《PLC应用技术 教学课件 ppt 作者 徐锋 1-5 第2章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PLC应用技术 教学课件 ppt 作者 徐锋 1-5 第2章（84页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 2 章 可编程控制器的组成及工作原理,2.1 可编程控制器的工作原理 2.2 可编程控制器的硬件系统 2.3 可编程控制器的软件系统 2.4 FX2系列可编程控制器的主要编程元件 2.5 可编程控制器的性能指标与分类 习题二,本章知识点： 可编程控制器的组成； 可编程控制器的工作原理； 可编程控制器的硬件系统； 可编程控制器的软件系统； FX2系列可编程控制器的主要编程元件。,2.1 可编程控制器的工作原理 PLC在确定了工作任务、装入了专用程序后就成为一种专用机，它采用循环扫描工作方式，系统工作任务的管理及应用程序的执行都是通过循环扫描方式完成的。,1. 分时处理及扫描工作方式 PLC系
2、统正常工作所要完成的任务有：计算机内部各工作单元的调度、监控；计算机与外部设备间的通信；用户程序所要完成的工作。,这些工作都是分时完成的，每项工作又都包含着许多具体的工作。以用户程序的完成来说，其工作过程又可分为以下三个阶段： (1) 输入处理阶段，也就是输入采样阶段。在这个阶段中，可编程控制器读入输入接口的状态，并将它们存放在输入状态暂存区中。 (2) 程序执行阶段。在这个阶段中，可编程控制器根据本次读入的输入数据，依用户程序的顺序逐条执行用户指令。执行的结果均存储在输出信号暂存区中。,(3) 输出处理阶段，也叫输出刷新阶段。这是一个程序执行周期的最后阶段。可编程控制器将本次执行用户程序的结
3、果一次性地从输出状态暂存区送到各个输出口，对输出状态进行刷新。 这三个阶段也是分时完成的。为了连续地完成PLC所承担的工作，系统必须周而复始地按一定的顺序完成这一系列的具体工作，这种工作方式叫做循环扫描工作方式。PLC重复执行上述三个阶段，每重复一次的时间称为一个扫描周期。PLC用户程序执行阶段扫描工作过程如图2.1所示。其程序执行的时间长短一般取决于CPU的档次和程序的长短。,图2.1 PLC的扫描工作过程,2. 扫描周期及PLC的两种工作状态 PLC有两种基本的工作状态，即运行(RUN)状态与停止(STOP)状态。运行状态是执行应用程序的状态，停止状态一般用于程序的编制与修改，图2.2给出
4、了运行和停止两种状态下PLC不同的扫描过程。由图2.2可知，在这两种不同的工作状态中，扫描过程所要完成的任务是不尽相同的。,图2.2 PLC扫描过程示意图,3. 输入/输出滞后时间 输入/输出滞后时间又称为系统响应时间，是指从PLC外部输入信号发生变化的时刻起，至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻为止之间的时间间隔。它由输入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分所组成。因此，在需要快速响应的场合，可以采取优化编程或选择扫描时间快的PLC等方法予以解决。,4. 讨论 从工业控制的角度来看，可编程控制器的梯形图和继电器电路图十分相似。但是，二者之间在运行时序问题
5、上有着根本的差异。对于继电接触器控制系统，同一个接触器的所有触点的动作是和它的线圈通电或断电同时发生的。但是在PLC控制系统中，由于指令的分时扫描执行，同一个器件的线圈工作和它的各个触点的动作并不会同时发生。,2.2 可编程控制器的硬件系统 通过前面的讨论，我们知道PLC实质上是一种专门用于工业控制的计算机，它的硬件结构基本上与微型计算机(PC)相同，但是其工作原理则与PC有些差异。 可编程控制器构成的基本控制系统简化框图如图2.3所示，其中可编程控制器的基本组成由虚线内的五部分组成。,图2.3 PLC组成基本控制系统的结构简图,1. 中央处理器(CPU) CPU是可编程控制器的神经中枢，是系
