可編程控制器的結(jié)構(gòu)及工作原理

1、輸出設(shè)備輸出設(shè)備輸入設(shè)備輸入設(shè)備 I/OI/O擴(kuò)展擴(kuò)展 單元單元 特殊功特殊功 能單元能單元主機(jī)主機(jī)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(kuò)擴(kuò)展展口口存存 儲(chǔ)儲(chǔ) 器器 系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 C P U 用戶程序用戶程序 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器盒式磁帶機(jī)盒式磁帶機(jī)打印機(jī)打印機(jī)EPROMEPROM寫入器寫入器 上位計(jì)算機(jī)上位計(jì)算機(jī) PLCPLC編程器編程器可編程終端可編程終端PTPT 整體式整體式 PLC的基本組成框圖的基本組成框圖5.1 PLC5.1 PLC的結(jié)構(gòu)與工作原理的結(jié)構(gòu)與工作原理一、一、 PLCPLC的基本構(gòu)成的基本構(gòu)成 OMRON 公司的整體式公司的整

2、體式 PLCCPM1A1 1、中央處理器（、中央處理器（CPUCPU） 接收并存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)；接收并存儲(chǔ)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(cuò)誤；工作狀態(tài)及編程的語法錯(cuò)誤； 接收輸入信號(hào)，送入數(shù)據(jù)寄存器并保存；接收輸入信號(hào)，送入數(shù)據(jù)寄存器并保存； 運(yùn)行時(shí)順序讀取、解釋、執(zhí)行用戶程序，完成用戶運(yùn)行時(shí)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(chǔ)器、存儲(chǔ)器 PLCPLC的存儲(chǔ)器用來存放程序和數(shù)據(jù)。的存儲(chǔ)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。

3、程序又分為系統(tǒng)程序和用戶程序。 存儲(chǔ)區(qū)的分配：存儲(chǔ)區(qū)的分配：1 1、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器（區(qū)）（、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器（區(qū)）（ROMROM）2 2、用戶程序存儲(chǔ)器（區(qū)）（、用戶程序存儲(chǔ)器（區(qū)）（RAMRAM）3 3、變量（數(shù)據(jù)）存儲(chǔ)器（區(qū)）、變量（數(shù)據(jù)）存儲(chǔ)器（區(qū)）.1區(qū)區(qū)2區(qū)區(qū)3區(qū)區(qū)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。(1) (1) 輸入接口輸入接口 功能：采集現(xiàn)場信號(hào)，通過光電隔離轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電功能：采集現(xiàn)場信號(hào)，通過光電隔離轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電平送給平送給PLCPLC內(nèi)部電路。內(nèi)部電路。 輸入信號(hào)有開關(guān)量和模擬量。開

4、關(guān)量輸入接口有直輸入信號(hào)有開關(guān)量和模擬量。開關(guān)量輸入接口有直流和交流兩種。流和交流兩種。 開關(guān)量信號(hào)：按鈕、開關(guān)、繼電器觸頭等開關(guān)量信號(hào)：按鈕、開關(guān)、繼電器觸頭等 模擬量信號(hào)：電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)等模擬量信號(hào)：電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)等 輔助電源：輔助電源：DC24VDC24V輸入、輸入、 DC12VDC12V輸入、輸入、ACAC輸入輸入 對(duì)輸入的模擬量，需進(jìn)行模數(shù)（對(duì)輸入的模擬量，需進(jìn)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。 直流輸入電路直流輸入電路COM+5VLEDSR3R1AR2CT 內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路濾波濾波 光電耦合光電耦合 外部開關(guān)外部開關(guān) 輸入點(diǎn)的

5、輸入點(diǎn)的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 輸入點(diǎn)輸入點(diǎn) 公共端公共端 交流輸入電路交流輸入電路LED+5VAR2TCOMSCR1 內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路R3濾波濾波 光電耦合光電耦合 輸入點(diǎn)的輸入點(diǎn)的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 外部開關(guān)外部開關(guān) 輸入點(diǎn)輸入點(diǎn) (2) (2) 輸出接口輸出接口 連接被控對(duì)象中的各類執(zhí)行元件：接觸器、電磁閥、連接被控對(duì)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）、調(diào)速裝置（模擬量）等。為適應(yīng)不同負(fù)載，輸出方式有：為適應(yīng)不同負(fù)載，輸出方式有：晶體管輸出方式：驅(qū)動(dòng)用于直流負(fù)載晶體管輸出方式：驅(qū)動(dòng)用于直流負(fù)載晶閘管輸出方式：驅(qū)動(dòng)頻繁

