第二章可編程控制器的基本組成及工作原理

1、l 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)l 可編程控制器的資源與編程語(yǔ)言l 可編程控制器的工作原理中央處理單元中央處理單元CPU 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 I/O接口接口 模擬量輸入模塊模擬量輸入模塊 模擬量輸出模塊模擬量輸出模塊 開關(guān)量輸入模塊開關(guān)量輸入模塊 開關(guān)量輸出模塊開關(guān)量輸出模塊 智能模塊智能模塊 接口和擴(kuò)展接口模塊接口和擴(kuò)展接口模塊 電源模塊電源模塊 編程工具編程工具 專用編程器專用編程器 專用編程軟件專用編程軟件 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng) (1) CPU接收從編程器或計(jì)算機(jī)輸入的程序和數(shù)據(jù)，并送入用戶 程序存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)。 (2) 監(jiān)視電源、PLC內(nèi)部各個(gè)單元電路的工作狀態(tài)。 (3) 診斷編程過程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤，對(duì)用

2、戶程序進(jìn)行編譯。 (4) 在PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取指令，并分析、執(zhí)行該指令。 (5) 采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的數(shù)據(jù)，并存入指定的寄存器中。 (6) 按程序進(jìn)行處理，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容。 (7) 根據(jù)輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容，將結(jié)果送到輸出接口。 (8) 響應(yīng)中斷和各種外圍設(shè)備(如編程器、打印機(jī)等)的任務(wù)處理請(qǐng)求。 l可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)整體式模模塊塊式式COMX0X1X2X3X4X5X6匯點(diǎn)式COM1Y0Y1Y2Y3COM1Y0Y1Y2Y3COM2COM2COM3COM4分組式分隔式l可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)l可編

3、程序控制器的基本結(jié)構(gòu)將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)，將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。l可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)低速大功率低速大功率高速小功率高速小功率高速大功率高速大功率將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行電路的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器通斷部執(zhí)行電路的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離。電；另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離。繼電器輸出繼電器輸出以以繼電器形式為例繼電器形式為例PLC內(nèi)內(nèi)部部電電路路內(nèi)內(nèi)部部電電路路J+YCOM-A/DA/D作用作

4、用：將現(xiàn)場(chǎng)儀表輸出的（標(biāo)準(zhǔn)）模擬量信號(hào)：將現(xiàn)場(chǎng)儀表輸出的（標(biāo)準(zhǔn)）模擬量信號(hào)010mA、420mA、15VDC等等轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)變送器：變送器： 溫度變送器溫度變送器 壓力變送器壓力變送器 流量變送器流量變送器 液位變送器液位變送器 成分分析儀成分分析儀傳感器：傳感器： Pt100 Cu50 熱電偶熱電偶 現(xiàn)場(chǎng)儀表模擬信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)儀表模擬信號(hào)420mA010mA15VDCmV、模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D、AI)端口端口(地址地址)數(shù) 字 信數(shù) 字 信號(hào)號(hào)0409501023CPU數(shù) 字 信數(shù) 字 信號(hào)號(hào)0409501023工程化轉(zhuǎn)換工程化轉(zhuǎn)換工程量工程量0

5、100050kPa軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)儀表檢測(cè)儀表硬件濾波硬件濾波如：如：RC濾波濾波軟件濾波軟件濾波如：中值濾波如：中值濾波 軟件軟件RC濾波濾波 l可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)A/DA/D組成組成：一般是由：一般是由多路轉(zhuǎn)換開關(guān)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、前置放大器前置放大器、采樣保持器采樣保持器、ADC（Analog to Digital Converter）等組成等組成 前置放大前置放大采樣保持采樣保持內(nèi)、外內(nèi)、外補(bǔ)償補(bǔ)償多路多路轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換ADC光電光電隔離隔離數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)鎖存鎖存數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線總線控制單元控制單元控制控制總線總線輸入信號(hào)輸入信號(hào)1輸入信號(hào)輸入信號(hào)nA/DA/D轉(zhuǎn)換通常有二種方式：轉(zhuǎn)換通

6、常有二種方式： 逐次比較型逐次比較型 雙積分型雙積分型 A/D接口變化一個(gè)接口變化一個(gè)LSB（二進(jìn)制最低有效位）時(shí)輸入模擬量的最小變化量（二進(jìn)制最低有效位）時(shí)輸入模擬量的最小變化量 例：例：12位位A/D轉(zhuǎn)換器，輸入范圍轉(zhuǎn)換器，輸入范圍010VDC，分辨力，分辨力10/2122.44mV （）實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想轉(zhuǎn)換特性曲線之間的最大偏差實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想轉(zhuǎn)換特性曲線之間的最大偏差 包括偏移誤差（包括偏移誤差（0輸入非輸入非0輸出）、非線性誤差等。輸出）、非線性誤差等。 線性誤差通常以線性誤差通常以LSB的分?jǐn)?shù)表示：如的分?jǐn)?shù)表示：如 等等從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束完成一次從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束完

