第五章 可編程控制器結(jié)構(gòu) 及工作原理

第五章可編程控制器的結(jié)構(gòu)及工作原理第一節(jié)可編程控制器的硬件系統(tǒng)第二節(jié)可編程控制器的軟件及編程語言第三節(jié)可編程控制器的工作原理第一節(jié)可編程控制器的硬件系統(tǒng)輸出設(shè)備輸入設(shè)備

I/O擴展單元

特殊功能單元主機輸出單元輸入單元

電源外設(shè)接口I/O擴展口存儲器

系統(tǒng)程序存儲器CPU

用戶程序存儲器打印機EPROM寫入器

上位計算機PLC編程器…PLC硬件——CPU1、中央處理器（CPU）接收并存儲用戶程序和數(shù)據(jù)；診斷電源、PLC工作狀態(tài)及編程的語法錯誤；接收輸入信號，送入數(shù)據(jù)寄存器并保存；運行時順序讀取、解釋、執(zhí)行用戶程序，完成用戶程序的各種操作；將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。

2、存儲器

PLC的存儲器用來存放程序和數(shù)據(jù)。程序又分為系統(tǒng)程序和用戶程序。存儲區(qū)的分配：1、系統(tǒng)程序存儲器（區(qū)）（EPROM）2、用戶程序存儲器（區(qū)）（RAM）3、變量（數(shù)據(jù)）存儲器（區(qū)）…..1區(qū)2區(qū)3區(qū)PLC硬件——存儲器PLC硬件——存儲器（1）系統(tǒng)程序存儲器（區(qū)）該存儲器存放系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件）。系統(tǒng)程序是PLC研制者所編的程序，用來管理、協(xié)調(diào)PLC各部分的工作，翻譯、解釋用戶程序，進行故障診斷等，它是決定PLC性能的關(guān)鍵。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、解釋程序、故障自診斷程序、標準子程序庫及其他各種管理程序等。系統(tǒng)程序由制造廠家提供，一般都固化在ROM或EPROM中，用戶不能直接存取。PLC硬件——存儲器（2）用戶程序存儲器（區(qū)）該存儲器存放用戶程序（應(yīng)用軟件）。用戶程序是用戶為解決實際問題并根據(jù)PLC的指令系統(tǒng)而編制的程序，它通過編程器輸入，經(jīng)CPU存放入用戶程序存儲器。為便于程序的調(diào)試、修改、擴充、完善，該存儲器早期采用RAM，現(xiàn)多采用EEPROM。（3）變量（數(shù)據(jù)）存儲器（區(qū)）變量存儲器存放PLC的內(nèi)部邏輯變量，如內(nèi)部繼電器、I/O寄存器、定時器/計數(shù)器中邏輯變量的現(xiàn)行值等，這些現(xiàn)行值在CPU進行邏輯運算時需隨時讀出、更新有關(guān)內(nèi)容，所以，變量存儲器也采用RAM。PLC硬件——I/O接口3．輸入輸出接口（I/O）是CPU與工業(yè)現(xiàn)場裝置之間的連接部件。小型PLC，通常I/O與含有CPU主板部分做為一體。大中型PLC，通常將I/O做成可供選取、擴充的標準模塊，可以根據(jù)實際需要靈活選擇。每個I/O都有相應(yīng)的工作指示燈。為了適應(yīng)可編程控制器在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的工作，對輸入輸出接口有二個主要的要求：良好的抗干擾能力能滿足工業(yè)現(xiàn)場各類信號的匹配要求PLC硬件——I/O接口(1)輸入接口功能：采集現(xiàn)場信號，通過光電隔離轉(zhuǎn)換成標準電平送給PLC內(nèi)部電路。輸入信號有開關(guān)量和模擬量。開關(guān)量輸入接口有直流和交流兩種。開關(guān)量信號：按鈕、開關(guān)、繼電器觸頭等模擬量信號：電位器、測速發(fā)電機等

輔助電源：DC24V輸入、DC12V輸入、AC輸入對輸入的模擬量，需進行模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換，才能為CPU所接受。PLC硬件——I/O接口(2)輸出接口連接被控對象中的各類執(zhí)行元件：接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）等。為適應(yīng)不同負載，輸出方式有：晶體管輸出方式：驅(qū)動用于直流負載晶閘管輸出方式：驅(qū)動頻繁動作的交/直流負載繼電器輸出方式：驅(qū)動非頻繁動作的交/直流負載