6、動(dòng)作的交晶閘管輸出方式：驅(qū)動(dòng)頻繁動(dòng)作的交/ /直流負(fù)載直流負(fù)載繼電器輸出方式：驅(qū)動(dòng)非頻繁動(dòng)作的交繼電器輸出方式：驅(qū)動(dòng)非頻繁動(dòng)作的交/ /直流負(fù)載直流負(fù)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。 晶體管輸出電路晶體管輸出電路光電耦合光電耦合 輸出點(diǎn)的輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 公共端公共端 輸出點(diǎn)輸出點(diǎn) 晶閘管輸出電路晶閘管輸出電路COMLEDR2 C TFU內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路R1負(fù)載負(fù)載光電耦合光電耦合 輸出點(diǎn)的輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 公共端公共端 輸出點(diǎn)輸出點(diǎn) 繼電器輸出電路繼電器輸

7、出電路COMLED J R內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路負(fù)載負(fù)載輸出點(diǎn)的輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 繼電器繼電器 機(jī)械機(jī)械觸點(diǎn)觸點(diǎn) 公共端公共端 輸出點(diǎn)輸出點(diǎn) 輸出端子的接線方式輸出端子的接線方式 a)a)輸出各自獨(dú)立（無公共點(diǎn)輸出各自獨(dú)立（無公共點(diǎn)） b) b)每每4 48 8個(gè)輸出點(diǎn)構(gòu)成一組，公用一個(gè)公共點(diǎn)。個(gè)輸出點(diǎn)構(gòu)成一組，公用一個(gè)公共點(diǎn)。4 4、 電源單元電源單元 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(hù)電路供電的后備電源，一般為電池。為掉電保護(hù)電路供電的后備電源，一般為電池。

8、 電源模塊：電源模塊：* * 可為可為CPUCPU板、板、I/OI/O板及擴(kuò)展單元提供工作電源。板及擴(kuò)展單元提供工作電源。* * 有的有的PLCPLC能向外部提供能向外部提供24V24V的直流電源，可作為輸入的直流電源，可作為輸入單元連接的外部設(shè)備的電源。單元連接的外部設(shè)備的電源。5 5、I/OI/O擴(kuò)展接口擴(kuò)展接口采用并行通訊方式采用并行通訊方式I/O擴(kuò)展端口擴(kuò)展端口 CPM1A主機(jī)主機(jī)與與I/O擴(kuò)展器擴(kuò)展器的連接的連接主機(jī)主機(jī)I/O擴(kuò)展器擴(kuò)展器連接電纜連接電纜I/O擴(kuò)展單元擴(kuò)展單元A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換單元 I/O擴(kuò)展端口可以連接的設(shè)備舉例擴(kuò)展端口可以連接的設(shè)備舉例外設(shè)端口外設(shè)端口6 6、通訊

9、及編程接口、通訊及編程接口采用采用RS-485RS-485或或RS-232RS-232串行總線串行總線 打印機(jī)，用以打印程序或制表打印機(jī)，用以打印程序或制表 EPROMEPROM寫入器，用以將程序?qū)懭胗脩魧懭肫鳎靡詫⒊绦驅(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(yùn)行狀態(tài)視有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)可編程控制器一般可配備的外部設(shè)備：可編程控制器一般可配備的外部設(shè)備： 顯示屏顯示屏工作方式工作方式選擇開關(guān)選擇開關(guān)編程位編程位主機(jī)主機(jī)監(jiān)控位監(jiān)控位運(yùn)行位運(yùn)行位編程器編程器 直插式編程器直插式編程器鍵盤鍵盤指令鍵指令

10、鍵數(shù)字鍵數(shù)字鍵編輯鍵編輯鍵清除鍵清除鍵 CPM1A主機(jī)與便攜式編程器的連接主機(jī)與便攜式編程器的連接工作方式工作方式選擇開關(guān)選擇開關(guān)顯示屏顯示屏鍵盤鍵盤知識(shí)回顧：知識(shí)回顧： 1 1、PLCPLC的硬件系統(tǒng)由哪幾部分組成？的硬件系統(tǒng)由哪幾部分組成？ 2 2、PLCPLC常用的編程語言有哪幾種？常用的編程語言有哪幾種？ 5.2 PLC5.2 PLC的軟件及編程語言的軟件及編程語言系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 運(yùn)行管理運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)程序模塊、系統(tǒng)調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)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

