可编程控制器plc工作原理.ppt

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1、可编程控制器的工作原理连续控制过程的形成可编程控制器的工作原理外部I/O单元用户程序区内存区用户数据存储区用户继电器区辅助继电器区外部I/O映象单元PLCPLC与外部的数据交换与外部的数据交换可编程控制器的工作原理n n外部外部外部I/O单元用户程序区内存区用户数据存储区用户继电器区辅助继电器区外部I/O映象单元逻辑运算PLCPLC与外部的数据交换与外部的数据交换执行用户程序执行用户程序逐条解读控制程序逐条解读控制程序根据程序中的逻辑流，逐位进行逻辑运算根据程序中的逻辑流，逐位进行逻辑运算例例1：输出操作：输出操作（OUT）则将输出位的值放入则将输出位的值放入I/O映象区的相应数据位映象区的相

2、应数据位例例2：输出操作：输出操作（TIME）则启动定时器则启动定时器根据逻辑运算结果，如为根据逻辑运算结果，如为“1”则执行一个操作则执行一个操作可编程控制器的工作原理n n外部外部外部I/O单元用户程序区内存区用户数据存储区用户继电器区辅助继电器区外部I/O映象单元将将逻辑运算结果写入映像区逻辑运算结果写入映像区PLCPLC与外部的数据交换与外部的数据交换可编程控制器的工作原理n n外部外部外部I/O单元用户程序区内存区用户数据存储区用户继电器区辅助继电器区外部I/O映象单元逻辑运算过程中读映像区数据PLCPLC与外部的数据交换与外部的数据交换可编程控制器的工作原理n n外部外部外部I/O

3、单元用户程序区内存区用户数据存储区用户继电器区辅助继电器区外部I/O映象单元将映像区数据写入输出端口PLCPLC与外部的数据交换与外部的数据交换可编程控制器的工作原理n n外部外部外部I/O单元用户程序区内存区用户数据存储区用户继电器区辅助继电器区外部I/O映象单元将输入端口数据写入映像区PLCPLC与外部的数据交换与外部的数据交换可编程控制器的工作原理 TT=0.1s扫描工作原理可编程控制器的工作原理 T0.1sI/O操作执行程序I/O操作执行程序0.1s扫描工作原理可编程控制器的工作原理 T0.1s0.1s0.1s0.1s扫描工作原理可编程控制器的工作原理 T0.1s0.1s0.1s扫描工

4、作原理可编程控制器的工作原理 T0.1s0.1s0.1s通过连续不断的周期性扫描工作产生一个连续性的工作过程扫描工作原理可编程序控制器的存储器结构可编程序控制器的存储器结构n系统软设备存储区 除了 IO映象区以外，系统 RAM存储区还包括 PLC内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器、变址寄存器和累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的电池供电，使这部分存储单元内的数据得以保留；后者当PLC停止运行时，将这部分存储单元内的数据全部清零。系统软设备存储区可编程序控制器的存储器结构可编程序控制器的存储器结构n n 与

5、开关量输出（或称作输出线圈）一样，每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一个位（Bit），所不同的是逻辑线圈不能直接驱动外设，它只供用户在编制用户程序中使用。逻辑线圈的作用类似于电器控制线路中的中间继电器，而输出线圈的作用类似于电器控制线路中的接触器。当PLC投入运行后，如果扫描到某一程序段，其逻辑运算的结果使该逻辑线圈断开，则存储单元中与其相对应的位被置“0”，用户程序中地址为该逻辑线圈的常开触点均“断开”，其常闭触点均“闭合”；如果逻辑运算的结果使该逻辑线圈接通，则存储单元中与其相对应的位被置“1”，用户程序中地址为该逻辑线圈的常开触点均“闭合”，其常闭触点均“断开”。n 这种工作模式与继电

6、器相似，逻辑线圈Bit位的逻辑值等同于继电器的线圈通断状态变化，同时该位的逻辑值又构成了无数个“虚拟触点”。n逻辑继电器可编程序控制器的存储器结构可编程序控制器的存储器结构n由于逻辑线圈占用的系统RAM存储区的存储单元分为具有失电保持和无失电保持二种，因此，PLC的逻辑线圈分为具有失电保持逻辑线圈和无失电保持逻辑线圈（或称作普通逻辑线圈）二种。具有失电保持逻辑线圈的状态在 PLC断电后仍得以保留。PLC上电投入运行时，具有失电保持逻辑线圈的状态是断电以前的，这点在使用时要予以注意。n 另外，不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，这些特殊逻辑线圈各自都具有特定的功能，一般分为以下二类：n 当

