可编程控制器的结构及工作原理

第五章可编程控制器的结构及工作原理第一节可编程控制器的硬件系统第二节可编程控制器的软件及编程语言第三节可编程控制器的工作原理输出设备输入设备I/O扩展单元特殊功能单元主机输出单元输入单元电源外设接口I/O扩展口存储器系统程序存储器CPU用户程序存储器盒式磁带机打印机EPROM写入器上位计算机PLC编程器可编程终端PT…整体式PLC的基本组成框图5.1PLC的结构与工作原理一、PLC的基本构成OMRON公司的整体式PLCCPM1A1、中央处理器（CPU）接收并存储用户程序和数据；诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误；接收输入信号，送入数据寄存器并保存；运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户程序的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。2、存储器PLC的存储器用来存放程序和数据。程序又分为系统程序和用户程序。存储区的分配：1、系统程序存储器（区）（ROM）2、用户程序存储器（区）（RAM）3、变量（数据）存储器（区）…..1区2区3区3、输入输出接口（I/O）是CPU与工业现场装置之间的连接部件。(1)输入接口功能：采集现场信号，通过光电隔离转换成标准电平送给PLC内部电路。输入信号有开关量和模拟量。开关量输入接口有直流和交流两种。•开关量信号：按钮、开关、继电器触头等•模拟量信号：电位器、测速发电机等•辅助电源：DC24V输入、DC12V输入、AC输入•对输入的模拟量，需进行模数（A/D）转换，才能为CPU所接受。直流输入电路COM+5VLEDSR3R1AR2C→→T内部电路滤波光电耦合外部开关输入点的状态显示输入点公共端交流输入电路LED+5VA→→R2T～COMSCR1内部电路R3滤波光电耦合输入点的状态显示外部开关输入点(2)输出接口连接被控对象中的各类执行元件：接触器、电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等。为适应不同负载，输出方式有：•晶体管输出方式：驱动用于直流负载•晶闸管输出方式：驱动频繁动作的交/直流负载•继电器输出方式：驱动非频繁动作的交/直流负载PLC的各种输出方式同样都要采用光电隔离。有些PLC还具有模拟输出接口。晶体管输出电路光电耦合输出点的状态显示公共端输出点晶闸管输出电路COMLEDR2C→→TFU～内部电路R1负载光电耦合输出点的状态显示公共端输出点继电器输出电路COMLEDJ～R内部电路负载输出点的状态显示继电器机械触点公共端输出点※输出端子的接线方式a)输出各自独立（无公共点）b)每4～8个输出点构成一组，公用一个公共点。4、电源单元可编程控制器的电源包括:*为可编程控制器各工作单元供电的开关电源。*为掉电保护电路供电的后备电源，一般为电池。电源模块：*可为CPU板、I/O板及扩展单元提供工作电源。*有的PLC能向外部提供24V的直流电源，可作为输入单元连接的外部设备的电源。5、I/O扩展接口——采用并行通讯方式I/O扩展端口CPM1A主机与I/O扩展器的连接主机I/O扩展器连接电缆I/O扩展单元A/D转换单元I/O扩展端口可以连接的设备举例外设端口6、通讯及编程接口——采用RS-485或RS-232串行总线打印机，用以打印程序或制表EPROM写入器，用以将程序写入用户EPROM中高分辨率大屏幕彩色图形监控系统，用以显示或监视有关部分的运行状态可编程控制器一般可配备的外部设备：显示屏工作方式选择开关编程位主机监控位运行位编程器直插式编程器指令键数字键编辑键清除键CPM1A主机与便携式编程器的连接工作方式选择开关显示屏知识回顾：1、PLC的硬件系统由哪几部分组成？2、PLC常用的编程语言有哪几种？5.2PLC的软件及编程语言系统软件运行管理生成用户环境系统内部自检系统管理程序用户指令解释程序标准程序模块、系统调用用户程序指令表顺序功能流程图软件系统一、PLC软件系统组成梯形图系统管理程序：运行管理：对控制PLC输入、输出、计算、自检、通信等作时间上的分配管理。存储空间管理：即生成用户环境。规定各种参数、程序的存放地址，将用户使用的数据参数、存储地址转化为实际的数据格式及物理地址，使用户看到的是按照用户数据结构排列的元件空间和程序存储空间。系统自检程序：包括系统出错检测、用户程序语法检验、句法检验、警戒时钟运行等。