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1、第三节 可编程序控制器的工作原理,第一节 可编程序控制器的基本结构,第二章 可编程序控制器的结构和原理,第二节 可编程序控制器的编程语言,第一节 可编程序控制器的基本结构,PLC实质上是一种专门用于工业控制的通用计算机，其硬件结构基本上 与微型计算机相同，主要有中央处理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入 输出接口电路(I/O接口)、电源及编程设备几大部分构成。PLC的硬件结构框 图如图。,一、中央处理器(CPU),中央处理器(CPU)是PLC的控制中枢。PLC的CPU按照系统程序赋予的 功能接收并存储用户键入的应用程序和数据，检查电源、存储器、I/O以及 警戒定时器的状态，诊断用户程
2、序的语法错误。,当PLC运行时，CPU首先以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数 据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算，并将运算的结果送入I/O映像区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕后，最后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直至停止。,PLC中采用的CPU一般有三大类，一类为通用微处理器，如80286、 80386等，一类为单片机芯片，一般来说，PLC的档次越高，CPU的位数 也越多，运算速度也越快，指令功能越强。,随着大规模及超大规模集成电路技术的进步和发展，
3、即使小型PLC也使用了功强、速度快的高档微处理器作为它的CPU。,二、存储器,(一) RLC常用存储器的类型,1. RAM(Random Access Memory),这是一种读写存储器或者称为随机存储器。它读写方便，存取速度快， 由锂电池支持。用它来存储用户程序居多。,2. EPROM(Erasable Programmable Read Only Menory),这是一种可擦除的只读存储器。在断电情况下存储器内的所有信息保持 不变。在紫外线连续照射约20min后，能清除存储器的所有内容。加高电平 可以写入信息。需要永久保持的系统程序及需要永久保存的用户程序常常 存储在这类存储器中。,3.E
4、EPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory),这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储 的内容进行修改。断电时，EEPROM内的内容保持不变。,(二) PLC存储器空间的分配,各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理其 存储空间一般包括以下三个区域：系统程序存储区、系统RAM存储区(包括I/ O映像区和系统软器件等)和用户程序存储区。,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 监控程序、管理程序、功能子程序、命令解释程序、系统诊断子程序等
5、。 系统程序也叫系统软件，由PLC制造商将其固化在EPROM存储器中，用 户不能直接存取，它和硬件一起决定了该PLC的性能。,2.系统RAM存储区,系统RAM存储区包括I/O映像区以及各种软器件存储区。这些软器件通 常有逻辑线圈、定时器、计数器、数据寄存器、变址寄存器等。,(1) I/O映像区,(2)系统软器件存储区,有一些PLC系统RAM存储区还为变址寄存器、累加器等提供存储单元。,3.用户程序存储区,三、输入/输出(I/O)电路,1.输入接口电路,各种PLC的输入电路大都相同，通常有三种输入类型。一种是直流 (1224V)输入，另一种是交流(100120V、200240V)输入，第三种 是
6、交直流输入。外部输入器件是通过PLC输入接口与PLC相连的。,直流输入端内部接线图：,2.输出接口电路,PLC的输出有三种形式：继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。下图给出了PLC的三种输出形式电路图。,四、电源,模块化的PLC，是独立的电源模块；整体式PLC电源集成在厢体内。PLC 的电源多为高精度的开关电源；掉电保护电路供电的后备电源多为锂池。,五、编程器,编程器一般分简易编程器和图形编程器。简易编程器的体积很小，可以 直接插在PLC的编程器插座上，也可以用专用电缆与PLC相连，以方便编程。,它只能输入和编辑语句表书写的程序，因此又将简易编程器叫做指令语 句表编程器。,图形编程器可以在线编