7、PLC投入运行后，一类特殊逻辑线圈的通或断的状态直接由系统程序决定。在编制用户程序时，用户不得使用这些逻辑线圈，而只能使用其触点。n 另一类特殊逻辑钱圈的通或断的状态须由扫描该线圈的控制线路来确定。当该特殊逻辑线圈被接通时，表示某一特定功能成立；当该特殊逻辑线圈断开时，表示某一特定功能不起作用。逻辑继电器可编程序控制器的存储器结构可编程序控制器的存储器结构nPLC内部的计时器逻辑线圈一般由软件构成，它们占用系统RAM存储区中的一部分。计时器逻辑线圈也分为二种：普通计时器逻辑线圈和具有失电保持计时器逻辑线圈。后者的当前计时值在PLC断电时，其数据（当前计时值）被保留。这样，当PLC上电投入运行后

8、，它将在原先计时值的基础上继续计时，这一点在使用时要予以注意。n一个计时器逻辑线圈一般占用二个16位的存储单元，其中一个为具有失电保持的存储单元，用于存放计时设定值；另一个根据二种计时器逻辑线圈的不同需要分别采用具有失电保持和无失电保持的存储单元，用于存放当前计时值。另外每个计时器还占用三个位（bit）。一个为复位位，若该位为“1”，则将当前计时值清零，并将表示计时器逻辑线圈状态的位置“0；若该位为“0”，则复位不起作用。第二个位为计时位，若该位为“0”，则表示计时条件不满足，该计时器不进行计时；若该位为“1”，则表示对该计时器进行计时，即在扫描END梯形图时，刷新其当前计时值。第三个位为计时

9、器逻辑线圈状态位，若该位为“0”，则表示计时时间未到，计时器逻辑线圈断开；若该位为“1”，则表示计时时间到，计时器逻辑线圈接通。计时器逻辑线圈可编程序控制器的存储器结构可编程序控制器的存储器结构nPLC内部的计数器逻辑线圈一般也由软件构成，它们占用存储单元的情况基本上与计时器逻辑线圈的相同。只是计数器逻辑线圈计数位的情况与计时器逻辑线圈计时位的不同，它需要占用二个位循环），其中一个位为计数位1，用于存放上次扫描周期中该计数器计数控制线路的逻辑运算结果的状态，另一个位为计数位2，用于存放本次扫描周期中该计数器计数控制线路的逻辑运算结果的状态，若计数位1和计数位2均为“护或“l”状态或者计数位1为

10、“1”、计数位2为“护状态，则表示计数条件不满足，该计数器不进行计数；若计数位1为“0”、计数位2为“1”状态，则表示计数条件满足，对该计数器进行计数。若该计数器为递加计数器，则将其当前计数值加1；若该计数器为递减计数器，则将其当前计数值减1。为了能使PLC的CPU能辨别计数控制线路的逻辑运算结果是否发生变化，就要求该计数控制线路的控制信号持续的时间至少大干等于一个扫描周期。n n计数器逻辑线圈S7200 指令系统STEP7的编程语言及指令组成形式的编程语言及指令组成形式n两种编程语言标准两种编程语言标准SIMATIC IEC1131-3STEP7的编程语言及指令组成形式的编程语言及指令组成形

11、式n梯形图编辑器（LAD）n语句表编辑器 (STL)n功能块图编辑器(FBD)LADSTLFBD3 3种种种种编程模式编程模式编程模式编程模式S7200 程序形式LADSTLFBDLADSTLFBD左左母线母线n梯形图编辑器（LAD）n语句表编辑器 (STL)n功能块图编辑器(FBD)STEP7的编程语言的编程语言n梯形图语言指令形式。n单元式指令：用不含地址参数的单个单元表示梯形图逻辑指令。如反向信号流单元指令。n带地址的单元式指令：以单个单元加地址的形式表示的梯形图逻辑指令。如常开触点单元指令。n n带地址和数值的单元式指令：这种以单个单元形式表示的梯形图需要输入地址和数值。n带参数的方块