用户指令解释程序：将用户使用的编程语言（梯形图）转变为机器语言指令，由PLC执行这些指令。标准程序模块和系统调用：由许多独立的程序块组成。各程序块完成不同功能，如输入、输出处理，特殊运算等。PLC的各种具体工作由这部分程序完成，程序的多少决定了PLC性能的强弱。IEC61131-3中规定的5种编程语言梯形图（LD-LadderDiagram）顺序功能图（SFC-SequentialFunctionChart）功能块图（FBD-FunctionBlockDiagram）指令表（IL-InstructionList）结构文本（ST-StructuredText）图形语言文本语言二、PLC的编程语言1、梯形图LD简介•继电器原理图与梯形图中所用图符的对比关系物理继电器PLC继电器常开常闭触点线圈000000100001000PLC控制00001两种控制的图形比较线圈线圈常开触点常开触点常闭触点常闭触点用PLC控制——外部接线不变，改变用户程序。用继电器控制——要改变控制电路的实际接线。KMQFUFRM3~继电器控制接线PLC控制外部接线输入设备PLC~SB1SB2FRKM输出设备欲改变控制功能：主电路相同例如2、语句表编程语言LD00000OR01000ANDNOT00001OUT0100000000010000100000001语句表程序梯形图程序3、顺序功能图步1步2动作1动作2转换条件1转换条件2转换条件3有向连线转换初始步PLC上电系统启动1号工进I1号工进II1号快退1号快进2号快进2号工进2号快退原位等待压SQ1快进到位压SQ2工进到位压SQ3工进到位压SQ0退到原位快进到位压SQ5工进到位压SQ6退到原位压SQ4液压动力头工艺过程01006和01007ON01005和01007ON01005和01006ON200000000025315TIM000快进快退工进原位等待原位等待快退2000920008200072000601002和01003ON快进00101工进I00102工进II01002、01003和01004ON0010300100001050010600104200052000420003200022000101001、01002ON01001和01003ON功能表图5.3PLC的工作原理一、等效电路图SB1SB2ST公共端公共端输入部分输出端子输入端子用户程序输出部分主电路KMFUFRM3~Q~KM0500PLCCOM0000000000010002≈00000500000100020500COM00010002PLC~SB1SB2KMSQ0000000100020500COMCOM~KM线圈通电SB1闭合0000闭合接点闭合KMFUFRM3~QKM通电KM通电触点闭合电动机转触点闭合PLCCOM0000000000010002≈00000500000100020500COM050000010002SB2STPLC~SB1SB2KMSQ0000000100020500COMCOM~KM线圈断电0001断开接点断开KMFUFRM3~QKM通电KM断电触点断开电动停转触点断开PLCCOM0000000000010002≈000005000001000201000COM050000010002SB2STPLC~SB1SB2KMSQ0000000100020500COMCOMSB2闭合输入采样程序执行输出刷新工作方式：周期循环顺序扫描。一个循环扫描过程称为扫描周期。执行程序时，扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。二、扫描工作方式读读读写写程序执行输入采样输出刷新三、PLC的工作过程05010500000000010500输入端子输入电路用户输入设备输入映像寄存器输出电路输出端子元件映像寄存器输出锁存器用户输出设备注意：PLC重复执行上述三个过程，每重复一次的时间就是一个工作周期（或扫描周期）。PLC在每次扫描中，对输入信号采样一次，对输出信号刷新一次。这就保证了PLC在执行程序阶段，输入映像寄存器和输出锁存寄存器的数据保持不变。(1)其输入输出信号存在滞后，扫描周期越长，滞后就越严重。(2)扫描周期除了执行用户程序所占用的时间外，还包括系统管理操作占用的时间。(3)如果考虑到I/O硬件电路的延时，PLC响应滞后比扫描原理滞后更大。PLCI/O端子上的信号关系，只有在稳态（ON或OFF状态保持不变）时才与设计要求一致。重要的结论：