PLC工作原理課堂教學(xué)方法的探討

1、PLC工作原理課堂教學(xué)方法的探討0 引言可編程控制器（PLC，由最初功能簡單的 ProgrammableLogic Controller 發(fā)展到功能強大的 ProgrammableController ，由專門的工業(yè)控制推廣到各種自動控制領(lǐng)域。 PLC 是一門實用技術(shù)課程， 對于計算機專業(yè)， 這門課程要求學(xué)生熟悉 PLC的基本知識，深入理解 PLC的工作原理，掌握PLC的程序設(shè) 計方法。能否更好地理解PLC的工作原理是學(xué)會PLC編程和應(yīng)用 的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，下面給出講述 PLC工作原理的一些教學(xué)經(jīng)驗。1 通過參觀實驗初識 PLC講述PLC工作原理之前，先帶學(xué)生進行參觀實驗。院系現(xiàn)有 自動化立體倉庫

2、綜合實驗室， 通過現(xiàn)場介紹和演示， 讓學(xué)生了解 立體倉庫系統(tǒng)的組成， 有軌巷道堆垛機、 出入庫托盤輸送裝置是 如何驅(qū)動的，PLC在控制系統(tǒng)中的作用。初步認識PLC的外觀和組成、PLC工作時的狀態(tài)以及 PLC的編程軟件。2由PLC系統(tǒng)組成進一步認識 PLCPLC控制系統(tǒng)的核心是PLC PLC主機和其它微型計算機一樣，采用典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要由CPU電源、存儲器和輸入輸出組成，外部輸入電路是 PLC的輸入信號，外部輸出電路由 PLC的運行結(jié)果來驅(qū)動，編程設(shè)備完成程序輸入、修改和系統(tǒng)調(diào) 試等工作。如圖 1 所示。PLC的輸入接口單元接收來自外部電路的各種輸入信號，女口 按鈕、行程開關(guān)等。當外部電路

3、導(dǎo)通或斷開時，PLC的內(nèi)部接口電路將輸入信號的狀態(tài)存入相應(yīng)的寄存器中。PLC接到輸入信號后，執(zhí)行用戶程序，產(chǎn)生運行結(jié)果。PLC的輸出接口單元，根據(jù)程序運行結(jié)果， 使對應(yīng)輸出端子的觸點閉合或斷開， 從而輸出觸 點就能夠控制外部電路的通斷。3 PLC系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較PLC控制系統(tǒng)是由繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來， PLC程序取代 的是繼電器控制系統(tǒng)中復(fù)雜的控制電路部分， 其實PLC程序相當 于繼電器電路圖， 它和硬件電路的讀圖習(xí)慣相似， 但兩者存在本 質(zhì)的區(qū)別。如圖 2 所示。圖2（ a）、圖2（ b）分別為繼電器控制系統(tǒng)和 PLC控制系 統(tǒng)，PLC程序中的元器件對應(yīng)著繼電器控制系統(tǒng)中的硬件器

4、件， 程序中的元器件為軟元件，它們“看不見、摸不著”，但有著硬 件器件的功能，還具備優(yōu)于硬件器件的特性。圖2（ a）的三條支路是并行工作，當按下 SF1，中間繼電器KF1線圈得電，KF1 的輔助觸點閉合，接觸器 QA1 QA2同時得電，因此繼電器控制 系統(tǒng)屬于并行工作方式。圖 2（ b）是基于計算機的工作原理， 通過執(zhí)行用戶程序?qū)崿F(xiàn)控制要求。由于CPU以分時操作方式處理 各項任務(wù)， 執(zhí)行程序時從左到右、 逐行掃描依次完成各器件的動 作，因此PLC控制系統(tǒng)屬于串行工作方式。4 PLC的工作過程PLC工作過程用如圖3所示的運行框圖來表示。整個過程分 為三部分。第一部分是上電處理，PLC通電后對PL

5、C系統(tǒng)進行一次初始化工作。第二部分是掃描過程，完成輸入處理，其次是與 外設(shè)的通信處理，再次進行時鐘、特殊寄存器更新，然后當 CPU 處于STOP方式時，轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查，當 CPU處于RUN方式 時，完成用戶程序的執(zhí)行和輸出處理，再執(zhí)行自診斷檢查。第三 部分是出錯處理，PLC每掃描一次，執(zhí)行一次自診斷檢查，確定 PLC自身的動作是否正常，若檢查出異常，面板上LED提示并存放出錯代碼，若出現(xiàn)致命錯誤，所有掃描被強制停止。分析PLC工作的全過程，上電處理部分只進行一次， 不參與 循環(huán)掃描，而循環(huán)掃描過程中的每個環(huán)節(jié)并不是每一次都執(zhí)行， 例如PLC正常工作時不用執(zhí)行錯誤處理，系統(tǒng)也可以沒有通信功

6、能，那么我們暫不考慮遠程 I/O 、特殊模塊、自診斷等枝葉環(huán)節(jié)， 循環(huán)掃描過程就剩下輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出處理三個階段， 這三個階段是PLC工作過程的中心內(nèi)容，也就是PLC工作原理的 實質(zhì)。PLC在輸入采樣階段，先掃描所有輸入端子，將各輸入電路 的通斷狀態(tài)存入相對應(yīng)的輸入映像寄存器中， 此時輸入映像寄存 器被刷新。 然后系統(tǒng)進入程序執(zhí)行階段， 這個階段系統(tǒng)不再接收 輸入信號， 輸入映像寄存器的內(nèi)容保持不變， 直到下一個掃描周 期的輸入采樣階段。系統(tǒng)進入程序執(zhí)行階段后，PLC從輸入映像寄存器中讀入對 應(yīng)輸入端的狀態(tài)，程序的中間結(jié)果存入相應(yīng)的元件映像寄存器， 每一個軟元件的狀態(tài)隨著程序執(zhí)行而刷新

7、， 程序的輸出結(jié)果存入 輸出映像寄存器。程序執(zhí)行階段結(jié)束后， 各輸出映像寄存器中的狀態(tài)在輸出處 理階段一起存到輸出鎖存器中， 集中輸出， 使得對應(yīng)的各輸出端 子的觸點閉合或斷開， 進而驅(qū)動外部負載。 輸出鎖存器的狀態(tài)一 直保持到下一個輸出處理階段。5 小結(jié)理解PLC工作原理，首先從PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)入手，了解外部輸 入信號是如何通過PLC的輸入接口單元接收的，輸入信號的狀態(tài) 存入輸入映像寄存器中。PLC執(zhí)行程序時，讀取輸入映像寄存器 的狀態(tài)， 程序的執(zhí)行結(jié)果存入輸出映像寄存器， 輸出映像寄存器 對應(yīng)的輸出端子閉合或斷開，進而驅(qū)動外部負載。隨著對PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的了解，進一步分析PLC工作的全過程， 弄清楚上電處理、 掃描過程和出錯處理三個部分所做的工作， 然 后撇開