12、式指令：带有表示输入和输出的横线的方块表示某些梯形逻辑指令。如实数除法指令。输入在方块的左边，输出在方块的右边。对于输出参数必须是STEP7软件能够用于放置输出信息的存储单元。参数必须是专用的数据类型。STEP7的编程语言的编程语言n助记符语言指令形式。n一条指令语句的组成有两种基本格式：n一条语句由一条单个指令助记符组成，如 NOT（反向信号流指令）；n一条语句由一个指令助记符和一个地址组成，如 L27（把整数 27装入累加器）。STEP7的编程语言的编程语言n功能块图编辑器的主要编程方式是将控制程序的控制运行过程分解为一系列逻辑功能运算块、函数运算功能块、输出输入功能块。因而它更接近是用一

13、种电路器件的功能概念来理解分析控制功能。功能块有输出输入端子和相应的运算操作定义助记符，它没有逻辑线圈和触点的概念。寻址编址方式S7200 寻址方式PLC编程语言的基本单位语句PLC指令PLC指令PLC指令PLC指令PLC指令PLC指令PLC指令PLC指令PLC指令PLC指令PLC指令PLC指令PLC指令PLC指令PLC指令PLC指令S7200 寻址方式+操作码操作数PLC指令S7200 寻址方式+操作码操作数PLC指令指令的功能所需要的数据地址S7200 寻址方式+操作码操作数PLC指令指令的功能所需要的数据地址寻址方式存储器的寻址方式LADSTLFBDLADSTLFBDn梯形图编辑器（LA

14、D）n语句表编辑器 (STL)n功能块图编辑器(FBD)操作码操作码操作码操作码操作数操作数操作数操作数程序设计方法功能图设计方法n n八十年代初，法国科技人员根据八十年代初，法国科技人员根据PetriPetri网理网理4 4提出了可编程控制器程提出了可编程控制器程序设计的序设计的GrafacetGrafacet法。法。GrafacetGrafacet法是专用于工业顺序控制程序设计的。法是专用于工业顺序控制程序设计的。种功能说明语言，种功能说明语言，“现在已成为法国国家标准（现在已成为法国国家标准（NFC 03190NFC 03190）。）。IECIEC（国际电工委员会）也于（国际电工委员会）

15、也于19881988年公布了类似的年公布了类似的“控制设备控制设备”标准标准（IEC 848IEC 848）n n功能图是一种描述顺序控制系统功能的图解表示方法，主要由功能图是一种描述顺序控制系统功能的图解表示方法，主要由“步步”、“转移转移”及及“有向线段有向线段”等元素组成。如果适当运用组成元素，就可得等元素组成。如果适当运用组成元素，就可得到控制系统的静态表示方法，再根据转移触发规则进行模拟系统的运行，到控制系统的静态表示方法，再根据转移触发规则进行模拟系统的运行，就可以得到控制系统的动态过程，并司从运动中发现潜在的故障。就可以得到控制系统的动态过程，并司从运动中发现潜在的故障。功能图设

16、计方法n n步步步步：步步是是控控制制系系统统中中一一个个相相对对不不变变的的性性质质，对对应应于于一一个个稳稳定定状状态态。在功能图中，步通常表示某个执行元件的工作状态变化。在功能图中，步通常表示某个执行元件的工作状态变化。knn步步：步是控制系统中一个相对不变的性质，对应于一个稳定状态。在功能图中，步通常表示某个执行元件的工作状态变化。n与步对应的功作:步是指一个稳定的状态。当表示过程中的一个动作时，用该步右边的一个矩形框来表示，如下图所示。当一个步有多个动作时，用该步右边的多个矩形框来表示。kn动作动作 3动作 2动作 1功能图设计方法n n初初始始步步：初初始始步步对对应应于于控控制制

17、系系统统的的初初始始状状态态，是是其其运运行行的的起起点点。一一个控制系统至少要有一个初始步。个控制系统至少要有一个初始步。kn功能图设计方法n n工作步：工作步是指控制系统正常运行时的状态。工作步：工作步是指控制系统正常运行时的状态。n n根根据据系系统统是是否否运运行行，步步可可有有两两种种状状态态：动动步步与与静静步步。动动步步是是指指当当前前正正在在进进行行的的步步，静静步步是是没没有有运运行行的的步步。动动步步可可以以用用一一个个小小黑黑点点放放在在表表示示步步的的方方框框中中。注注意意，这这不不是是步步符符号号的的内内容容，而而是是系系统统动动态态过过程程的表示的表示。kn静步动步