6、统的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能完成以下任务： (1) 接收并存储用户程序和数据； (2) 以扫描方式接收现场输入设备的状态和数据； (3) 诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误； (4) 完成用户程序规定的逻辑运算和算术运算任务； (5) 更新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容，实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。,2. 存储器 存储器用来存储数据或程序，它包括随机存取的存储器RAM和在工作过程中只能读出、不能写入的存储器EPROM及EEPROM。RAM中的用户程序用EPROM写入器写入到EPROM芯片中。写入了用户程序的EPROM又可以通过外部接口
7、与主机连接，然后让主机按EPROM中的程序运行。EPROM是可擦可编的只读存储器，如果存储的内容不需要时，可以用紫外线擦除器擦除，再重新写入新程序。,由于PLC的软件由应用软件和系统软件构成，因此PLC的存储器可以分为系统程序存储器和用户程序存储器。我们把存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。不同类型的PLC其存储容量各不相同，但是根据工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域。,1) 系统程序存储区 在系统程序存储区中，存放着相当于计算机操作系统的系统程序。它包括监视程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断程序等。由制造商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取。 2) 系统RAM
8、存储区 系统RAM存储区包括I/O映像区以及各类软设备(例如：各种逻辑线圈、数据存储区、计时器、计数器、累加器、变址寄存器等)存储区。,3) 用户程序存储区 用户程序存储区存放用户编制的应用控制程序，不同类型的PLC，其存储容量各不相同。有些PLC的存储容量可以根据用户的需要加以改变，例如，三菱公司的FX2系列PLC，其用户程序存储区除了主机单元已有2 KB的RAM以外，用户还可以根据需要选用4 KB或8 KB的RAM、EPROM加以扩展。,3. 输入/输出(I/O)模块 I/O模块是连接CPU与现场I/O设备或其他外部设备之间的桥梁。PLC提供了具有各种操作电平与输出驱动能力的I/O模块和各
9、种用途的功能模块供用户选用。 一般PLC均配置I/O电平转换及电气隔离。输入电平转换是用来将输入端不同电压或电流信号源转换成微处理器所能接收的低电平信号；输出电平转换是用来将微处理器控制的低电平信号转换为控制设备所需要的电压或电流信号。电气隔离是在微处理器与I/O回路之间采用的防干扰措施。,4. 电源 PLC配有开关式稳压电源模块，用来对PLC的内部电路供电。 5. 编程器 编程器是PLC最重要的外围设备，也是PLC不可缺少的一部分。它不仅可以写入用户程序，还可以对用户程序进行检查、修改和调试，以及在线监视PLC的工作状态。编程器通过接口与CPU相连，以完成人机对话功能。,编程器一般分为以下两
10、类： (1) 简易编程器。简易编程器功能比较少，一般只能用语句表形式进行编程，通常需要联机工作。简易编程器使用时直接与PLC的专用插座相连接，由PLC提供电源。它体积小、重量轻，便于携带，适合于小型PLC使用。简易编程器部分的内容将在第3章中介绍。 (2) 图形编程器。图形编程器既可以用指令语句表进行编程，又可以用梯形图编程；既可以联机编程，也可以脱机编程。图形编程器操作方便，功能强，有液晶显示的便携式和阴极射线管式两种。图形编程器还可以与打印机、绘图仪等设备连接，但是价格相对比较高，通常大中型PLC多采用图形编程器。,目前，很多PLC都可以利用微型计算机作为编程工具，只要配上相应的硬件接口和
11、软件包，就可以用包括梯形图在内的多种编程语言进行编程，同时还具有很强的监控功能。,6. 其他外部设备 PLC还配有生产厂家提供的其他一些外部设备。 (1) 外部存储器。外部存储器是指磁带或磁盘，工作时可以将用户程序或数据存储在盒式录音机的磁带上或磁盘中，作为实验的备份数据。当PLC内存中的程序被破坏或丢失时，可将外存中的程序重新装入。,(2) 打印机。打印机用来打印带注释的梯形图程序或指令语句表程序以及各种报表等。在系统的实时运行过程中，打印机用来提供运行过程中发生事件的硬记录，例如，记录PLC系统运行过程中故障报警的时间等，这对于事故分析和系统改进是非常有价值的。 (3) EPROM写入器。
