第五章可編程控制器的結(jié)構(gòu)及工作原理

1、第五章第五章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)可編程控制器的結(jié)構(gòu) 及工作原理及工作原理第一節(jié)第一節(jié) 可編程控制器的硬件系統(tǒng)可編程控制器的硬件系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 可編程控制器的軟件及編程語言可編程控制器的軟件及編程語言第三節(jié)第三節(jié) 可編程控制器的工作原理可編程控制器的工作原理第一節(jié)第一節(jié) 可編程控制器的硬件系統(tǒng)可編程控制器的硬件系統(tǒng)輸出設(shè)備輸出設(shè)備輸入設(shè)備輸入設(shè)備 I/OI/O擴展擴展 單元單元 特殊功特殊功 能單元能單元主機主機輸出單元輸出單元輸入單元輸入單元 電電 源源外設(shè)接口外設(shè)接口I/O/O擴擴展展口口存存 儲儲 器器 系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序 存儲器存儲器 C P U 用戶程序用戶程序 存儲器存儲器打印機打印

2、機EPROMEPROM寫入器寫入器 上位計算機上位計算機 PLCPLC編程器編程器1 1、中央處理器（、中央處理器（CPUCPU） 接收并存儲用戶程序和數(shù)據(jù)；接收并存儲用戶程序和數(shù)據(jù)； 診斷電源、診斷電源、PLCPLC工作狀態(tài)及編程的語法錯誤；工作狀態(tài)及編程的語法錯誤； 接收輸入信號，送入數(shù)據(jù)寄存器并保存；接收輸入信號，送入數(shù)據(jù)寄存器并保存； 運行時順序讀取、解釋、執(zhí)行用戶程序，完成用戶運行時順序讀取、解釋、執(zhí)行用戶程序，完成用戶 程序的各種操作；程序的各種操作； 將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。 2 2、存儲器、存儲器 PLCPLC的存儲器用來存放程序和數(shù)據(jù)。

3、的存儲器用來存放程序和數(shù)據(jù)。 程序又分為系統(tǒng)程序和用戶程序。程序又分為系統(tǒng)程序和用戶程序。 存儲區(qū)的分配：存儲區(qū)的分配：1 1、系統(tǒng)程序存儲器（區(qū)）（、系統(tǒng)程序存儲器（區(qū)）（EPROMEPROM）2 2、用戶程序存儲器（區(qū)）（、用戶程序存儲器（區(qū)）（RAMRAM）3 3、變量（數(shù)據(jù)）存儲器（區(qū)）、變量（數(shù)據(jù)）存儲器（區(qū)）.1 1區(qū)區(qū)2 2區(qū)區(qū)3 3區(qū)區(qū)PLCPLC硬件硬件存儲器存儲器（1 1）系統(tǒng)程序存儲器（區(qū)）系統(tǒng)程序存儲器（區(qū)） 該存儲器存放系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件）。系統(tǒng)程序是該存儲器存放系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件）。系統(tǒng)程序是PLCPLC研制者所編的程序，用來管理、協(xié)調(diào)研制者所編的程序，用來管理、協(xié)

4、調(diào)PLCPLC各部分的各部分的工作，翻譯、解釋用戶程序，進行故障診斷等，它是工作，翻譯、解釋用戶程序，進行故障診斷等，它是決定決定PLCPLC性能的關(guān)鍵。性能的關(guān)鍵。 系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、解釋程序、故障自診斷程系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、解釋程序、故障自診斷程序、標準子程序庫及其他各種管理程序等。序、標準子程序庫及其他各種管理程序等。 系統(tǒng)程序由制造廠家提供，一般都固化在系統(tǒng)程序由制造廠家提供，一般都固化在ROMROM或或EPROMEPROM中，用戶不能直接存取。中，用戶不能直接存取。（2 2）用戶程序存儲器（區(qū)）用戶程序存儲器（區(qū)） 該存儲器存放用戶程序（應(yīng)用軟件）。用戶程序是該存儲器存放用戶程