18、功能图设计方法n n转转移移：为为了了说说明明从从一一个个步步到到另另一一个个步步的的变变化化，要要用用转转移移的的概概念念，即即用用一一个个有有向向线线段段来来表表示示转转移移的的方方向向。两两个个步步之之间间的的有有向向线线段段上上再再用用一一段段横横钱钱表示这一转移。表示这一转移。n n转转移移的的能能使使和和触触发发：转转移移是是一一种种条条件件，当当此此条条件件成成立立，称称为为转转移移能能使使。该转移如果能够使步状态转移，则称为触发。该转移如果能够使步状态转移，则称为触发。n n一个转移能够触发必须满足：步为动步及转移能使。一个转移能够触发必须满足：步为动步及转移能使。功能图设计方

19、法n n转移条件转移条件n n 转转移移条条件件是是指指使使得得系系统统从从一一步步向向另另一一步步转转移移的的必必要要条条件件，通通常常用用文文字字、逻辑方程及符号逻辑方程及符号n n来表示。在功能图中，常会遇到以下三个符号：来表示。在功能图中，常会遇到以下三个符号：1.1.表示转移条件的表示转移条件的“或或”关系关系2.2.表示转移条件的表示转移条件的“与与”关系关系3.3.=表示转移条件永远成立。表示转移条件永远成立。x x =y=y&f&fn n功能团的构成规则功能团的构成规则n n画控制系统的功能图必须满足以下规则：画控制系统的功能图必须满足以下规则：1.1.步与步不能相连，必须用转

20、移分开；步与步不能相连，必须用转移分开；2.2.转移与转移不能相连，必须用步分开；转移与转移不能相连，必须用步分开；3.3.步步与与转转移移、转转移移与与步步之之间间的的连连接接采采用用有有向向线线，从从上上向向下下画画时时，可可以以省省略略箭箭头头。当当有有向向线线从从下下向向上上画画时时，必必须须画画上上箭箭头头，以以表示方向；表示方向；4.4.一个功能图至少要有一个初始步。一个功能图至少要有一个初始步。功能图设计方法n n选选择择顺顺序序：选选择择顺顺序序是是指指在在某某一一步步后后有有若若干干个个单单一一顺顺序序等等待待选选择择，一一次次仅仅能能选选择择进进入入一一利利项项序序。为为了

21、了保保证证一一次次选选择择一一个个顺顺序序及及选选择择的的优优先先权权，还还必必须须对对各各个个转转移移条条件件加加以以约约束束。其其表表示示方方法法是是在在某某一一步步后后连连接接一一条条水水平平线线，水水平平线线下下连连接接各各个个单单一一顺顺序序的的第第一一个个转转移移。选选择择顺顺序序结结束束时时，用用一一条条水水平平线线表表示示，水水平平线线以以下下不不允允许许再再有有转转移移直直接接跟跟着着。各各个顺序的转移条件已经确定了一次只能进人一个顺序，而且有优先级。个顺序的转移条件已经确定了一次只能进人一个顺序，而且有优先级。n n单一顺序单一顺序n n单单一一顺顺序序功功能能图图如如图图

22、5 5名名所所示示，其其动动作作是是一一个个接接着着一一个个的的完完成成每每步步仅仅连连接接一一个个转转移移，每每个个转转移移也也仅仅连接着一个步。连接着一个步。功能图设计方法n n并并发发顺顺序序：并并发发顺顺序序是是指指在在某某一一转转移移条条件件下下，同同时时启启动动若若干干个个顺顺序序。并并发发顺顺序序用用双双水水平平线线表表示示，同同时时结结束束若若干干个个顺顺序序，也也用用双双水水平平线线表表示示。注注意意转转移移与与双水平线的位置。双水平线的位置。n n单一顺序、并发顺序、选单一顺序、并发顺序、选择顺序是功能图的基本形择顺序是功能图的基本形式。很多情况下，这些基式。很多情况下，这

23、些基本形式是混合出现的本形式是混合出现的 功能图设计方法功能图设计方法n n图图是是一一个个具具有有三三个个工工位位和和一一个个旋旋转转园园盘盘的的半半自自动动钻钻孔孔工工作作站站示示意意图图。该该站站的的工工作作流流程程是是，当当启启动动按按钮钮按按下下后后，系系统统开开始始运运行行。工工位位1 1、工工位位2 2、工工位位3 3同同时时投投入入各各自自的的工工作作顺顺序序，即即上上料料。钻钻孔孔、检检测测及及卸卸工工件件。当当三三个个工工位位都都进进入入等等待待状状态态后后，旋旋转转料料盘盘 120”120”，等等待待新新的的一一轮轮工工件件的加工。的加工。n n工位工位1 1：谁料杆将料

