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1、可编程控制器的结构 及工作原理,第一节 可编程控制器的硬件系统 第二节 可编程控制器的软件及编程语言 第三节 可编程控制器的工作原理,第一节 可编程控制器的硬件系统,PLC硬件CPU,1、中央处理器（CPU） 接收并存储用户程序和数据； 诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误； 接收输入信号，送入数据寄存器并保存； 运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户 程序的各种操作； 将用户程序的执行结果送至输出端。,2、存储器 PLC的存储器用来存放程序和数据。 程序又分为系统程序和用户程序。 存储区的分配： 1、系统程序存储器（区）（EPROM） 2、用户程序存储器（区）（RAM） 3、变量（
2、数据）存储器（区）,1区,2区,3区,PLC硬件存储器,PLC硬件存储器,（1）系统程序存储器（区） 该存储器存放系统程序（系统软件）。系统程序是PLC研制者所编的程序，用来管理、协调PLC各部分的工作，翻译、解释用户程序，进行故障诊断等，它是决定PLC性能的关键。 系统程序包括监控程序、解释程序、故障自诊断程序、标准子程序库及其他各种管理程序等。 系统程序由制造厂家提供，一般都固化在ROM或EPROM中，用户不能直接存取。,PLC硬件存储器,（2）用户程序存储器（区） 该存储器存放用户程序（应用软件）。用户程序是用户为解决实际问题并根据PLC的指令系统而编制的程序，它通过编程器输入，经CPU
3、存放入用户程序存储器。为便于程序的调试、修改、扩充、完善，该存储器早期采用RAM，现多采用EEPROM。 （3）变量（数据）存储器（区） 变量存储器存放PLC的内部逻辑变量，如内部继电器、I/O寄存器、定时器/计数器中逻辑变量的现行值等，这些现行值在CPU进行逻辑运算时需随时读出、更新有关内容，所以，变量存储器也采用RAM。,PLC硬件I/O接口,3输入输出接口（I/O） 是CPU与工业现场装置之间的连接部件。 小型PLC，通常I/O与含有CPU主板部分做为一体。 大中型PLC，通常将I/O做成可供选取、扩充的标准模块，可以根据实际需要灵活选择。每个I/O都有相应的工作指示灯。 为了适应可编程
4、控制器在工业生产现场的工作，对输入输出接口有二个主要的要求： 良好的抗干扰能力 能满足工业现场各类信号的匹配要求,PLC硬件I/O接口,(1) 输入接口 功能：采集现场信号，通过光电隔离转换成标准电平送给PLC内部电路。 输入信号有开关量和模拟量。开关量输入接口有直流和交流两种。 开关量信号：按钮、开关、继电器触头等 模拟量信号：电位器、测速发电机等 辅助电源：DC24V输入、 DC12V输入、AC输入 对输入的模拟量，需进行模数（A/D）转换，才能为CPU所接受。,PLC硬件I/O接口,(2) 输出接口 连接被控对象中的各类执行元件：接触器、电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量
5、）等。 为适应不同负载，输出方式有： 晶体管输出方式：驱动用于直流负载 晶闸管输出方式：驱动频繁动作的交/直流负载 继电器输出方式：驱动非频繁动作的交/直流负载 PLC的各种输出方式同样都要采用光电隔离。有些PLC还具有模拟输出接口。,PLC硬件通讯及编程接口,4、通讯及编程接口采用RS-485或RS-422串行总线 连接专用编程器（FX-20P、FX-10P）； 连接个人电脑（PC），实现编程及在线监控； 连接工控机，实现编程及在线监控； 连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯； 连接打印机等计算机外设。,PLC硬件扩展接口,5、I/O扩展接口采用并行通讯方式 扩展I/O模块； 扩展位置
6、控制模块（如F2-30GM）； 扩展通讯模块（如FX-232AW等）； 扩展模拟量控制模块（如FX-2DA、FX-4AD等）。,PLC硬件电源,6、 电源 可编程控制器的电源包括: * 为可编程控制器各工作单元供电的开关电源 * 为掉电保护电路供电的后备电源，一般为电池 PLC由开关式稳压电源为内部电路供电。 电源模块： * 可为CPU板、I/O板及扩展单元提供工作电源。 * 有的PLC能向外部提供24V的直流电源，可作为输入单元连接的外部设备的电源。,其他部件,可编程控制器一般可配备的外部设备： 编程器 用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视，还可调用与显示PLC的一些内部状态和系统参数
7、。 编程器： 便携式：体积小、重量轻、便于现场使用，只能联机编程。 CRT智能式（图形编程器）：体积大、价格贵、不便于现场使用，既可联机又可脱机编程。 编程器是专用的，不同型号PLC都有自己专用编程器。多台同型号PLC可只配一个编程器。,编程器 盒式磁带机，用以记录程序或信息 打印机，用以打印程序或制表 EPROM写入器，用以将程序写入用户EPROM中 高分辨率大屏幕彩色图形监控系统，用以显示或监视有关部分的运行状态,其他部件,第二节 可编程控制器的软件及编程语言,系统软件,运行管理,生成用户环境,系统内部自检,系统管理程序,用户指令解释程序,标准程序模块、系统调用,用户程序,指令表,顺序功能
