PLC的工作原理

1第二章PLC的工作原理22.1扫描工作方式2.2扫描周期2.3PLC的扫描过程举例2.4输入/输出滞后时间2.5主要性能指标2.6输入输出接口3巡回扫描(循环扫描)的工作机制：PLC通过反复执行用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号,用户程序不是只执行一次，而是不断地重复执行,直到PLC停机或切换到停止模式。2.1扫描工作方式4内部处理通信服务输入处理执行程序输出处理RUN内部处理通信服务STOP2)扫描过程图2－1运行(RUN)模式停止(STOP)模式两种工作模式5内部处理阶段PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位,以及完成一些其他内部工作。通信服务阶段PLC与其他的带微处理器的智能装置通信，响应编辑器键入的命令,更新编辑器的显示内容。输入处理阶段PLC把所有外部电路的接通/断开状态读入映像寄存器。外部输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为1状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。外部输入电路断开时，对应的输入映像寄存器为0状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。编程元件的映像寄存器为1状态，编程元件为ON，编程元件的映像寄存器为0状态，编程元件为OFF。6元件映像寄存器在PLC的寄存器中,设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态,它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。PLC梯形图中的其他编程元件也有对应的映像存储区,他们统称为元件映像寄存器。7程序执行阶段PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，先左后右，先上后下，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束。执行指令时，从元件映像寄存器中读出有关编程元件的0，1状态读出，执行相应的逻辑运算，运算结果写入相应的元件映像寄存器。元件映像寄存器的内容随着程序的执行而变化。但是，在程序执行阶段，即使外部输入信号发生变化，输入映像寄存器的状态也不会变化，输入信号变化了状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。8输出处理阶段CPU将输出映像寄存器的0，1状态传送到输出锁存器。输出映像寄存器为1状态，对应的硬件继电器的线圈通电，常开触点闭合，负载通电工作。输出映像寄存器为0状态，对应的硬件继电器的线圈断电，常开触点断开，负载停止工作。92.2扫描周期扫描周期：PLC在RUN工作模式时，执行一次如图2－1所示的扫描操作所需的时间。典型值为1～100ms。影响因素：保证系统正常运行的公共操作系统与外部设备交换信息用户程序的执行用户程序的长短指令的种类关系较大CPU执行指令的速度102.3PLC的扫描过程举例X0X1X2COMCOM0Y0AC220KMSB1起动SB2停止FR过载1001输入映像寄存器输出映像寄存器Y0X0X1X2Y0程序执行程序执行21)00(0XXYXY输入处理输出处理112.4输入/输出滞后时间又称系统响应时间，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。程序扫描程序扫描周期扫描过程外部输入信号输入端子信号输入映像区外部输出信号I/O操作扫描时间扫描时间输入接通延时输出接通延时系统响应时间122.5主要性能指标输入/输出点数输入/输出点数是指可编程控制器组成控制系统时所能接入的输入输出信号的最大数量，即可编程控制器外部输入、输出端子数。它表示可编程控制器组成控制系统时可能的最大规模。通常，在总点数中，输入点数大于输出点数，且输入与输出点不能相互替代。扫描速度一般以执行1000步指令所需的时间来衡量，单位为毫秒/千步。也有以执行一步指令时间计，单位为微秒/步。13存储器容量可编程控制器的存储器包括系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器三部分。可编程控制器中程序指令是按“步”存放的，一“步”占用一个地址单元，一个地址单元一般占用两个字节。如存储容量为1000步的可编程控制器，其存储容量为2K字节。14编程语言可编程控制器采用梯形图、指令表、顺序功能图、功能模块图和结构语言描述等编程语言。不同的可编程控制器产品可能拥有其中一种或、两种全部的编程方式。指令功能可编程控制器的指令种类越多，则其软件的功能就越强，使用这些指令完成一定的控制目标就越容易。152.6输入输出接口可编程控制器为不同的接口需求设计了不同的接口单元：开关量输入接口开关量输入接口是把现场的开关量信号变成可编程控制器内部处理的标准信号。开关量输入接口按可接纳的外部信号电源的类型不同，分为直流输入单元和交流输入单元。开关量输出接口开关量输出接口是把可编程内部的标准信号转换成现场执行机构所需的开关量信号。开关量输出接口按可编程控制器机内使用的器件不同，分为继电器型、晶体管型和可控硅型。模拟量输入接口（A／D模块）模拟量输出接口（D／A模块）16开关量输入接口光耦合器PLC内部电路LEDCR2R1VD电源直流开关量输入单元COM17开关量输入接口交流开关量输入单元COM双向耦合器PLC内部电路LEDCR3R1VD交流电源~R218开关量输入接口输入接口的接线方式19开关量输出接口开关量输出接口，其作用是把PLC的内部信号转换成现场执行机构的各种开关信号。考虑负载的驱动电源时，还需选择输出器件的类型继电器型的输出接口，可用于交流及直流两种电源，接通和断开的频率低，带负载能力强；晶体管型的输出接口有较高的接通断开频率，但只适用于直流驱动的场合；可控硅型的输出接口仅用于交流驱动的场合，适用快速、频繁动作和大电流的场合。20开关量输出接口－继电器输出21开关量输出接口－晶体管输出22开关量输出接口－可控硅输出23开关量输出接口输出接口的接线方式继电器型晶体管型可控硅型24模拟量输入接口把现场连续变化的模拟量信号转换成适合可编程控制器内部处理的二进制数字信号。模拟量信号输入后一般经运算放大器放大后进行A／D转换，再经光电耦合后为可编程控制器提供一定位数的数字量信号。光耦合器隔离A/D转换器滤波内部回路模拟量输入接口（A／D模块）25模拟量输出接口将PLC运算处理后的数字信号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需求。模拟量输出接口一般由光电隔离、D／A转换和信号驱动等环节组成。信号转换内部回路光耦合器隔离D/A转换器模拟量输出接口（D／A模块）26为了适应更复杂的控制工作的需要，可编程控制器还有一些智能控制单元，如PID单元、高速计数器单元、温度控制单元、通信单元、定位单元等。特殊功能模块都是独立的工作单元，它们和普通输入输出接口的区别在于都带有独立的CPU，有专门的处理能力。模拟量输出接口（特殊功能模块）27问题1、PLC的巡回扫描周期分为哪几个阶段？各完成什么任务？2、PLC的开关量输入输出模块各有哪几种类型？分别适用于什么类型的负载？3、PLC的基本结构有哪些？各部分的功能是什么？