PLC的各種輸出方式同樣都要采用光電隔離。有些PLC還具有模擬輸出接口。PLC硬件——通訊及編程接口4、通訊及編程接口——采用RS-485或RS-422串行總線連接專用編程器（FX-20P、FX-10P）；連接個人電腦（PC），實現(xiàn)編程及在線監(jiān)控；連接工控機，實現(xiàn)編程及在線監(jiān)控；連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器），實現(xiàn)遠程通訊；連接打印機等計算機外設(shè)。PLC硬件——擴展接口5、I/O擴展接口——采用并行通訊方式擴展I/O模塊；擴展位置控制模塊（如F2-30GM）；擴展通訊模塊（如FX-232AW等）；擴展模擬量控制模塊（如FX-2DA、FX-4AD等）。PLC硬件——電源6、電源可編程控制器的電源包括:*為可編程控制器各工作單元供電的開關(guān)電源*為掉電保護電路供電的后備電源，一般為電池PLC由開關(guān)式穩(wěn)壓電源為內(nèi)部電路供電。電源模塊：*可為CPU板、I/O板及擴展單元提供工作電源。*有的PLC能向外部提供24V的直流電源，可作為輸入單元連接的外部設(shè)備的電源。其他部件可編程控制器一般可配備的外部設(shè)備：編程器用于用戶程序的編制、編輯、調(diào)試、檢查和監(jiān)視，還可調(diào)用與顯示PLC的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。編程器：便攜式：體積小、重量輕、便于現(xiàn)場使用，只能聯(lián)機編程。CRT智能式（圖形編程器）：體積大、價格貴、不便于現(xiàn)場使用，既可聯(lián)機又可脫機編程。編程器是專用的，不同型號PLC都有自己專用編程器。多臺同型號PLC可只配一個編程器。

編程器盒式磁帶機，用以記錄程序或信息打印機，用以打印程序或制表EPROM寫入器，用以將程序?qū)懭胗脩鬍PROM中高分辨率大屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng)，用以顯示或監(jiān)視有關(guān)部分的運行狀態(tài)編程器其他部件第二節(jié)可編程控制器的軟件及編程語言系統(tǒng)軟件

運行管理

生成用戶環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)部自檢系統(tǒng)管理程序

用戶指令解釋程序標準程序模塊、系統(tǒng)調(diào)用用戶程序指令表順序功能流程圖軟件系統(tǒng)一、PLC軟件系統(tǒng)組成梯形圖二、PLC的編程語言

順序功能圖

梯形圖

指令表梯形圖編程語言：在繼電器控制線路的基礎(chǔ)上簡化了符號演變而來（圖形編程）。梯形圖具有形象、直觀、實用、電氣人員容易接受的特點，是目前用得最多的一種PLC編程語言。繼電器原理圖與梯形圖中所用圖符的對比關(guān)系1.梯形圖編程語言物理繼電器PLC繼電器常開常閉觸點線圈000005000500PLC控制0001SB2KMKM繼電器控制SB1

2.兩種控制的梯形圖比較物理繼電器繼電器需硬接線連接觸點個數(shù)有限PLC繼電器繼電器用程序軟連接觸點個數(shù)無限繼電器的接線改變——控制功能改變PLC的用戶程序改變——控制功能改變

3.兩種控制中繼電器的區(qū)別用PLC控制——外部接線不變，改變用戶程序。用繼電器控制——要改變控制電路的實際接線。

欲改變控制功能：SB1SB2KMFRKM繼電器控制接線PLC控制外部接線PLC~SB1SB2KM主電路相同例如KMQFUFR

M3~2、指令表指令語句表編程是用一個或幾個字符來代表可編程控制器的某種操作功能。指令語句的組成操作碼＋操作數(shù)操作碼：指定要執(zhí)行的功能，即CPU應(yīng)進行的操作。操作數(shù)：包含執(zhí)行該操作所需的信息，即CPU應(yīng)用什么地方的東西來執(zhí)行此操作。不同廠家的PLC使用的操作碼助記符不同。0000050005000001LD0000OR0500ANDNOT0001OUT0500梯形圖程序語句表程序

