《可编程控制器原理与应用》图文课件-第2章.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,2,章,PLC,的基本组成和工作原理,掌握,PLC,的基本组成部分以及各部分的作用,了解几种编程语言的异同,理解,PLC,的工作原理,掌握梯形图的构成及画法,掌握扫描周期的定义,掌握扫描周期对,PLC,控制的影响,教学目的和要求,PLC,的基本组成部分及各部分的作用,梯形图的构成及画法及于传统继电器控制系统图之间的异同,PLC,的工作原理,扫描周期及对,PLC,控制的影响,教学内容摘要,掌握,PLC,的基本组成部分及各部分的作用，掌握梯形图的构成和画法及其与传统继电器控制系统图之间的异同，掌握,PLC,的工作原理,教学重点、难点,教学方法和使用教具,讲授、现场教学、课件,4,课时,教学课时,1.PLC,的硬件系统,硬件结构主要由,中央处理器,、,存储器,、,输入,/,输出单元,、,通信接口,、,扩展接,口,和,电源,等部分构成。整体式,PLC,组成框图如图,2-1,所示。,2.1 PLC,的基本组成和各部分的作用,2.1.1 PLC,的基本组成,2.PLC,的软件系统,PLC,的软件系统由系统程序和用户程序组成。系统程序一般由系统诊断程序、输入处理程序、编译程序和监控程序等组成。它是由生产厂家直接存放的、永久存储的程序和指令，用户不能直接读写与更改。,PLC,的用户程序是用户利用,PLC,的编程语言，根据控制要求编写的程序。它的好坏将直接决定了,PLC,在实际应用中的价值。由于,PLC,的前身是工业控制中的继电器控制电路，其主要使用者是广大电气技术人员，现今虽已开发出很多高级的编程语言，但为了满足传统习惯和掌握能力，,PLC,的主要编程语言应采用的是相对简单、易懂、形象的专用语言。,1.,中央处理器,中央处理器,CPU,是,PLC,的,控制中枢,。它是有,运算器,、,控制器,和,寄存器,等组成的，所起的作用与一般计算机中的,CPU,相同。,PLC,采用的,CPU,一般有三大类：,通用微处理器，,如,8086,、,80386,等；,单片机微处理器，,如,8031,、,8096,等；,位片式微处理器，,如,AMD29W,等。,在,PLC,中,CPU,根据系统程序赋予的功能，智慧,PLC,有条不紊地工作，归纳起来主要包括以下几个方面：,（,1,）,接收从编程器输入的用户程序和数据。,（,2,）,PLC,的自检。,（,3,）通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映象寄存器或数据寄存器中。,（,4,）从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。,（,5,）根据执行的结果，输出控制信号，完成用户指令规定的各种操作。,2.1.2 PLC,各部分的作用,2.,存储器,存储器主要有两种：一种是可读,/,写操作的随机存储器,RAM,，另一种是只读存储器,ROM,、,PROM,、,EPROM,和,EEPROM,。在,PLC,中存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。,PLC,常用以下几种存储器来存放用户程序：,（,1,）随机存储器。随机存储器,RAM,的工作速度高，价格低，改写方便。为了保证在断电后保存在,RAM,中的数据不丢失，一般用锂电池作为后备电源。工作数据是,PLC,运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。一般存放在,RAM,中，以适应随机存取的要求。,（,2,）可擦除存储器。可擦除存储器,EPROM,和,EEPROM,是电可擦除的存储器。其中的内容只有在特定的条件下可以被改写，一般用来存放不需要经常改变的用户程序。,EEPROM,作为用户存储器，兼有,ROM,的非易失性和,RAM,随机存取优点，但是写入信息所需的时间比,RAM,长得多。,3.,输入,/,输出单元,输入,/,输出,I/O,单元是连接,PLC,的,CPU,与现场输入、输出装置或其他外部设备之间的接口部件。,PLC,的,I/O,接口有多种类型：数字量（开关量）输入、数字量（开关量）输出、模拟量输入、模拟量输出等。其中，较常用的为数字量接口。其输入接口按使用的电源不同有三种类型：直流输入接口、交流输入接口和交,/,直流输入接口，基本原理电路如图,2-2,所示。