7、成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間 模塊包含的模塊包含的A/D單極性、雙極性、信號(hào)范圍、信號(hào)制單極性、雙極性、信號(hào)范圍、信號(hào)制 ：將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場(chǎng)儀表可以接收的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場(chǎng)儀表可以接收的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)420mA等等 如：如： 12位數(shù)字量（位數(shù)字量（04095） 420mA 2047 對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換結(jié)果：對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換結(jié)果： 12mA調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥變頻器變頻器執(zhí)行器控制信號(hào)執(zhí)行器控制信號(hào)420mA010mA15VDC010VDC數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A、AO)端口端口(地址地址)數(shù) 字 信數(shù) 字 信號(hào)號(hào)0409501023CPU工程量工程量0100軟件實(shí)

8、現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù) 字 信數(shù) 字 信號(hào)號(hào)0409501023工程化反變換工程化反變換l可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)二進(jìn)制變化一個(gè)二進(jìn)制變化一個(gè)LSB（最低有效位）時(shí)（最低有效位）時(shí)D/A輸出模擬量的最小變化量輸出模擬量的最小變化量 （）實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想轉(zhuǎn)換特性曲線之間的最大偏差實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想轉(zhuǎn)換特性曲線之間的最大偏差 包括偏移誤差（包括偏移誤差（0輸入非輸入非0輸出）、非線性誤差等。輸出）、非線性誤差等。 線性誤差通常以線性誤差通常以LSB的分?jǐn)?shù)表示：如的分?jǐn)?shù)表示：如 等等當(dāng)輸入數(shù)字量變化時(shí)，輸出的模擬信號(hào)穩(wěn)定在相應(yīng)的數(shù)值范圍之內(nèi)當(dāng)輸入數(shù)字量變化時(shí)，輸出的模擬信號(hào)穩(wěn)定在相應(yīng)的數(shù)值范圍之內(nèi)

9、（ 0.5x LSB）所經(jīng)歷的時(shí)間）所經(jīng)歷的時(shí)間 模塊包含的模塊包含的D/A 電流、電壓及輸出范圍電流、電壓及輸出范圍 l可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu) l可編程序控制器的資源與編程語(yǔ)言l可編程控制器的硬件資源可編程控制器的硬件資源l可編程序控制器的資源與編程語(yǔ)言l可編程控制器的編程語(yǔ)言可編程控制器的編程語(yǔ)言l可編程序控制器的資源與編程語(yǔ)言l可編程控制器的編程語(yǔ)言可編程控制器的編程語(yǔ)言l可編程序控制器的資源與編程語(yǔ)言l可編程序控制器的工作原理SBSB3412繼電器作用兩種工作狀態(tài) 運(yùn)行運(yùn)行（RUN） / 停止停止（STOP）l可編程序控制器的工作原理lPLC的掃描工作方式l可編程序控制器的工作原理l

10、PLC掃描程序執(zhí)行過程控制電路圖控制電路圖SB1SB2KMKMI/O分配：分配： X0：?jiǎn)?dòng)：?jiǎn)?dòng) X1：停車：停車 Y0：KMX1X0COMY0COMKMSB2SB1PLC外部接線圖外部接線圖Y0X1Y0X0程序：程序：梯形圖梯形圖l可編程序控制器的工作原理l掃描周期PLC在【RUN】工作狀態(tài)時(shí)，完成內(nèi)部處理、通信服內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理所需的時(shí)間l可編程序控制器的工作原理l輸入、輸出滯后時(shí)間CPU讀輸入讀輸入輸入輸入/輸出輸出刷新時(shí)間刷新時(shí)間最短響應(yīng)時(shí)間=輸入延遲時(shí)間+一個(gè)掃描周期+輸出延遲時(shí)間l可編程序控制器的工作原理l可編程控制器的工作過程 l可編程序控制器的工作原理l可編程控制器的工作過程 故障診斷及處理操作 數(shù)據(jù)輸入和輸出操作 執(zhí)行用戶程序l執(zhí)行用戶程序l監(jiān)視 1)響應(yīng)外設(shè)的服務(wù)請(qǐng)求l可編程序控制器的工作原理l可編程控制器的輸入輸出過程 當(dāng)PL