第2章 工作原理

1、第第2章章 PLC的基本組成及工作原理的基本組成及工作原理1 PLC的基本組成及各部分的功能的基本組成及各部分的功能2工作原理工作原理 3 PLC的編程語言的編程語言 各種各種PLCPLC結(jié)構(gòu)和工作原理大同小異，都是以微處理器結(jié)構(gòu)和工作原理大同小異，都是以微處理器 為核心的電子電氣系統(tǒng)。為核心的電子電氣系統(tǒng)。 PLCPLC各種功能的實(shí)現(xiàn)，各種功能的實(shí)現(xiàn)， 基于硬件、軟件的作用，基于硬件、軟件的作用， PLCPLC內(nèi)部主要由主機(jī)、輸入內(nèi)部主要由主機(jī)、輸入 / /輸出接口、電源、輸出接口、電源、編程器、擴(kuò)展接口和外部設(shè)備接口等幾部分組成。編程器、擴(kuò)展接口和外部設(shè)備接口等幾部分組成。一、硬件一、硬件

2、1 PLC的基本組成及各部分的功能的基本組成及各部分的功能模擬量輸入模擬量輸入行程開關(guān)行程開關(guān)繼電器觸點(diǎn)繼電器觸點(diǎn)各種開關(guān)各種開關(guān)傳感器傳感器CPU 系統(tǒng)程序存儲器系統(tǒng)程序存儲器 用戶程序存儲器用戶程序存儲器電源部件電源部件輸輸出出接接口口輸輸入入接接口口外設(shè)接口外設(shè)接口照明照明電磁裝置電磁裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用光電采用光電隔離裝置隔離裝置編程器編程器打印機(jī)打印機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)n中央處理單元（CPU）一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片上。 nCPU的主要功能：（由系統(tǒng)程序賦予）1）控制接收編程器輸入的程序和數(shù)據(jù)并存入到用戶程序存儲器。2）以掃描方式，將外部輸入信號的狀態(tài)

3、寫入輸入映象寄存區(qū)域 。3）診斷電源、內(nèi)部電路故障和程序的語法錯誤。4）PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶指令，按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送、邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算等，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存區(qū)域。5）處理中斷。 6）輸出、控制外部驅(qū)動器。 1. 中央處理單元中央處理單元2. 存儲器存儲器n存儲器由ROM、RAM、EPROM 、EEPROM組成，用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。 nROM用以存放系統(tǒng)程序，可編程控制器在生產(chǎn)過程中將系統(tǒng)程序固化在ROM中，用戶是不可改變的。nRAM中存放用戶程序和中間運(yùn)算數(shù)據(jù)，可用鋰電池做備用電源。它存儲的內(nèi)容是易失的，掉電后內(nèi)容丟失。n當(dāng)系統(tǒng)掉電

4、時(shí)，用戶程序可以保存在只讀存儲器EEPROM或由高能電池支持的RAM中。EEPROM兼有ROM的非易失性和RAM的隨機(jī)存取優(yōu)點(diǎn)，用來存放需要長期保存的重要數(shù)據(jù)。3. 輸入輸出單元 n（1）輸入接口電路 接收由主令元件、檢測元件轉(zhuǎn)來的信號n（2）輸出接口電路 驅(qū)動外部負(fù)載作用：信號電平轉(zhuǎn)換 電隔離和濾波PLC與被控對象之間的橋梁圖圖2.2 直流輸入電路圖直流輸入電路圖內(nèi)部電路COM輸入1輸入 n通常通常PLC的輸入類型可以是直流、交流的輸入類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由給，有的也可由PLC內(nèi)部提供。內(nèi)部提供。圖圖2.3交流輸

5、入電路圖交流輸入電路圖內(nèi)部電路COM輸入1輸入n.圖圖2.3交流輸入電路圖交流輸入電路圖輸入接口電路圖2-4 匯點(diǎn)輸入接線示意圖 圖2-5 獨(dú)立輸入接線示意圖 n2）輸出接口電路）輸出接口電路 圖2-6 繼電器輸出電路圖2-7 晶體管輸出電路 圖2-8 雙向晶閘管輸出電路 圖2-9 匯點(diǎn)輸出接線示意圖 圖2-10 獨(dú)立輸出接線示意圖 輸出電器接口4.電源PLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源的電源模塊，用來將外部供電電源轉(zhuǎn)換成供PLC內(nèi)部的CPU、存儲器和IO接口等電路工作所需的直流電源。PLC的電源部件有很好的穩(wěn)壓措施，因此對外部電源的穩(wěn)定性要求不高，一般允許外部電源電壓的額定值在+10一-15的范圍內(nèi)波