11、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)組成梯形圖梯形圖系統(tǒng)管理程序：系統(tǒng)管理程序：v 運(yùn)行管理：對(duì)控制運(yùn)行管理：對(duì)控制PLCPLC輸入、輸出、計(jì)算、自檢、通信等作時(shí)輸入、輸出、計(jì)算、自檢、通信等作時(shí)間上的分配管理。間上的分配管理。v 存儲(chǔ)空間管理：即生成用戶環(huán)境。規(guī)定各種參數(shù)、程序的存存儲(chǔ)空間管理：即生成用戶環(huán)境。規(guī)定各種參數(shù)、程序的存放地址，將用戶使用的數(shù)據(jù)參數(shù)、存儲(chǔ)地址轉(zhuǎn)化為實(shí)際的數(shù)據(jù)放地址，將用戶使用的數(shù)據(jù)參數(shù)、存儲(chǔ)地址轉(zhuǎn)化為實(shí)際的數(shù)據(jù)格式及物理地址，使用戶看到的是按照用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)排列的元格式及物理地址，使用戶看到的是按照用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)排列的元件空間和程

12、序存儲(chǔ)空間。件空間和程序存儲(chǔ)空間。v 系統(tǒng)自檢程序：包括系統(tǒng)出錯(cuò)檢測(cè)、用戶程序語法檢驗(yàn)、句系統(tǒng)自檢程序：包括系統(tǒng)出錯(cuò)檢測(cè)、用戶程序語法檢驗(yàn)、句法檢驗(yàn)、警戒時(shí)鐘運(yùn)行等。法檢驗(yàn)、警戒時(shí)鐘運(yùn)行等。用戶指令解釋程序：用戶指令解釋程序：v 將用戶使用的編程語言（梯形圖）轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器語言指令，將用戶使用的編程語言（梯形圖）轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器語言指令，由由PLCPLC執(zhí)行這些指令。執(zhí)行這些指令。標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用：標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用：v 由許多獨(dú)立的程序塊組成。各程序塊完成不同功能，如輸由許多獨(dú)立的程序塊組成。各程序塊完成不同功能，如輸入、輸出處理，特殊運(yùn)算等。入、輸出處理，特殊運(yùn)算等。PLCPLC的各種具體

13、工作由這部分的各種具體工作由這部分程序完成，程序的多少?zèng)Q定了程序完成，程序的多少?zèng)Q定了PLCPLC性能的強(qiáng)弱。性能的強(qiáng)弱。IEC 61131-3IEC 61131-3中規(guī)定的中規(guī)定的5 5種編程語言種編程語言梯形圖（梯形圖（LD - Ladder DiagramLD - Ladder Diagram） 順序功能圖（順序功能圖（SFC - SFC - Sequential Function ChartSequential Function Chart） 功能塊圖（功能塊圖（FBD - Function Block DiagramFBD - Function Block Diagram） 指令表（

14、指令表（IL - Instruction ListIL - Instruction List） 結(jié)構(gòu)文本（結(jié)構(gòu)文本（ST - Structured TextST - Structured Text） 圖形語言圖形語言 文本語言文本語言 二、二、PLCPLC的編程語言的編程語言1 1、梯形圖、梯形圖LDLD簡介簡介 繼電器原理圖與梯形圖中所用圖符的對(duì)比關(guān)系繼電器原理圖與梯形圖中所用圖符的對(duì)比關(guān)系 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(diǎn)點(diǎn)線線 圈圈000000100001000PLC控制控制00001 兩種控制的圖形比較兩種控制的圖形比較線圈線圈線圈線圈常開觸點(diǎn)常開

15、觸點(diǎn)常開觸點(diǎn)常開觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)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(shí)際接線。要改變控制電路的實(shí)際接線。KMQFUFR M 3 繼電器控制接線繼電器控制接線 PLCPLC控制外部接線控制外部接線輸入輸入設(shè)備設(shè)備PLCSB1SB2FRKM輸出輸出設(shè)備設(shè)備 欲改變控制功能：欲改變控制功能：主電路主電路 相同相同例如例如2 2、語句表編程語言、語句表編程語言LD 00000OR 01000 AND NOT 00001OUT 0100000000010000100000001語句表程序語句表程序 梯形圖程

