可编程控制器的系统结构和工作原理.ppt

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1、第四章第四章 PLC PLC的系统组成及工作原理的系统组成及工作原理第一节第一节 PLC PLC的硬件结构的硬件结构第二节第二节 PLC PLC的软件系统的软件系统第三节第三节 PLC PLC的工作原理的工作原理第一节第一节 PLC PLC的硬件结构的硬件结构 PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。PLC系统组成系统组成:基本单元、基本单元、I/O扩展单元、外部设备。扩展单元、外部设备。FX2N-32MR：基本单元：基本单元 FX2N-32ER：扩展单元扩展单元PLCPLC的基本组成框图的基本组成框图 编程器外 打印机 EPROM 写入器设

2、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 主机主机 电电 源源 CPU 存储器存储器 控 制 器输输入入接接口口 输输出出接接口口 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 中央处理单元是中央处理单元是PLCPLC的控制中心，它可的控制中心，它可将存储在将存储在PLCPLC内的程序逐步取出加以分析、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判断、运算及执行。这种依程序逐步执行的动作，称之为扫描。动作，称之为扫描。CPU CPU的执行速度会影响的执行速度

3、会影响PLCPLC的功能的功能 CPU CPU的处理器位数也会影响扫描时间。的处理器位数也会影响扫描时间。返回o系统存储器：存放系统程序系统存储器：存放系统程序o用户存储器：分用户程序存储器和数据存储器，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。用于存放用户编写的控制程序和数据。PLCPLC使用的存储器类型使用的存储器类型:ROMROM：只读存储器：只读存储器RAMRAM：读写存储器：读写存储器EPROMEPROM：紫外线擦除的只读存储器：紫外线擦除的只读存储器EEPROMEEPROM：电擦除的只读存储器：电擦除的只读存储器存储器存储器返回输入接口输入接口 是

4、外部输入设备与是外部输入设备与PLCPLC的连接界面的连接界面,通过此界通过此界面面,CPU,CPU可以测得外部输入设备的状态（可以测得外部输入设备的状态（0 0或或1 1）。）。输入接口电路形式：输入接口电路形式：干接触干接触:由内部的直流电源供电由内部的直流电源供电 直流输入直流输入:小型小型PLCPLC也由内部的直流电源供电也由内部的直流电源供电 交流输入交流输入:必须外加电源必须外加电源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，输入点获取逻辑值当输入端外电路断开时，输入点获取逻辑值“0”PLC输入

5、电路原理图输入电路原理图动画演示返回输出接口输出接口PLCPLC通过输出接口实现对外部负载的控制操作。通过输出接口实现对外部负载的控制操作。PLCPLC的输出形式有三种：的输出形式有三种：o继电器输出（继电器输出（R R）：可带交、直流负载）：可带交、直流负载o晶体管输出（晶体管输出（T T）：可带直流负载）：可带直流负载o晶闸管输出（晶闸管输出（S S）：可带交流负载）：可带交流负载PLC内部当当PLC有输出时，输出端电路被接通，外部负载被驱动；有输出时，输出端电路被接通，外部负载被驱动；当当PLC没有输出时，输出端电路断开，外部设备不动作。没有输出时，输出端电路断开，外部设备不动作。低电平

6、PLC输出电路原理图输出电路原理图动画演示返回电源电源动画演示返回 PLCPLC主机内部一般配有为输入点供电的小主机内部一般配有为输入点供电的小容量直流容量直流24V24V电源；电源；负载需配置专门的外部负载电源。允许在负载需配置专门的外部负载电源。允许在额定值的额定值的+10+101515范围内波动。范围内波动。为防止为防止PLCPLC内部程序和数据等重要信息的内部程序和数据等重要信息的丢失，丢失，PLCPLC还带有锂电池作为后备电源。还带有锂电池作为后备电源。编程器（编程器（HPPHPP）动画演示返回 编程器的功能是完成用户程序的编制、编编程器的功能是完成用户程序的编制、编辑、输入主机、调

7、试和执行状态监控，是辑、输入主机、调试和执行状态监控，是PLCPLC系统故障分析和诊断的重要工具。系统故障分析和诊断的重要工具。o简易型：只能用语句表形式编程，且需要连简易型：只能用语句表形式编程，且需要连机工作，如三菱机工作，如三菱FX2N-20P-EFX2N-20P-E手持式编程器。手持式编程器。o智能型：可以用指令语句编程，又可以用梯智能型：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，但形图编程，既可联机编程又可脱机编程，但价格更高，如价格更高，如GP-80X-EGP-80X-E编程器。编程器。第二节第二节 PLC PLC的软件系统的软件系统 指指PLCPLC所使用