,（,a,）直流输入 （,b,）交流输入,常用的开关量输出接口按输出开关器件不同可分为继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出。其基本电路原理图如图,2-3,所示。其中，可驱动直流负载的有晶体管输出接口和继电器输出接口；可驱动交流负载的有双向晶闸管输出接口和继电器输出接口。对于继电器输出接口，虽既可驱动交流负载又可驱动直流负载，但响应时间长，动作频率低；而晶体管输出接口和双向晶闸管输出接口的响应速度快，动作频率高，实际中，可根据控制要求具体选择。,（,c,）,交,/,直流输入,图,2-2 PLC,输入电路的原理图,(a),继电器输出,(c),双向晶闸管输出,(b),晶体管输出,4.,通信接口,为了实现,PLC,与其他外设之间的数据通信，在,PLC,中通常都配有各种通信接口。,PLC,通过这些通信接口可与监视器、打印机、其他,PLC,、计算机等设备进行通信，实现不同的功能，更好的为系统控制服务。,5.,智能接口模块,智能接口模块是一个独立的计算机系统。它有自己的,CPU,、系统程序、存储器以及与,PLC,系统总线相连的接口。它作为,PLC,系统的一个模块，通过总线与,PLC,相连，进行数据交换，并在,PLC,的协调管理下独立地进行工作。,PLC,的智能接口模块种类很多，如高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。,6.,编程装置,编程装置是,PLC,的重要组成部分，可将用户编写的程序送到,PLC,的用户程序存储区。因此，它的主要任务是编辑、调试、输入用户程序，并可在线监控,PLC,内部状态和参数，与,PLC,进行人机对话。它是开发、应用、维护,PLC,不可缺少的工具。编程装置分为简易编程器和图形编程器两种。,1,）简易编程器,简易编程器只能联机编程，不能直接输入和编辑梯形图程序，需将梯形图程序转化为语句表程序后才能输入。但是简易编程器体积小、价格便宜，可以直接插在,PLC,的编程插座上，或者用专用电缆与,PLC,相连，方便编程和调试，适合小型,PLC,的编程及现场调试。如三菱的,FX-20P-E,型简易编程器。,2,）图形编程器,图形编程器又称为智能编程器，本质上它是一台专用便携式计算机。它功能强大，既可联机编程，又可脱机编程；既可直接输入和编辑梯形图程序，又可用语句表程序编程。使用图形编程器更加直观、方便，但价格较高，操作也比较复杂。大多数智能编程器带有磁盘驱动器，提供录音机接口和打印机接口，如三菱的,GP-80FX-E,型智能编程器。,7.,电源,PLC,的电源模块可将交流电源转换成供,CPU,、存储器所需的直流电源，是整个,PLC,的能源供给中心。它的好坏直接影响到,PLC,的功能和可靠性。为此，对,PLC,的电源提出了更高的要求，即要比普通电源具有更高的稳定性和抗干扰能力。,8.,其他外部设备,除了以上所述的部件和设备外，,PLC,还有许多外部设备，如,EPROM,写入器、外存储器、人,/,机接口装置等。其中，,EPROM,写入器是用来将用户程序固化到,EPROM,存储器中的一种,PLC,外部设备。当,PLC,内部的半导体存储器满足不了需要时，就可用外部的磁带、磁盘和用半导体存储器作成的存储盒等来存储,PLC,的用户程序。安装在控制台上的按钮、转换开关、拨码开关、指示灯、,LED,显示器、声光报警器等器件构成了人,/,机接口装置。形象地说，它的作用是用来实现操作人员与,PLC,控制系统的对话。,9.,编程语言,1,）梯形图语言,2,）语句表语言,3,）逻辑图语言,梯形图语言是应用最广泛的,PLC,的编程语言，是,PLC,的第一编程语言。它是在传统电气控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。模拟继电器控制系统的编程方法，仍然按照设计继电器控制电路的形式来编制程序，这就是梯形图编程方法。,语句表语言是一种与汇编语言类似的助记符编程表达方式。虽然梯形图语言较为简单、直观、易懂，但是在,PLC,的实际应用中，却需要一定的辅助支撑条件才能够应用自如。例如，较大的显示屏幕在采用梯形图语言编程时是必不可少的辅助工具，可在实际中配备这样的显示器既不经济也不现实。因此，就用一系列,PLC,操作命令组成的语句表将梯形图描述出来，再通过简易编程器输入到,PLC,中。