5、序（應(yīng)用軟件）。用戶程序是用戶為解決實際問題并根據(jù)用戶為解決實際問題并根據(jù)PLCPLC的指令系統(tǒng)而編制的程的指令系統(tǒng)而編制的程序，它通過編程器輸入，經(jīng)序，它通過編程器輸入，經(jīng)CPUCPU存放入用戶程序存儲存放入用戶程序存儲器。為便于程序的調(diào)試、修改、擴充、完善，該存儲器。為便于程序的調(diào)試、修改、擴充、完善，該存儲器早期采用器早期采用RAMRAM，現(xiàn)多采用，現(xiàn)多采用EEPROMEEPROM。（3 3）變量（數(shù)據(jù)）存儲器（區(qū)）變量（數(shù)據(jù)）存儲器（區(qū)） 變量存儲器存放變量存儲器存放PLCPLC的內(nèi)部邏輯變量，如內(nèi)部繼電器、的內(nèi)部邏輯變量，如內(nèi)部繼電器、I/OI/O寄存器、定時器寄存器、定時器/ /計

6、數(shù)器中邏輯變量的現(xiàn)行值等，計數(shù)器中邏輯變量的現(xiàn)行值等，這些現(xiàn)行值在這些現(xiàn)行值在CPUCPU進行邏輯運算時需隨時讀出、更新進行邏輯運算時需隨時讀出、更新有關(guān)內(nèi)容，所以，變量存儲器也采用有關(guān)內(nèi)容，所以，變量存儲器也采用RAMRAM。3 3輸入輸出接口（輸入輸出接口（I/OI/O） 是是CPUCPU與工業(yè)現(xiàn)場裝置之間的連接部件。與工業(yè)現(xiàn)場裝置之間的連接部件。小型小型PLCPLC，通常，通常I/OI/O與含有與含有CPUCPU主板部分做為一體。主板部分做為一體。大中型大中型PLCPLC，通常將，通常將I/OI/O做成可供選取、擴充的標做成可供選取、擴充的標準模塊，可以根據(jù)實際需要靈活選擇。每個準模塊，

7、可以根據(jù)實際需要靈活選擇。每個I/OI/O都有都有相應(yīng)的工作指示燈。相應(yīng)的工作指示燈。為了適應(yīng)可編程控制器在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的工作，對為了適應(yīng)可編程控制器在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的工作，對輸入輸出接口有二個主要的要求：輸入輸出接口有二個主要的要求：l 良好的抗干擾能力良好的抗干擾能力l 能滿足工業(yè)現(xiàn)場各類信號的匹配要求能滿足工業(yè)現(xiàn)場各類信號的匹配要求(1) (1) 輸入接口輸入接口 功能：采集現(xiàn)場信號，通過光電隔離轉(zhuǎn)換成標準電平功能：采集現(xiàn)場信號，通過光電隔離轉(zhuǎn)換成標準電平送給送給PLCPLC內(nèi)部電路。內(nèi)部電路。 輸入信號有開關(guān)量和模擬量。開關(guān)量輸入接口有直流輸入信號有開關(guān)量和模擬量。開關(guān)量輸入接口有直流和

8、交流兩種。和交流兩種。l 開關(guān)量信號：按鈕、開關(guān)、繼電器觸頭等開關(guān)量信號：按鈕、開關(guān)、繼電器觸頭等l 模擬量信號：電位器、測速發(fā)電機等模擬量信號：電位器、測速發(fā)電機等l 輔助電源：輔助電源：DC24VDC24V輸入、輸入、 DC12VDC12V輸入、輸入、ACAC輸入輸入l 對輸入的模擬量，需進行模數(shù)（對輸入的模擬量，需進行模數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換，才能）轉(zhuǎn)換，才能為為CPUCPU所接受。所接受。(2) (2) 輸出接口輸出接口 連接被控對象中的各類執(zhí)行元件：接觸器、電磁閥、連接被控對象中的各類執(zhí)行元件：接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）等。指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、

