向和脉冲/脉冲模式，可驱动步进电机或伺服电机。 ‌

‌编码器反馈‌：采集电机位置信息，纠正传动误差，实现闭环控制。 ‌

‌数字输入/输出‌：处理限位开关、急停信号等外部设备联动。 ‌

‌模拟量输出‌：通过±10V电压信号控制电机扭矩或速度，适用于高精度调速场景。 ‌

硬件组成

‌处理器‌：采用DSP或FPGA进行轨迹规划、多轴插补计算，实时生成控制指令。 ‌

‌接口模块‌：包含PCI/PCIe、USB、EtherCAT等通信接口，实现与PC的数据交换；光耦隔离输入/输出端口保障信号稳定性。 ‌

工作流程

接收上位机指令（目标位置、速度等参数）；

执行S型/T型加速曲线计算、多轴联动插补；

实时生成脉冲序列或模拟量指令；

通过编码器反馈修正误差，形成闭环控制。

四、高端运动控制卡运行原理讲解

PMAC卡（现被欧姆龙收购）

PMAC卡（Programmable Multi-Axes Controller）运行的底层原理基于数字信号处理器（DSP）和运动控制算法，通过硬件加速和实时任务处理实现多轴协同控制。 ‌

一、核心硬件架构

PMAC卡采用Motorola DSP56003作为核心处理器，支持PID控制、S曲线加减速算法等运动优化技术。其底层通过双端口RAM实现与上位机的实时通信，支持PCI、ISA、VME等总线接口，可适配伺服电机、步进电机等多种执行机构。 ‌

二、底层控制流程

‌1、指令解析‌：上位机通过双端口RAM发送控制指令，PMAC卡接收指令后进行语法解析和参数校验。

‌2、运动规划‌：根据目标位置、速度等参数，通过插补算法生成平滑的运动轨迹。 ‌

‌3、实时闭环控制‌：采用PID算法调节电机输出，同时通过双端口RAM实时反馈系统状态。 ‌

‌4、多轴协同‌：通过内部总线协调多个轴的同步运行，支持多任务优先级调度。 ‌

三、通信机制

底层通信采用双端口RAM映射技术，直接通过内存访问实现指令传输和数据交换，减少通信延迟。同时支持串口、以太网等接口，增强系统扩展性。

VS:简单赋值操作（如无运算）耗时约0.000003875毫秒，而包含运算的赋值操作耗时约0.000011813毫秒（运行一行代码耗时）

五、PLC程序运行机制

三菱PLC（可编程逻辑控制器）的梯形图程序运行底层原理基于循环扫描机制，通过模拟继电器逻辑实现自动化控制。以下是其核心运行原理：

循环扫描机制

PLC采用‌循环扫描‌方式工作，主要分为五个阶段：

1、内部诊断与处理‌：检查硬件状态；

‌2、输入采样‌：读取输入端子状态并存储于输入映像寄存器；

‌3、用户程序执行‌：按“自上而下、从左到右”的顺序执行逻辑运算；

‌4、输出刷新‌：根据运算结果更新输出映像寄存器；

‌5、实际输出‌：驱动外部设备。 ‌

梯形图逻辑处理

梯形图中的“软继电器”对应存储器中的位状态（0/1），其逻辑运算遵循：

‌1、能量流动方向‌：能量流仅从左到右、自上而下流动，与继电器逻辑相反；

‌2、触点特性‌：常开/常闭触点对应位取反或取位操作，无物理触点物理断开延迟；

‌3、线圈驱动‌：输出线圈通过内部硬触点控制外部设备，但同一地址的线圈重复使用会导致后续指令覆盖前指令

六、上位机程序运行机制

在Visual Studio (VS) 在Windows平台上开发Winform应用程序时，程序的运行底层原理涉及多个层面，主要包括.NET框架、操作系统API以及硬件。下面详细解释这个过程：

1. .NET Framework/Core

WinForms应用程序在.NET框架（.NET Framework 或 .NET Core/.NET 5+/6+）上运行。.NET框架提供了一套丰富的类库，用于简化Windows应用程序的开发，包括用户界面、数据访问、网络通信等。

‌运行时环境‌：.NET运行时（CLR，Common Language Runtime）负责管理内存、执行代码、类型安全检查等。它还提供了垃圾回收机制，自动管理内存分配和释放。

‌类库‌：.NET提供了大量的类库，如System命名空间下的各种类，这些类封装了Windows API的调用，使得开发者不需要直接与底层API交互。

2. Windows API

尽管.NET框架提供了高级的封装，但在某些情况下，你可能需要直接调用Windows API来访问更底层的系统功能或优化性能。例如：

‌用户界面‌：WinForms使用GDI+（Graphics Device Interface）或Direct2D来绘制图形界面。这些底层API由.NET封装并通过System.Drawing命名空间提供给开发者。

‌系统调用‌：例如，使用System.Runtime.InteropServices命名空间可以调用任何Windows API函数，如注册表操作、文件系统操作等。

3. 操作系统

WinForms应用程序最终在Windows操作系统上运行。操作系统负责管理硬件资源，包括CPU、内存、磁盘等。

‌进程和线程管理‌：操作系统管理应用程序的进程和线程。WinForms应用程序通常运行在一个或多个进程中，每个窗口或控件可能由一个或多个线程管理。

‌消息循环‌：Windows使用消息循环机制来处理用户输入、系统事件等。WinForms应用程序通过Windows消息循环接收和处理这些消息。

4. 硬件

最终，所有这些操作都依赖于计算机的硬件资源，包括CPU、内存、硬盘等。操作系统通过硬件抽象层（HAL）与硬件交互，而应用程序则通过操作系统提供的接口与硬件交互。

七、技术选择

未来方向：选择上位机，AI时代，PLC会被逐渐替代

薪资选择：选择上位机，工资会逐渐提高，无上限