可编程控制器的系统结构和工作原理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 PLC的系统组成及工作原理,第一节 PLC的硬件结构,第二节 PLC的软件系统,第三节 PLC的工作原理,第一节 PLC的硬件结构,PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。,PLC系统组成:,基本单元、I/O扩展单元、外部设备。,FX2N-32MR：基本单元 FX2N-32ER：扩展单元,PLC的基本组成框图,编程器,外 打印机,EPROM,写入器,设,PLC或上位,计算机,按钮,触点,行程开关,继电器线圈,指示灯,电磁阀,主机,电 源,CPU,存储器,控 制 器,输入接口,输出接口,运 算 器,系统存储器,（ROM）,外设接口,用户存储器,（RAM,EPROM等）,I/O扩展接口,电源,I/O扩展单元,动画演示,下一节,CPU,中央处理单元是PLC的控制中心，它可将存储在PLC内的程序逐步取出加以分析、判断、运算及执行。这种依程序逐步执行的动作，称之为扫描。,CPU的执行速度会影响PLC的功能,CPU的处理器位数也会影响扫描时间。,返回,系统存储器：存放系统程序,用户存储器：分用户程序存储器和数据存储器，用于存放用户编写的控制程序和数据。,PLC使用的存储器类型:,ROM：只读存储器,RAM：读写存储器,EPROM：紫外线擦除的只读存储器,EEPROM：电擦除的只读存储器,存储器,返回,输入接口,是外部输入设备与PLC的连接界面,通过此界,面,CPU可以测得外部输入设备的状态（0或1）。,输入接口电路形式：,干接触:由内部的直流电源供电,直流输入:小型PLC也由内部的直流电源供电,交流输入:必须外加电源,PLC内部,光电,耦合器,输入信号,当输入端外电路接通时，输入点获取逻辑值“1”,当输入端外电路断开时，输入点获取逻辑值“0”,PLC输入电路原理图,动画演示,返回,输出接口,PLC通过输出接口实现对外部负载的控制操作。,PLC的输出形式有三种：,继电器输出（R）：可带交、直流负载,晶体管输出（T）：可带直流负载,晶闸管输出（S）：可带交流负载,PLC内部,当PLC有输出时，输出端电路被接通，外部负载被驱动；,当PLC没有输出时，输出端电路断开，外部设备不动作。,低电平,PLC输出电路原理图,动画演示,返回,电源,动画演示,返回,PLC主机内部一般配有为输入点供电的小,容量直流24V电源；,负载需配置专门的外部负载电源。允许在,额定值的+1015范围内波动。,为防止PLC内部程序和数据等重要信息的,丢失，PLC还带有锂电池作为后备电源。,编程器（HPP）,动画演示,返回,编程器的功能是完成用户程序的编制、编,辑、输入主机、调试和执行状态监控，是PLC,系统故障分析和诊断的重要工具。,简易型：只能用语句表形式编程，且需要连,机工作，如三菱FX2N-20P-E手持式编程器。,智能型：可以用指令语句编程，又可以用梯形图编程，既可联机编程又可脱机编程，但价格更高，如GP-80X-E编程器。,第二节 PLC的软件系统,指PLC所使用的各种程序的集合。,系统程序：是,PLC,硬件与用户之间的接口，由,PLC,生产厂家提供，并固化在,ROM,中，用户不能直接读写。,用户程序：用户根据控制要求，用,PLC,的编程语言,编制的应用程序。用户可以修改和更新，一般存放在,RAM,中，当,PLC,断电时被锂电池保持。常用的,PLC,编程语言,有：,梯形图,、,语句表,、,状态转移图,(SFC,图,),下一节,梯形图,-,PLC的第一用户编程语言,梯形图的编写须符合一定的规范,PLC的梯形图与传统的继电接触器控制线路相比较,基本一致，只是在使用符号和表达方式上有些区别。,梯形图与传统控制线路对比,返回,指令语句表,返回,语句表是PLC的命令语句表达式，表示机器的操作命令，可用简易HPP输入，是PLC的最基础语言。,状态转移图（SFC图）,状态转移图是一种图形化的编程语言，多,用于描述顺序控制系统功能,，也称作功能图。,返回,第三节 PLC的工作原理,输入采样,开始,内部处理,通信处理,程序执行,输出刷新,一、可编程控制器的工作方式,具有两大特点：,采用循环扫描工作方式,对输入、输出集中处理,PLC的工作过程包括五个阶段：,内部处理、通信处理、输入采样、程,序执行、输出刷新,。,用户程序执行过程,二、PLC的程序执行过程,扫描周期,输入采样阶段,程序执行阶段,输出刷新阶段,下一节,写,入,读出,读出,元,件映像寄存器,输入采样阶段,：PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态(“o”或“l”）读入输入映像寄存器区。这个过程称为对输入信号的采样。此时输入映像区被刷新，PLC进入下一个阶段。,（输入信号集中批处理）,返回,程序执行阶段,：PLC按照先左后右、先上后下的顺序对梯形图程序进行扫描，对由接点构成的控制线路进行逻辑运算，,（X触点的值是从输入映像寄存器中读出的，其它触点的值是从元件映像寄存器中读出的）,并把逻辑运算的结果,（各继电器线圈的状态值）,存入元件映像寄存器区对应位置，刷新原来数据区的状态。,注意：,运算结果在全部程序未执行完毕之前，不会送到输出端子上。,返回,输出刷新阶段,：在执行完用户所有程序后，PLC将元件映像寄存器中的Y寄存器的状态，集中送到输出锁存器中，刷新上一阶段输出锁存器中的数据，再通过一定的输出方式(如继电器输出方式)去驱动输出端的外接负载。,（输出信号集中批处理）,返回,扫描周期：,PLC完成一次扫描过程所需的时间。,扫描周期的长短和PLC的运算速度和工作,方式有关,但主要和用户程序的长度及指令的种,类有关。,一个扫描周期的时间大约在几毫秒到几百,毫秒之间。,返回,三、PLC的I/O响应时间,是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有,关外部输出信号发生变化的时刻的时间间隔。,PLC采用输入集中采样和输出集中刷新方式，,提高了系统的抗干扰能力,，增强了系统的可靠性。,PLC的,输出信号响应滞后于输入信号,，滞后时间对一般系统无关紧要，但对要求响应快的场合不适合。,程序结尾加END指令可缩短扫描时间。,继电器控制与PLC控制对比举例,-,起保停电路,主回路中的电机M是被控对象，输入、输出信号间的逻辑关系由控制线路的中的继电接触器,实际硬接线,来实现。,传统的继电接触器控制电路,控制程序,梯形图,输入部分电路,输出部分电路,PLC控制只能替代继电接触器的控制线路，而主电路仍需靠硬接线完成。,PLC的输入、输出信号之间的逻辑关系由存储在PLC内部的控制程序决定。,特别注意：,PLC外接线图中停止按钮和常闭触点的使用。,PLC等效控制电路,可编程控制器,输入设备,输出设备,逻辑部分电路,24V,PLC的外接线图和梯形图的绘制方法,PLC的外接线图,X0,X1,X2,COM,Y0,COM,PLC的梯形图控制程序,PLC硬件主要由_、组成。,外部输入电路断开时，对应的输入映像寄存器为状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点，常闭触点。,若梯形图中输出继电器的线圈“通电”，对应的输出映像寄存器为状态，在输出处理阶段后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈，其常开触点_，外部负载。,思考题,本章内容结束！,返回主页,