16、序梯形圖程序 3、順序功能圖、順序功能圖步步1步步2動(dòng)作動(dòng)作1動(dòng)作動(dòng)作2轉(zhuǎn)換條件轉(zhuǎn)換條件1轉(zhuǎn)換條件轉(zhuǎn)換條件2轉(zhuǎn)換條件轉(zhuǎn)換條件3有向連線有向連線轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換初始步初始步PLC上電上電系統(tǒng)啟動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)1號(hào)工進(jìn)號(hào)工進(jìn)I1號(hào)工進(jìn)號(hào)工進(jìn)II 1號(hào)快退號(hào)快退 1號(hào)快進(jìn)號(hào)快進(jìn) 2號(hào)快進(jìn)號(hào)快進(jìn) 2號(hào)工進(jìn)號(hào)工進(jìn)2號(hào)快退號(hào)快退原位等待原位等待壓壓SQ1快進(jìn)到位快進(jìn)到位壓壓SQ2工進(jìn)到位工進(jìn)到位壓壓SQ3工進(jìn)到位工進(jìn)到位壓壓SQ0退到原位退到原位快進(jìn)到位快進(jìn)到位壓壓SQ5工進(jìn)到位工進(jìn)到位壓壓SQ6退到原位退到原位壓壓SQ4液壓動(dòng)力頭工藝過程液壓動(dòng)力頭工藝過程 01006和和01007 ON 01005和和01007 O

17、N 01005和和01006 ON 200000000025315TIM000快進(jìn)快進(jìn)快退快退工進(jìn)工進(jìn)原 位原 位等待等待原 位原 位等待等待快退快退 20009 20008 20007 20006 01002和和01003 ON快進(jìn)快進(jìn)00101工進(jìn)工進(jìn)I00102工進(jìn)工進(jìn)II01002、01003和和01004 ON0010300100001050010600104 20005 20004 20003 20002 20001 01001、01002 ON 01001和和01003 ON 功能表圖功能表圖5.3 PLC5.3 PLC的工作原的工作原理理 一、等效電路圖一、等效電路圖SB1SB

18、2ST公共端公共端公共端公共端輸入部分輸入部分輸出端子輸出端子輸入端子輸入端子用戶程序用戶程序輸出部分輸出部分主電路主電路KMFUFR M 3 QKM0500PLCCOM000000000001000200000500000100020500COM00010002PLCSB1SB2KMSQ0000000100020500COMCOMKM線圈通電線圈通電SB1閉合閉合0000 閉合閉合接點(diǎn)閉合接點(diǎn)閉合KMFUFR M 3 QKM通電通電KM通電通電觸點(diǎn)閉合觸點(diǎn)閉合電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)觸點(diǎn)閉合觸點(diǎn)閉合PLCCOM000000000001000200000500000100020500COM050000

19、010002SB2STPLCSB1SB2KMSQ0000000100020500COMCOMKM線圈斷電線圈斷電0001 斷開斷開接點(diǎn)斷開接點(diǎn)斷開KMFUFR M 3 QKM通電通電KM斷電斷電觸點(diǎn)斷開觸點(diǎn)斷開電動(dòng)停轉(zhuǎn)電動(dòng)停轉(zhuǎn)觸點(diǎn)斷開觸點(diǎn)斷開PLCCOM000000000001000200000500 0001 000201000COM050000010002SB2STPLCSB1SB2KMSQ0000000100020500COMCOMSB2閉合閉合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v 工作方式：工作方式：周期循環(huán)順序掃描。周期循環(huán)順序掃描。v一個(gè)循環(huán)掃描過程稱為掃描周期。一個(gè)循環(huán)掃描過程稱為掃描周期。v執(zhí)行程序時(shí)，掃描是從第一條程序開始，在執(zhí)行程序時(shí)，掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳無中斷或跳轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)順序的先后，逐條執(zhí)行用戶控制的情況下，按程序存儲(chǔ)順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。程序，直到程序結(jié)束。二、掃描工作方式二、掃描工作方式讀讀讀讀讀讀寫寫寫寫 程序執(zhí)行程序執(zhí)行 輸入采樣輸入采樣 輸出刷新輸出刷新三、三、 PLC的工作