9、調(diào)速裝置（模擬量）等。為適應(yīng)不同負載，輸出方式有：為適應(yīng)不同負載，輸出方式有：l晶體管輸出方式：驅(qū)動用于直流負載晶體管輸出方式：驅(qū)動用于直流負載l晶閘管輸出方式：驅(qū)動頻繁動作的交晶閘管輸出方式：驅(qū)動頻繁動作的交/ /直流負載直流負載l繼電器輸出方式：驅(qū)動非頻繁動作的交繼電器輸出方式：驅(qū)動非頻繁動作的交/ /直流負載直流負載 PLCPLC的各種輸出方式同樣都要采用光電隔離。有些的各種輸出方式同樣都要采用光電隔離。有些PLCPLC還具有模擬輸出接口。還具有模擬輸出接口。4 4、通訊及編程接口、通訊及編程接口采用采用RS-485RS-485或或RS-422RS-422串行總串行總線線連接專用編程器（

10、連接專用編程器（FX-20PFX-20P、FX-10PFX-10P）；）；連接個人電腦（連接個人電腦（PCPC），實現(xiàn)編程及在線監(jiān)控；），實現(xiàn)編程及在線監(jiān)控；連接工控機，實現(xiàn)編程及在線監(jiān)控；連接工控機，實現(xiàn)編程及在線監(jiān)控；連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器），實現(xiàn)遠程通訊；連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器），實現(xiàn)遠程通訊；連接打印機等計算機外設(shè)。連接打印機等計算機外設(shè)。5 5、I/OI/O擴展接口擴展接口采用并行通訊方式采用并行通訊方式擴展擴展I/OI/O模塊；模塊；擴展位置控制模塊（如擴展位置控制模塊（如F2-30GMF2-30GM）；）；擴展通訊模塊（如擴展通訊模塊（如FX-232AWFX-232AW等

11、）；等）；擴展模擬量控制模塊（如擴展模擬量控制模塊（如FX-2DAFX-2DA、FX-4ADFX-4AD等）。等）。6 6、 電源電源 可編程控制器的電源包括可編程控制器的電源包括: : * * 為可編程控制器各工作單元供電的開關(guān)電源為可編程控制器各工作單元供電的開關(guān)電源 * * 為掉電保護電路供電的后備電源，一般為電池為掉電保護電路供電的后備電源，一般為電池 PLCPLC由開關(guān)式穩(wěn)壓電源為內(nèi)部電路供電。由開關(guān)式穩(wěn)壓電源為內(nèi)部電路供電。 電源模塊：電源模塊：* * 可為可為CPUCPU板、板、I/OI/O板及擴展單元提供工作電源。板及擴展單元提供工作電源。* * 有的有的PLCPLC能向外部提

12、供能向外部提供24V24V的直流電源，可作為的直流電源，可作為輸入單元連接的外部設(shè)備的電源。輸入單元連接的外部設(shè)備的電源?？删幊炭刂破饕话憧膳鋫涞耐獠吭O(shè)備：可編程控制器一般可配備的外部設(shè)備： 編程器編程器l 用于用戶程序的編制、編輯、調(diào)試、檢查和監(jiān)視，用于用戶程序的編制、編輯、調(diào)試、檢查和監(jiān)視，還可調(diào)用與顯示還可調(diào)用與顯示PLCPLC的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。l 編程器：編程器：便攜式：體積小、重量輕、便于現(xiàn)場使用，只能便攜式：體積小、重量輕、便于現(xiàn)場使用，只能聯(lián)機編程。聯(lián)機編程。CRTCRT智能式（圖形編程器）：體積大、價格貴、不智能式（圖形編程器）：體積大、價格貴