6、動。n市電n24V直流5.編程器n簡易編程器n圖形編程器二.軟件nPLC所使用的各種程序的集合，通?？煞譃橄到y(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。n系統(tǒng)程序 是每一個PLC成品必須包括的部分，由PLC廠家提供，用于控制PLC本身的運(yùn)行。 管理程序 管理程序是系統(tǒng)程序中最重要的部分。PLC的運(yùn)行都由它控制，主要對PLC的輸入、輸出、運(yùn)算等操作運(yùn)行，進(jìn)行時(shí)間上先后順序的管理，規(guī)定各種數(shù)據(jù)、程序的存放地址，生成用戶環(huán)境以及系統(tǒng)診斷等。 編譯程序 標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用n用戶程序 是由用戶根據(jù)控制要求，用PLC的程序語言編制的應(yīng)用程序，以實(shí)現(xiàn)所需的控制目的。三.外型結(jié)構(gòu)單元(整體)式模塊式疊裝式2工作原理 n循環(huán)

7、掃描 PLC采用循環(huán)掃描工作方式，這個工作過程一般包括五個階段：內(nèi)部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，其工作過程如圖2.4所示。n圖2.4中當(dāng)PLC方式開關(guān)置于RUN（運(yùn)行）時(shí)，執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式開關(guān)置于STOP（停止）時(shí)，不執(zhí)行后3個階段，此時(shí)可進(jìn)行通信處理，如對PLC聯(lián)機(jī)或離線編程。圖圖2.4 工作原理圖工作原理圖內(nèi)部處理通信處理輸入掃描執(zhí)行用戶程序輸出處理RUN 方式 ？否是開 始nPLC執(zhí)行完五個階段，稱為一個掃描周期，PLC完成一個周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。按鈕接觸器按鈕輸入電路輸入映象寄存器輸出映象寄存器輸出電路（ ）程序執(zhí)行圖圖

8、2.5程序執(zhí)行原理圖程序執(zhí)行原理圖 可編程序控制器的輸入處理、執(zhí)行用戶程序和輸出處理過程的原理如圖2.5所示.I/O響應(yīng)時(shí)間:指從PLC的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號的改變所需的時(shí)間 3 PLC的編程語言 梯形圖語言:是一種從繼電器觸點(diǎn)控制電路圖演變是一種從繼電器觸點(diǎn)控制電路圖演變而來的圖形語言。是借助于類似于繼電器的動合、而來的圖形語言。是借助于類似于繼電器的動合、動斷觸點(diǎn)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、線圈以及串、并聯(lián)動斷觸點(diǎn)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、線圈以及串、并聯(lián)等術(shù)語和符號，根據(jù)控制要求聯(lián)接而成的表示等術(shù)語和符號，根據(jù)控制要求聯(lián)接而成的表示PLCPLC輸入和輸出之間邏輯關(guān)系的圖形。輸入和輸出之

9、間邏輯關(guān)系的圖形。一、梯形圖一、梯形圖3M.SB2 220VPLC常閉接點(diǎn)常閉接點(diǎn) Y0 X0 X1注意：注意： 接點(diǎn)或線圈并不是真實(shí)的物理繼電器接點(diǎn)或線圈，而是在軟件編程中使用的編程元件，每個編程元件與存儲器中的一個存儲單元（存儲位）相對應(yīng)軟元件。 存儲單元為Y0常開接點(diǎn)常開接點(diǎn) 這種編程語言與匯編語言類似，不同的廠家其語這種編程語言與匯編語言類似，不同的廠家其語句表有所不同，這里以三菱可編程控制器為例，對句表有所不同，這里以三菱可編程控制器為例，對上述電機(jī)起、?？刂七M(jìn)行編程（即將梯形圖轉(zhuǎn)換成上述電機(jī)起、?？刂七M(jìn)行編程（即將梯形圖轉(zhuǎn)換成語句表語言）。語句表語言）。LD X0OR Y0ANI

10、X1OUT Y0注意：按梯形圖從注意：按梯形圖從左到右，從上到下左到右，從上到下的順序編程。的順序編程。操作碼操作數(shù)梯形圖和助記符語言是梯形圖和助記符語言是PLC中最常用的編程語中最常用的編程語言，學(xué)習(xí)中應(yīng)注意以下概念：言，學(xué)習(xí)中應(yīng)注意以下概念：(1)梯形圖中的繼電器并不一定是物理繼電器，每梯形圖中的繼電器并不一定是物理繼電器，每個繼電器或輸入接點(diǎn)各為存儲器中的一位，相應(yīng)個繼電器或輸入接點(diǎn)各為存儲器中的一位，相應(yīng)位為位為“1”態(tài)，表示繼電器線圈通電或常開觸頭閉態(tài)，表示繼電器線圈通電或常開觸頭閉合，或常閉觸頭斷開。合，或常閉觸頭斷開。(2)梯形圖中流過的電流不是物理電流，而是概念梯形圖中流過的電流不是物理電流，而是概念電流，是程序執(zhí)行的形象表示方式。電流，是程序執(zhí)行的形象表示方式。(3)梯形圖中的繼電器接點(diǎn)在編寫用戶程序時(shí)梯形圖中的繼電器接點(diǎn)在編寫用戶程序時(shí)（即作為邏輯接點(diǎn)）可根據(jù)需要在梯形圖中反（即作為邏輯接點(diǎn)）可根據(jù)需要在梯形圖中反復(fù)使用，沒有數(shù)量限制，既可用常開也可用常復(fù)使用，沒有數(shù)量限制，既可用常開也可用