24、推出，料到后退回，退回到位后等待。：谁料杆将料推出，料到后退回，退回到位后等待。n n工工位位2 2：将将工工件件夹夹紧紧后后，钻钻头头下下钻钻，下下钻钻到到位位后后退退出出，退退回回到到位位后后放放松松工件，完全放开后，进入等待。工件，完全放开后，进入等待。n n工工位位3 3：深深度度计计下下降降，如如在在某某一一时时间间间间隔隔（2 2秒秒）内内下下降降到到某某一一位位置置，深深度计返回，返回到位后，谁料杆退回，退回到位后等待。度计返回，返回到位后，谁料杆退回，退回到位后等待。如如深深度度计计在在前前述述时时间间间间隔隔以以外外仍仍未未下下降降到到位位，深深度度计计返返回回，返返回回到到

25、位位后后，手动卸下工件（报废），按下卸毕开关后，进入等待。手动卸下工件（报废），按下卸毕开关后，进入等待。该半自动钻孔站的顺序控制功能图该半自动钻孔站的顺序控制功能图SCR段控制程序流State LState MState NState ESCR段控制程序流State LState MState NState ESCR段控制程序流State LState MState NState ESCR段控制程序流State LState MState NState ES7200 PLC 程序结构S7200 PLC 程序结构n为了适应设计程序的不向需求，STEP 7为设计程序提供了三种程序设计方法。n线性

26、程序；分部程序；结构化程序。OB1FC1FC2FC3FC4OB1FN1FN2FN3OB1OB1OB1OB1OB1S7200 PLC 程序结构n线性编程n 线性编程就是将用户程序连续放置在一个指令块内，通常为OB1，程序按线性的或顺序的执行每条指令。这一结构是最初的PLC模拟继电器的逻辑模型，它具有简单、直接的结构，对于所有的指令只有一个逻辑块。由于所有的指令在一个块内，这一方法适用于由一个人编写的项目。由于仅有一个程序文件，其软件管理功能十分简单。S7200 PLC 程序结构n分部编程n 将一项控制任务分成若干个独立的指令块。每个块用于控制一套设备或一系列工作的逻辑，而这些块的运行靠组织块（O

27、BI）内的指令来调用。比如说，一个分部程序包含以下指令块：n用于控制设备每一部分的FCn用于控制设备每一工作状态的FCn用于控制操作员接口的FCn用于处理诊断逻辑的FCn 在分部程序中既无数据交换也无重复利用的代码。这种设计方法可使多个设计人员同时编程而不会因设计同一内容发生冲突。S7200 PLC 程序结构n结构化编程n 程序设计可用结构化编程方法设计用户程序。这样可编一些通用的指令块，以便控制一些相似或重复的功能，避免重复程序的设计工作。线性编程n线性编程OB1分部编程FC10FC20FC30FC40FC50OB1分部编程FC10FC20FC30FC40FC50OB1分部编程FC10FC2

28、0FC30FC40FC50OB1分部编程FC10FC20FC30FC40FC50OB1分部编程FC10FC20FC30FC40FC50OB1分部编程FC10FC20FC30FC40FC50OB1结构化编程结构化编程FB1FC1OB1S7200 指令分类表指令分类表需掌握的指令类S7200 位逻辑指令信号上升沿信号上升沿/下降沿操作下降沿操作立即执行触点指令立即执行触点指令加载加载/与与/或触点指令或触点指令取反取反S7200 位逻辑指令LADSTLFBDLADSTLFBD时序图时序图TS7200 位逻辑指令输出指令输出指令双稳态双稳态指令指令双稳态指令（立即执行）双稳态指令（立即执行）空空操作指令操作指令S7200 位逻辑指令LADSTLFBD时序图时序图LADSTLT逻辑块连接操作指令逻辑块连接操作指令逻辑值压入栈指令逻辑值压入栈指令读栈逻辑值指令读栈逻辑值指令逻辑值取出栈指令逻辑值取出栈指令调用逻辑栈调用逻辑栈S7200 位逻辑指令时序图时序图LADSTLLADSTL