13、、不便于現(xiàn)場使用，既可聯(lián)機又可脫機編程。便于現(xiàn)場使用，既可聯(lián)機又可脫機編程。l 編程器是專用的，不同型號編程器是專用的，不同型號PLCPLC都有自己專用編程都有自己專用編程器。多臺同型號器。多臺同型號PLCPLC可只配一個編程器?？芍慌湟粋€編程器。 編程器編程器 盒式磁帶機，用以記錄程序或信息盒式磁帶機，用以記錄程序或信息 打印機，用以打印程序或制表打印機，用以打印程序或制表 EPROMEPROM寫入器，用以將程序?qū)懭胗脩魧懭肫?，用以將程序?qū)懭胗脩鬍PROMEPROM中中 高分辨率大屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng)，用以顯示或監(jiān)高分辨率大屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng)，用以顯示或監(jiān)視有關(guān)部分的運行狀態(tài)視有關(guān)部分的運

14、行狀態(tài)編程器編程器第二節(jié)第二節(jié) 可編程控制器的軟件及編程語言可編程控制器的軟件及編程語言系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 運行管理運行管理 生成用戶環(huán)境生成用戶環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)部自檢系統(tǒng)內(nèi)部自檢系統(tǒng)管理程序系統(tǒng)管理程序 用戶指令解釋程序用戶指令解釋程序標準程序模塊、系統(tǒng)調(diào)用標準程序模塊、系統(tǒng)調(diào)用用戶程序用戶程序指令表指令表順序功能流程圖順序功能流程圖軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)一、一、PLCPLC軟件系統(tǒng)組成軟件系統(tǒng)組成梯形圖梯形圖二、二、PLCPLC的編程語言的編程語言 順序功能圖順序功能圖 梯梯 形形 圖圖 指指 令令 表表l梯形圖編程語言：在繼電器控制線路的基礎(chǔ)上簡化了符梯形圖編程語言：在繼電器控制線路的基礎(chǔ)上簡化了符號

15、演變而來（圖形編程）。號演變而來（圖形編程）。l梯形圖具有形象、直觀、實用、電氣人員容易接受的特梯形圖具有形象、直觀、實用、電氣人員容易接受的特點，是目前用得最多的一種點，是目前用得最多的一種PLCPLC編程語言。編程語言。 l繼電器原理圖與梯形圖中所用圖符的對比關(guān)系繼電器原理圖與梯形圖中所用圖符的對比關(guān)系 1. 1. 梯形圖編程語言梯形圖編程語言 物理繼電器物理繼電器 PLC繼電器繼電器常開常開常閉常閉 觸觸 點點線線 圈圈000005000500PLC控制控制0001SB2KMKM繼電器繼電器 控控 制制SB1 2. . 兩種控制的梯形圖比較兩種控制的梯形圖比較物理繼電器物理繼電器繼電器需

16、硬接線連接繼電器需硬接線連接觸點個數(shù)有限觸點個數(shù)有限PLC繼電器繼電器繼電器用程序軟連接繼電器用程序軟連接觸點個數(shù)無限觸點個數(shù)無限繼電器的接線改變繼電器的接線改變控制功能改變控制功能改變PLC的用戶程序改變的用戶程序改變 控制功能改變控制功能改變 3. . 兩種控制中繼電器的區(qū)別兩種控制中繼電器的區(qū)別用用PLC控制控制外部接線不變，改變用戶程序。外部接線不變，改變用戶程序。用繼電器控制用繼電器控制要改變控制電路的實際接線。要改變控制電路的實際接線。 欲改變控制功能：欲改變控制功能：SB1SB2KMFRKM 繼電器控制接線繼電器控制接線 PLC控制外部接線控制外部接線PLCSB1SB2KM主電路