多條指令語句的組合構(gòu)成了語句表程序3、順序功能流程圖編程：用功能圖來表達一個順序控制過程。功能表圖的組成：步、有向連線、轉(zhuǎn)換條件、動作說明。1啟動壓ST12壓ST23工進車停原位快退快進壓ST34正在執(zhí)行的步叫活動步，當前一步為活動步且轉(zhuǎn)換條件滿足時，啟動下一步并終止前一步。SB2SQSB1輸入部分用戶程序輸出部分~KM第三節(jié)可編程控制器的工作原理一、PLC控制系統(tǒng)的等效工作電路0500PLCCOM0000000000010002≈00000500000100020500COM000100021、輸入部分由外部輸入電路、PLC輸入接線端子和輸入繼電器組成。在PLC內(nèi)部，與輸入端子相連的輸入繼電器是“軟繼電器”（即存儲器基本單元中的某一位），采用八進制編號，可提供無數(shù)個常開和常閉觸點供PLC內(nèi)部控制電路編程使用。輸入繼電器只能由現(xiàn)場的輸入元件（開關(guān)、按鈕等）信號驅(qū)動，不能用程序驅(qū)動。故梯形圖中只能使用輸入繼電器觸點，不能使用輸入繼電器線圈。輸入繼電器線圈的“得電”即將外部輸入元件的狀態(tài)寫入對應(yīng)的基本單元中。2、內(nèi)部控制電路指由用戶程序（梯形圖或指令語句）形成的用“軟繼電器”來代替硬繼電器的控制邏輯。作用：按照用戶程序規(guī)定的邏輯關(guān)系，對輸入信號和輸出信號的狀態(tài)進行檢測、判斷、運算和處理，然后得到相應(yīng)輸出。3、輸出部分輸出部分由PLC內(nèi)部與內(nèi)部控制電路隔離的輸出繼電器的外部常開觸點、輸出接線端子和外部驅(qū)動電路組成。用來驅(qū)動外部負載。在PLC內(nèi)部，外部輸出觸點與輸出端子相連，向外部負載輸出信號，且一個輸出繼電器只有一個常開型外部輸出觸點。輸出繼電器有無數(shù)個內(nèi)部常開和常閉觸點，編程時可隨意使用。二、PLC的工作方式及工作過程

工作方式：周期循環(huán)順序掃描一個循環(huán)掃描過程稱為掃描周期。掃描過程分為三個階段進行：輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新一個掃描周期●●●Y0Y1Yn輸入映像寄存器①采樣元素映像寄存器③寫⑤寫④讀X0Y0Y0M0●●●●●●輸出鎖存電路輸出端子輸入端子●●●②讀PLC的工作過程●●●X0X1Xn⑥刷新PLC具體工作過程如下：1、輸入采樣階段

PLC以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘枲顟B(tài)（開或關(guān)、即ON或OFF、“1”或“0”）讀入到輸入映像寄存器中寄存起來，稱為對輸入信號的采樣。接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會改變。輸入狀態(tài)的變化只能在下一個工作周期的輸入采樣階段才被重新讀入。2、程序執(zhí)行階段程序執(zhí)行階段，PLC對程序按順序進行掃描。如果程序用梯形圖表示，則總是按先左后右、先上后下的順序進行掃描；每掃描到一條指令時，所需要的輸入元件狀態(tài)或其它元件的狀態(tài)分別由輸入映像寄存器和元件映像寄存器中讀出，而將執(zhí)行結(jié)果寫入到元件映像寄存器中；元件映像寄存器中寄存的內(nèi)容，隨程序執(zhí)行的進程而動態(tài)變化。3、輸出刷新階段將元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存寄存器，再去驅(qū)動用戶輸出設(shè)備（負載），這就是PLC的實際輸出。注意：

PLC重復(fù)執(zhí)行上述三個過程，每重復(fù)一次的時間就是一個工作周期（或掃描周期）。

PLC在每次掃描中，對輸入信號采樣一次，對輸出