8、的各种程序的集合。所使用的各种程序的集合。o系统程序：是系统程序：是PLCPLC硬件与用户之间的接口，硬件与用户之间的接口，由由PLCPLC生产厂家提供，并固化在生产厂家提供，并固化在ROMROM中，用中，用户不能直接读写。户不能直接读写。o用户程序：用户根据控制要求，用用户程序：用户根据控制要求，用PLCPLC的编的编程语言程语言编制的应用程序。用户可以修改和更编制的应用程序。用户可以修改和更新，一般存放在新，一般存放在RAMRAM中，当中，当PLCPLC断电时被锂断电时被锂电池保持。常用的电池保持。常用的PLCPLC编程语言编程语言有：有：梯形图梯形图、语句表语句表、状态转移图状态转移图(

9、SFC图图)下一节梯形图梯形图-PLC的第一用户编程语言的第一用户编程语言梯形图的编写须符梯形图的编写须符合一定的规范合一定的规范PLC的梯形图与传的梯形图与传统的继电接触器控统的继电接触器控制线路相比较制线路相比较基本基本一致，只是在使用一致，只是在使用符号和表达方式上符号和表达方式上有些区别。有些区别。梯形图与传统控制线路对比梯形图与传统控制线路对比返回指令语句表返回 语句表是语句表是PLC的命令语句表达式，表示机器的操作命的命令语句表达式，表示机器的操作命令，可用简易令，可用简易HPP输入，是输入，是PLC的最基础语言。的最基础语言。状态转移图（状态转移图（SFCSFC图）图）状态转移图

10、是一种状态转移图是一种图形化的编程语言，图形化的编程语言，多多用于描述顺序控制用于描述顺序控制系统功能系统功能，也称作功，也称作功能图。能图。返回第三节第三节 PLC PLC的工作原理的工作原理输入采样输入采样开始开始内部处理内部处理通信处理通信处理程序执行程序执行输出刷新输出刷新一、可编程控制器的工作方式一、可编程控制器的工作方式 具有两大特点：具有两大特点：o采用循环扫描工作方式采用循环扫描工作方式o对输入、输出集中处理对输入、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、程内部处理、通信处理、输入采样、程序执行、输出刷新序执行、输出刷新。用户程序执行过程二、二

11、、PLCPLC的程序执行过程的程序执行过程扫描周期扫描周期输入采样阶段输入采样阶段程序执行阶段程序执行阶段输出刷新阶段输出刷新阶段下一节写写入入读出读出读出读出元元件件映映像像寄寄存存器器 输入采样阶段输入采样阶段：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（输入信号集中批处理）中批处理）返回 程序执行阶段程序执行阶段：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

12、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：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。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）（输出信号集中批处理）返回扫描周期：扫描周期：PLC完成一次扫描过程所需的时间。完成一次扫描过程所需的时间。扫描周期的长短

13、和扫描周期的长短和PLC的运算速度和工作的运算速度和工作方式有关方式有关,但主要和用户程序的长度及指令的种但主要和用户程序的长度及指令的种类有关。类有关。一个扫描周期的时间大约在几毫秒到几百一个扫描周期的时间大约在几毫秒到几百毫秒之间。毫秒之间。返回三、三、PLCPLC的的I/OI/O响应时间响应时间 是指是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有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。关外部输出信号发生变化的时刻的时间间隔。oPLC采用输入集中采样和输出集中刷新方式，采用输入集中采样和输出集中刷新方式，提高了系提高了系统的抗干扰能力统的抗干扰能

14、力，增强了系统的可靠性。，增强了系统的可靠性。oPLC的的输出信号响应滞后于输入信号输出信号响应滞后于输入信号，滞后时间对一般，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。系统无关紧要，但对要求响应快的场合不适合。o程序结尾加程序结尾加END指令可缩短扫描时间。指令可缩短扫描时间。继电器控制与继电器控制与PLCPLC控制对比举例控制对比举例-起保停电路起保停电路主回路中的电机主回路中的电机M是被控对象，输入、输出信号间的逻辑是被控对象，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关系由控制线路的中的继电接触器实际硬接线实际硬接线来实现。来实现。传统的继电接触器控制电路传统的

15、继电接触器控制电路控制程序控制程序梯形图梯形图输入部分电路输入部分电路输出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。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。内部的控制程序决定。特别注意：特别注意：PLC外接线图中停止按钮和常闭触点的使用。外接线图中停止按钮和常闭触点的使用。PLC等效控制电路等效控制电路可编程控制器可编程控制器输入设备输入设备输出设备输出设备逻辑部分电路逻辑部分电路24VPLC的外接线图和梯形图的绘制方法的外

16、接线图和梯形图的绘制方法PLC的外接线图的外接线图X0X1X2COMY0COMPLC的梯形图控制程序的梯形图控制程序PLC硬件主要由硬件主要由_、组成。、组成。外部输入电路断开时，对应的输入映像寄存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。触点，常闭触点。若梯形图中输出继电器的线圈若梯形图中输出继电器的线圈“通电通电”，对，对应的输出映像寄存器为状态，在输出处理阶段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，其常开触点圈，其常开触点_，外部负载。，外部负载。思考题思考题本章内容结束！本章内容结束！返回主页