17、主電路 相同相同例如例如KMQFU FR M 3 2 2、指令表、指令表v指令語句表編程是用一個或幾個字符來代表可編程控制指令語句表編程是用一個或幾個字符來代表可編程控制器的某種操作功能。器的某種操作功能。v指令語句的組成指令語句的組成 操作碼操作數(shù)操作碼操作數(shù) 操作碼：指定要執(zhí)行的功能，即操作碼：指定要執(zhí)行的功能，即CPUCPU應(yīng)進行的操作。應(yīng)進行的操作。操作數(shù)：包含執(zhí)行該操作所需的信息，即操作數(shù)：包含執(zhí)行該操作所需的信息，即CPUCPU應(yīng)用什應(yīng)用什么地方的東西來執(zhí)行此操作。么地方的東西來執(zhí)行此操作。v不同廠家的不同廠家的PLCPLC使用的操作碼助記符不同。使用的操作碼助記符不同。00000

18、50005000001LD 0000OR 0500 AND NOT 0001OUT 0500 梯形圖程序梯形圖程序 語句表程序語句表程序 多條指令語句的組合構(gòu)成了語句表多條指令語句的組合構(gòu)成了語句表 程序程序3 3、順序功能流程圖編程：、順序功能流程圖編程：v用功能圖來表達一個順序控制過程。用功能圖來表達一個順序控制過程。功能表圖的組成：功能表圖的組成： 步、有向連線、轉(zhuǎn)換條步、有向連線、轉(zhuǎn)換條件、動作說明。件、動作說明。 1 1啟動啟動壓壓ST1ST1 2 2壓壓ST2ST2 3 3 工進工進車停原位車停原位 快退快退 快進快進壓壓ST3ST3 4 4正在執(zhí)行的步叫活動步，正在執(zhí)行的步叫活動

19、步，當前一步為活動步且轉(zhuǎn)換當前一步為活動步且轉(zhuǎn)換條件滿足時，啟動下一步條件滿足時，啟動下一步并終止前一步。并終止前一步。 SB2SQSB1輸入部分輸入部分用戶程序用戶程序輸出部分輸出部分KM第三節(jié)第三節(jié) 可編程控制器的工作原理可編程控制器的工作原理一、一、PLCPLC控制系統(tǒng)的等效工作電路控制系統(tǒng)的等效工作電路0500PLCCOM000000000001000200000500000100020500COM000100021 1、輸入部分、輸入部分 由外部輸入電路、由外部輸入電路、PLCPLC輸入接線端子和輸入繼電器組成。輸入接線端子和輸入繼電器組成。 在在PLCPLC內(nèi)部，與輸入端子相連的輸

20、入繼電器是內(nèi)部，與輸入端子相連的輸入繼電器是 “ “軟繼電軟繼電器器”（即存儲器基本單元中的某一位），采用八進制編號，（即存儲器基本單元中的某一位），采用八進制編號，可提供無數(shù)個常開和常閉觸點供可提供無數(shù)個常開和常閉觸點供PLCPLC內(nèi)部控制電路編程使用。內(nèi)部控制電路編程使用。 輸入繼電器只能由現(xiàn)場的輸入元件（開關(guān)、按鈕等）信輸入繼電器只能由現(xiàn)場的輸入元件（開關(guān)、按鈕等）信號驅(qū)動，不能用程序驅(qū)動。故梯形圖中只能使用輸入繼電號驅(qū)動，不能用程序驅(qū)動。故梯形圖中只能使用輸入繼電器觸點，不能使用輸入繼電器線圈。器觸點，不能使用輸入繼電器線圈。 輸入繼電器線圈的輸入繼電器線圈的“得電得電”即將外部輸入元

21、件的狀態(tài)寫即將外部輸入元件的狀態(tài)寫入對應(yīng)的基本單元中。入對應(yīng)的基本單元中。2 2、內(nèi)部控制電路、內(nèi)部控制電路 指由用戶程序（梯形圖或指令語句）形成的用指由用戶程序（梯形圖或指令語句）形成的用“軟繼電軟繼電器器”來代替硬繼電器的控制邏輯。來代替硬繼電器的控制邏輯。作用：按照用戶程序規(guī)定的邏輯關(guān)系，對輸入信號和輸作用：按照用戶程序規(guī)定的邏輯關(guān)系，對輸入信號和輸出信號的狀態(tài)進行檢測、判斷、運算和處理，然后得到相出信號的狀態(tài)進行檢測、判斷、運算和處理，然后得到相應(yīng)輸出。應(yīng)輸出。3 3、輸出部分、輸出部分 輸出部分由輸出部分由PLCPLC內(nèi)部與內(nèi)部控制電路隔離的輸出繼電內(nèi)部與內(nèi)部控制電路隔離的輸出繼電器