12、EPROM写入器用于将用户程序写入EPROM中。同一PLC系统的各种不同应用场合的用户程序可以分别写入不同的EPROM中去，当系统的应用场合发生变化时，只需要更换相应的EPROM芯片即可。,7. I/O扩展模块 I/O扩展模块用来扩展输入、输出点数。当用户所需要的输入、输出点数超过PLC基本单元的输入、输出点数时，就需要加上I/O扩展模块来扩充系统，以便适应控制系统的要求。,2.3 可编程控制器的软件系统 PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合，通常可以分为系统程序和用户程序两大部分。可编程控制器的软件系统和硬件系统是相辅相成的，两者缺一不可。,1. 系统程序 系统程序是每一个PLC
13、产品必须包含的部分，由PLC生产厂家提供，用于控制PLC本身的运行。系统程序固化在EPROM中。 系统程序又可以进一步分为管理程序、编译程序、标准程序模块和系统调用三部分。 管理程序是系统程序中最为重要的部分。PLC的运行都由其控制，管理程序主要对PLC的输入、输出、运算等操作运行进行时间上先后顺序的管理，规定各种数据、程序的存放地址，生成用户环境以及系统诊断等。,编译程序用来把梯形图程序、语句表程序等编程语言翻译成PLC能够识别的机器语言。 系统程序的第三部分是标准程序模块和系统调用。这部分由许多独立的程序模块组成，每个程序模块完成一种单独的功能，如输入、输出及特殊运算等。PLC根据不同的控
14、制要求选用这些模块，完成相应的工作。,2. 用户程序 用户程序就是由用户根据控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序，以实现具体的控制目的。用户程序存储在系统程序指定的存储区内，它的最大容量也是由系统程序限定的。 3. 程序结构 当程序不长且比较简单时，编制程序时常用顺序结构，即整个程序不分段，顺序编写而成。小型PLC的用户程序通常都为顺序结构。,对于较长且比较复杂的程序，为了使程序的编制简单清晰，可以按照功能、结构或使用目的，将整个程序划分成多个程序模块，按模块来编制和调试，再把各部分组合，形成一个完整的程序，这种编程方法被称为结构化或模块化编程法。大中型PLC的用户程序比较复杂，一般都采
15、用模块化编程法。 按模块结构组合而成的用户程序，由各个独立的程序段组成，每个程序段完成一个单一的功能。因此，使得原本复杂的编程工作简单了许多，程序的调试、修改和查错工作也十分方便。,2.4 FX2系列可编程控制器的主要编程元件 可编程控制器的主要编程元件从物理实质上来说是电子电路及存储器，具有不同使用目的的元件电路有所不同。考虑到工程技术人员的习惯，可将元件电路用继电器电路中类似的名称来命名，分别称为输入继电器、输出继电器、辅助(中间)继电器、定时器、计数器等。为了区分上述这些元件的功能，避免重复选用，我们给元件编制号码，这些号码也就是计算机存储单元的地址。,三菱FX2系列可编程控制器的编程元
16、件由字母和数字组成，它们分别表示编程元件的类型和元件号，例如：Y0、X2、T10、M200、C2等。除了输入继电器X、输出继电器Y为八进制以外(即逢八进位)，其余都为十进制。,1. 输入继电器X FX2系列PLC的输入继电器的编号为X0X177，输入继电器X是PLC接收来自外部输入设备开关信号的接口。输入继电器X的线圈与PLC的输入端相连，并带有许多常开和常闭触点供编程时使用。输入继电器X由外部信号驱动，即由外接开关控制。FX2C-48MT型PLC的输入继电器X的编号采用八进制编制，如表2.1所示。,表2.1 FX2C-48MT型可编程控制器中输入继电器X的编号,输入继电器的电路如图2.4所示。 在图2.4中，外部的输入信号经过输入继电器X4，送入PLC内部电路进行处理。,图2.4 输入继电器的电路,2. 输出继电器Y FX2系列PLC的输出继电器的编号为Y0Y177。输出继电器是PLC中惟一具有外部触点的继电器，它可以通过外部接点接通该输出口上连接的输出负载或执行电器。其线圈只能由程序驱动，内部常开、常闭触点可以作为其他器件的工作条件出现在程序中。 在