7、程，也可以离线编程，可将用户程序储存在编程 器自己的存储器中，它也可以很方便地与PLC的CPU模块互传程序，并可将 程序写入专用EPROM存储卡中，大多数图形编程器带有磁盘驱动器，提供 磁带录音机接口和打印机接口，能快速打印梯形图程序，这对PLC程序 调试和维护很有帮助。,第二节 可编程序控制器的编程语言,PLC是一种工业控制计算机，不光有硬件，软件也必不可少。PLC的软 件又分系统软件和应用(用户)软件之分。,系统软件含系统的管理程序，用户指令的解释程序，另外还包括一些供 系统调用的专用标准程序块等。系统管理程序用以完成机内运行相关时间分 配、存储空间分配管理及系统自诊断等工作。用户指令的解
8、释程序用以完成 用户指令变换为机器码的工作。系统软件在PLC交货时就有制造商装入机内， 永久保存，用户不需要更改。,应用软件也叫用户软件。是用户为达到某种控制目的，采用PLC厂商提 供的编程语言自主编制的应用程序。,应用程序的编制需使用PLC生产制造厂商提供的编程语言。,一、梯形图编程语言(Ladder Diagram，简称LD),梯形图编程语言是一种以图形符号及图形符号在图中的相互关系表示控 制关系的编程语言，是从传统的继电器控制电路图演变过来的。,用梯形图语言编制的PLC程序叫梯形图。梯形图网络有多个梯级组成， 每个输出软器件可构成一个梯级，每个梯级可由多个支路构成。一般每个 支路可容纳的
9、编程软器件个数和每个网络最多允许的分支路数都有一定的 限制。,PLC梯形图有如下特点：,梯形图格式中的继电器不是物理继电器，而是软继电器。,PLC梯形图左右两端的母线是不接任何电源的。,梯形图中软器件的触点可在用户编制程序时无限次引用，即可用常开， 也可用常闭。,梯形图中用户程序逻辑运算结果，马上可以为后面用户程序的运算所 利用。,梯形图中输入软器件触点和输出逻辑线圈不是物理触点和物理线圈，用 户程序的运算是根据PLC I/O映像区对应位的状态，而不是现场开关的实际状 态。,梯形图中输出逻辑线圈中对应输出映像区的相应位，不能用该编程软 器件直接驱动现场执行机构。,二、指令语句表编程语言(Ins
10、truction List简称IL),指令语句表也叫做语句表，它和单片机程序中的汇编语言有点类似的助 记符编程表达式。指令表语言和梯形图有严格的对应关系。,语句表是由若干条语句组成的程序。语句是程序的最小独立单元。每个 控制功能由一条或多条语句组成的用户程序来完成，语句是规定CPU如何动 作的指令，它的作用和微机的指令一样。,操作数中的标识符是表示操作数的类别，I是输入，Q是输出，T是定时 器，C是计数器等等。,操作数的选用原则是让CPU区别不同的编程软器件。,三、功能块图编程语言(Function Block Diagram,简称FBD),功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，熟悉数字
11、电路的人比 较容易掌握。,四、顺序功能图编程语言(Sequential Function Chart简称SFC),顺序功能图属于图形语言，用它经常编制顺序控制类程序。,五、结构化文本编程语言(Structured Text简称ST),在PLC许多的复杂功能中用梯形图编程会很不方便，而使用结构化文本 语言ST就可以解决这种复杂的控制功能。,PLC的编程语言是编制PLC应用程序的工具。对于任何一种具体PLC， 生产厂商可在这五种编程语言中提供其中的几种编程语言供用户选择。,第三节 可编程序控制器的工作原理,PLC是一种工业控制计算机，所以它的工作原理与计算机的工作原理基 本上是一致的，也就是说，P
12、LC是在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务，实现控制目的。,一、循环扫描技术,PLC投入运行后，都是以重复的方式执行的，执行用户程序不是只执行 一遍，而是一遍一遍不停地循环执行，这里每执行一遍我们称为扫描一次。,下面重点把输入采样、程序执行和输出刷新三步操作重点加以说明。,(一)输入采样阶段,当PLC投入运行时，PLC以扫描方式依次读入所有输入端子口的状态和 数据，并把这些数据存入(I)映像区的相应单元内,(二)程序执行阶段,PLC在用户程序执行阶段，CPU总是按由上而下的顺序依次扫描用户的 梯形图程序。,(三)输出刷新阶段,PLC的CPU扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶
13、段。在此期间， CPU按照I/O映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出 电路驱动相应的被控负载，这才是PLC的真正输出。,二、 PLC扫描周期的中断处理,PLC的扫描工作方式对急待处理的任务是不能及时解决的，引入中断处 理方式即可得到解决。,三、 PLC的I/O响应时间,输入输出响应时间又称为滞后时间，是指PLC外部输入信号发生变化的 时刻起至系统有关输出端信号发生变化的时刻止所间隔的时间。,四、 PLC与继电器系统的异同,继电器接触器是以电磁开关为主体的低压电器元件，其构成的系统是用 导线依一定的规律将它们连接起来，实现不同的控制功能,从逻辑控制看，PLC与继电器系统的区别主要是：,本章完,