,逻辑图语言是一种类似于数字逻辑电路结构的编程语言。它是由与门、或门、非门、定时器、计数器、触发器等逻辑符号组成的，主要面向对象是那些具有一定数字电路基础的电气技术人员。,5,）高级语言,4,）功能表图语言,功能表图语言又称为状态转移图语言，是一种较新的编程方法，尤其适用于顺序控制系统。功能表图语言将一个完整的控制过程按顺序分为若干阶段，每个阶段都可看作是一个简单的控制系统，每个阶段间都具有不同的动作，且可进行转换，但需要满足一定的转换条件，当满足转换条件时就实现阶段转移，停止上一阶段动作，启动下一阶段动作。,近些年来，计算机技术、电子技术、通信技术等各项技术在不断地向前发展，它们的发展水平与,PLC,的进步是息息相关的。为了增强,PLC,的运算、数据处理及通信等功能，近年来推出的,PLC,都可用高级语言如,BASIC,语言、,C,语言进行编程。用户可以像使用普通微型计算机一样操作,PLC,，使,PLC,的各种功能得到更好的发挥。,2.2.1,模拟继电器控制系统的编程方法,在电气控制电路图中，根据流过电流的大小，可分为主电路和控制电路。用,PLC,替代继电器控制系统就是替代电气控制图中的控制电路部分，而主电路部分基本保持不变。对于控制电路又可分为三个部分,。,（,1,）输入部分。输入部分由电路中全部输入信号组成，这些输入信号来自被控对象上的各种开关信息，如控制按钮、操作开关、限位开关、光敏管信号等。,（,2,）输出部分。输出部分由电路中全部输出元件组成，如接触器线圈、电磁阀线圈等执行电器及信号灯。,（,3,）逻辑部分。逻辑部分由各种主令电器、继电器、接触器等电器的触点和导线组成，各电器触点之间以固定的方式接线，其控制逻辑就编制在硬接线中，这种固化的程序不能灵活变更。,2.2 PLC,对继电器控制系统的仿真,2.2.2,梯形图仿真继电器控制电路,梯形图是,PLC,模拟继电器控制系统的编程方法。它由触点、线圈或功能方框等构成，梯形图左、右的垂直线称为左、右母线（一般的,PLC,系列右母线通常省略不画出）。画梯形图时，从左母线开始，经过触点和线圈或功能方框，终止于右母线。在梯形图中，可以把左母线看作是提供能量的母线。触点闭合可以使能量流过，直到下一个元件；触点断开将阻止能量流过。这种能量流称为“能流”。,由于,PLC,的结构、工作原理与继电器控制系统截然不同，因而梯形图与继电器控制电路图两者之间又存在着许多差异，具体如下：,（,1,）,PLC,的梯形图编程方法与继电器控制系统方法相似，也应用了很多的“继电器”元件进行编程，但此时的“继电器”并不是真正物理意义上的继电器，它只是计算机中存储器的一个逻辑位。,（,2,）为了分析问题的方便，在梯形图中，假定有一种“能量”在流过，但它不是物理电流，而是“能流”。它的流通顺序规定为只能是从左到右、自上而下，不允许倒流。,（,3,）梯形图中的常开、常闭触点和输出线圈都不是现场物理开关的触点和物理真实的线圈，不能用它直接驱动现场执行机构。,（,4,）编制程序时，,PLC,内部继电器的触点原则上可无限次反复使用，而继电器控制系统中的触点数是有限的。但是,PLC,内部的线圈通常只引用一次，所以，应慎重对待重复使用同一地址编号的线圈。,2.3 PLC,的工作原理,2.3.1 PLC,的扫描工作方式及执行程序的过程,当,PLC,接通投入运行后，在系统程序的控制下，,PLC,对用户程序逐条解读并加以执行，直到用户程序结束，然后返回程序的起始，又开始新一轮的执行。这种周而复始地按一定的顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行的过程，实质上是按顺序循环扫描的过程。,PLC,的扫描工作过程除了执行用户程序外，在每次扫描工作过程中还要完成内部处理、通信服务等工作。,PLC,的整个扫描工作过程包括五个阶段如图,2-8,所示。,图,2-8,整个,PLC,的扫描工作过程,2.3.2 PLC,的工作流程,输入采样阶段,输出刷新阶段,执行程序阶段,PLC,顺序读入所有,输入端子的状态，并将读入的信息存入内存中所对应的输入映像寄存器。,根据,PLC,梯形图,程序的扫描原则，按先左后右，先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。,将输出映像寄存器中寄存器的状态，转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。,