22、的外部常開觸點、輸出接線端子和外部驅(qū)動電路組成。器的外部常開觸點、輸出接線端子和外部驅(qū)動電路組成。用來驅(qū)動外部負載。用來驅(qū)動外部負載。 在在PLCPLC內(nèi)部，外部輸出觸點與輸出端子相連，向外部內(nèi)部，外部輸出觸點與輸出端子相連，向外部負載輸出信號，且一個輸出繼電器只有一個常開型外部負載輸出信號，且一個輸出繼電器只有一個常開型外部輸出觸點。輸出觸點。 輸出繼電器有無數(shù)個內(nèi)部常開和常閉觸點，編程時可輸出繼電器有無數(shù)個內(nèi)部常開和常閉觸點，編程時可隨意使用。隨意使用。二、二、PLCPLC的工作方式及工作過程的工作方式及工作過程v 工作方式：周期循環(huán)工作方式：周期循環(huán)順序掃描順序掃描v一個循環(huán)掃描過程稱為

23、掃描周期。掃描過程分為三個階一個循環(huán)掃描過程稱為掃描周期。掃描過程分為三個階段進行：段進行：輸入采樣輸入采樣程序執(zhí)行程序執(zhí)行輸出刷新輸出刷新輸入采樣輸入采樣程序執(zhí)行程序執(zhí)行輸出刷新輸出刷新一個掃描周期一個掃描周期Y0Y1Yn輸輸入入映映像像寄寄存存器器采樣采樣元元素素映映像像寄寄存存器器寫寫寫寫讀讀X0Y0Y0M0輸輸出出鎖鎖存存電電路路輸輸出出端端子子輸輸入入端端子子讀讀 PLC PLC的工作過程的工作過程X0X1Xn刷新刷新PLCPLC具體工作過程如下：具體工作過程如下：1 1、輸入采樣階段、輸入采樣階段 PLCPLC以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘枲顟B(tài)以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说?/p>

24、輸入信號狀態(tài)（開或關(guān)、即（開或關(guān)、即ONON或或OFFOFF、“1”1”或或“0”0”）讀入到輸入）讀入到輸入映像寄存器中寄存起來，稱為對輸入信號的采樣。映像寄存器中寄存起來，稱為對輸入信號的采樣。接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行期間，即使輸入接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會改變。輸入狀態(tài)變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會改變。輸入狀態(tài)的變化只能在下一個工作周期的輸入采樣階段才狀態(tài)的變化只能在下一個工作周期的輸入采樣階段才被重新讀入。被重新讀入。 2 2、程序執(zhí)行階段、程序執(zhí)行階段程序執(zhí)行階段，程序執(zhí)行階段，PLCPLC對程序按順序進行掃描。對程序按順序進行掃描。 如果程序用梯形圖表示，則總是按先左后右、先上后如果程序用梯形圖表示，則總是按先左后右、先上后下的順序進行掃描；下的順序進行掃描； 每掃描到一條指令時，所需要的輸入元件狀態(tài)或其它每掃描到一條指令時，所需要的輸入元件狀態(tài)或其它元件的狀態(tài)分別由輸入映像寄存器和元件映像寄存器中元件的狀態(tài)分別由輸入映像寄存器和元件映像寄存器中讀出，而將執(zhí)行結(jié)果寫入到元件映像寄存器中；讀出，而將執(zhí)行結(jié)果寫入到元件映像寄存器中