8、流程图,软件系统,一、PLC软件系统组成,梯形图,二、PLC的编程语言,梯形图编程语言：在继电器控制线路的基础上简化了符号演变而来（图形编程）。 梯形图具有形象、直观、实用、电气人员容易接受的特点，是目前用得最多的一种PLC编程语言。 继电器原理图与梯形图中所用图符的对比关系,1. 梯形图编程语言,2. 两种控制的梯形图比较,物理继电器,继电器需硬接线连接,触点个数有限,PLC继电器,继电器用程序软连接,触点个数无限,继电器的接线改变控制功能改变,PLC的用户程序改变 控制功能改变,3. 两种控制中继电器的区别,用PLC控制外部接线不变，改变用户程序。,用继电器控制要改变控制电路的实际接线。,
9、欲改变控制功能：,2、指令表 指令语句表编程是用一个或几个字符来代表可编程控制器的某种操作功能。 指令语句的组成 操作码操作数 操作码：指定要执行的功能，即CPU应进行的操作。 操作数：包含执行该操作所需的信息，即CPU应用什么地方的东西来执行此操作。 不同厂家的PLC使用的操作码助记符不同。,LD 0000 OR 0500 AND NOT 0001 OUT 0500,梯形图程序 语句表程序,多条指令语句的组合构成了语句表 程序,3、顺序功能流程图编程： 用功能图来表达一个顺序控制过程。,功能表图的组成： 步、有向连线、转换条件、动作说明。,正在执行的步叫活动步，当前一步为活动步且转换条件满足
10、时，启动下一步并终止前一步。,第三节 可编程控制器的工作原理,一、PLC控制系统的等效工作电路,1、输入部分 由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。 在PLC内部，与输入端子相连的输入继电器是 “软继电器”（即存储器基本单元中的某一位），采用八进制编号，可提供无数个常开和常闭触点供PLC内部控制电路编程使用。 输入继电器只能由现场的输入元件（开关、按钮等）信号驱动，不能用程序驱动。故梯形图中只能使用输入继电器触点，不能使用输入继电器线圈。 输入继电器线圈的“得电”即将外部输入元件的状态写入对应的基本单元中。,2、内部控制电路 指由用户程序（梯形图或指令语句）形成的用“软继电器”来
11、代替硬继电器的控制逻辑。 作用：按照用户程序规定的逻辑关系，对输入信号和输出信号的状态进行检测、判断、运算和处理，然后得到相应输出。,3、输出部分 输出部分由PLC内部与内部控制电路隔离的输出继电器的外部常开触点、输出接线端子和外部驱动电路组成。用来驱动外部负载。 在PLC内部，外部输出触点与输出端子相连，向外部负载输出信号，且一个输出继电器只有一个常开型外部输出触点。 输出继电器有无数个内部常开和常闭触点，编程时可随意使用。,二、PLC的工作方式及工作过程,工作方式：周期循环顺序扫描 一个循环扫描过程称为扫描周期。扫描过程分为三个阶段进行：,PLC具体工作过程如下： 1、输入采样阶段 PLC
12、以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态（开或关、即ON或OFF、“1”或“0”）读入到输入映像寄存器中寄存起来，称为对输入信号的采样。 接着转入程序执行阶段，在程序执行期间，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。,2、程序执行阶段 程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描。 如果程序用梯形图表示，则总是按先左后右、先上后下的顺序进行扫描； 每扫描到一条指令时，所需要的输入元件状态或其它元件的状态分别由输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出，而将执行结果写入到元件映像寄存器中； 元件映像寄存器中寄存的内容，随程序执行的进
13、程而动态变化。,3、输出刷新阶段 将元件映像寄存器中所有输出继电器的状态转存到输出锁存寄存器，再去驱动用户输出设备（负载），这就是PLC的实际输出。 注意： PLC重复执行上述三个过程，每重复一次的时间就是一个工作周期（或扫描周期）。 PLC在每次扫描中，对输入信号采样一次，对输出信号刷新一次。这就保证了PLC在执行程序阶段，输入映像寄存器和输出锁存寄存器的内容或数据保持不变。,1、输入映像寄存器的数据，取决于输入端子在该工作周期的输入采样阶段所刷新的状态。 2、输出映像寄存器的状态由程序输出指令的执行结果确定。 3、输出锁存电路中的数据，由上一个工作周期的输出刷新阶段存入到输出锁存电路中的数据确定。 4、输出端子板上各输出端的ON/OFF状态，由输出锁存器的内容来确定； 5、程序执行中所需的输入、输出状态，由输入映像寄存器和输出映像寄存器读出。,三、PLC对输入/输出的处理规则：,你只闻到我的香水，却没看到我的汗水。 你否定我的现在，我决定我的未来！ 你嘲笑我一无所有，不配去爱，我可怜你总是等待。 你可以轻视我们的年轻，我们会证明这是谁的时代。 梦想是注定孤独的旅行，路上少不了质疑和嘲笑， 但那又怎样？ 哪怕遍体鳞伤，也要活得漂亮！,
