任務(wù)3.2 認(rèn)識(shí)PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理

機(jī)床電氣控制數(shù)控陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院認(rèn)識(shí)PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理初學(xué)者必須掌握PLC的概念和基礎(chǔ)理論，熟練掌握PLC的結(jié)構(gòu)，并深刻其工作原理，以此為基礎(chǔ)才能運(yùn)用PLC合理高效的各種開發(fā)控制系統(tǒng)。本任務(wù)介紹PLC的結(jié)構(gòu)組成及其工作原理?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】一、知識(shí)目標(biāo)1.掌握PLC的組成及各部分的功用；2.掌握PLC的軟件和硬件；3.掌握PLC的掃描概念及工作原理。二、能力目標(biāo)1.能正確理解PLC各部分的功用；2.能基于PLC的工作原理分析PLC控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的工作過程。知識(shí)點(diǎn)1PLC的基本構(gòu)成一、PLC的基本結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)2PLC的硬件結(jié)構(gòu)輸入設(shè)備輸出設(shè)備一、PLC的硬件組成電源CPU存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用戶程序存儲(chǔ)器外設(shè)接口I/O擴(kuò)展口輸入單元輸出單元主機(jī)I/O擴(kuò)展單元特殊功能單元編程器盒式磁帶機(jī)打印機(jī)EPROM寫入器上位計(jì)算機(jī)PLC可編程終端PT…一、PLC的硬件組成1.中央處理器中央處理器（centralprocessingunit，CPU）是PLC的核心。CPU的主要功能01接收和儲(chǔ)存用戶程序和數(shù)據(jù)；用掃描的方式采集現(xiàn)場輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)；監(jiān)視電源、PLC內(nèi)部各個(gè)單元電路的工作狀態(tài)；診斷編程過程中的語法錯(cuò)誤，對用戶程序進(jìn)行編譯；在運(yùn)行狀態(tài)，從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取指令，分析并執(zhí)行指令。一、PLC的硬件組成1.中央處理器CPU的主要構(gòu)成02CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構(gòu)成。

此外，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。一、PLC的硬件組成1.中央處理器CPU各部分的主要功能03控制器控制PLC工作，由它讀取指令，解釋并執(zhí)行命令。工作的時(shí)序（節(jié)奏）則由振蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于完成算術(shù)或邏輯運(yùn)算，在控制器的指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果。它也是在控制器的指揮下工作。一、PLC的硬件組成2.存儲(chǔ)器PLC中使用兩種類型的存儲(chǔ)器：一種是只讀類型存儲(chǔ)器ROM，另一種是可讀/寫的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM。PLC的存儲(chǔ)器分為5個(gè)區(qū)域。一、PLC的硬件組成3.輸入/輸出模塊PLC的輸入/輸出模塊是PLC與工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備相連接的端口，輸入和輸出信號(hào)可以是開關(guān)量或模擬量，其接口是內(nèi)部弱電信號(hào)與工業(yè)強(qiáng)大信號(hào)聯(lián)系的橋梁。

輸入/輸出模塊主要起隔離保護(hù)和信號(hào)調(diào)理作用。一、PLC的硬件組成3.輸入/輸出模塊輸入模塊01輸入模塊是PLC內(nèi)部輸入接口電路，其作用是將PLC外部電路提供的、符合PLC輸入電路要求的電壓信號(hào)，通過光耦電路送到PLC內(nèi)部電路。根據(jù)常用輸入接口電路電壓類型和電路形式的不同，輸入接口分為直流輸入式和交流輸入式兩類。一、PLC的硬件組成3.輸入/輸出模塊輸出模塊02

輸出模塊是PLC輸出接口電路，用來將CPU運(yùn)算的結(jié)果傳送給輸出端的電路元件，以控制其接通或斷開，從而驅(qū)動(dòng)被控負(fù)載。

依據(jù)不同負(fù)載工作電路，PLC輸出接口電路有繼電器式輸出（relayoutput）、晶閘管式輸出（thyristoroutput）和晶體管式輸出（transistoroutput）三種類型。一、PLC的硬件組成3.輸入/輸出模塊公共端點(diǎn)03

通常在PLC內(nèi)部將一組輸入/輸出電路的公共端連在一起，共用一個(gè)公共端點(diǎn)（publicendpoints），以減少PLC的外部接線。PLC一般以三四個(gè)輸出或輸入接點(diǎn)為一組，在PLC內(nèi)部連成一個(gè)輸出公共端，公共端點(diǎn)之間是絕緣隔離的。分組后，不同的負(fù)載可以采用不同的驅(qū)動(dòng)電源。一、PLC的硬件組成4.其他組成部分I/O擴(kuò)展接口電路可連接I/O擴(kuò)展單元，可以用來擴(kuò)充開關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)和增加模擬量I/O端子。外設(shè)通信接口電路可連接手持編程器等外設(shè)，并能組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)等功能。電源等知識(shí)點(diǎn)3PLC的軟件系統(tǒng)一、概述二、PLC的系統(tǒng)程序（1）概念：系統(tǒng)程序與PLC的硬件組成有關(guān)，由PLC制造廠商設(shè)計(jì)編寫，并直接固化在ROM、PROM或EPROM中，不允許用戶進(jìn)行更改。（2）功能：完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運(yùn)算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供PLC運(yùn)行的平臺(tái)。二、PLC的系統(tǒng)程序（3）構(gòu)成：三、PLC的用戶程序（1）概念：用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制的需要，用PLC的程序語言編制的應(yīng)用程序，用以實(shí)現(xiàn)各種控制要求。（2）用戶程序的存儲(chǔ)：用戶程序由用戶編寫后，可通過編程器寫入到PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。用戶程序存儲(chǔ)器常用的有RAM、EPROM或EEPROM等類型。三、PLC的用戶程序（3）PLC的編程語言：梯形圖、語句表、功能塊圖、順序功能圖、結(jié)構(gòu)文本。知識(shí)點(diǎn)4PLC的工作原理一、PLC的工作方式PLC的CPU采取循環(huán)掃描工作方式執(zhí)行用戶任務(wù)。PLC的CPU掃描工作過程二、PLC循環(huán)掃描工作的各個(gè)階段（1）執(zhí)行CPU自診斷階段。每次掃描開始，PLC先執(zhí)行一次自診斷程序，對各輸入/輸出點(diǎn)、存儲(chǔ)器和CPU等進(jìn)行診斷。（2）處理通信請求階段。診斷結(jié)束后，如果沒有發(fā)現(xiàn)故障，PLC將繼續(xù)往下掃描，檢查是否有編程器等的通信請求。如果有故障就進(jìn)行相應(yīng)的處理，如接受編程器的命令，把要顯示的狀態(tài)數(shù)據(jù)、出錯(cuò)信息送給編程器顯示等。（3）讀輸入階段，又稱輸入采樣或輸入掃描。PLC在開始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序?qū)⑺休斎攵俗有盘?hào)讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個(gè)過程就稱為輸入掃描，或輸入采樣。二、PLC循環(huán)掃描工作的各個(gè)階段（4）執(zhí)行程序階段。完成輸入掃描工作后，CPU將按順序?qū)?號(hào)地址開始的指令逐條掃描執(zhí)行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲取所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理，再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入輸出映像寄存器中保存。（5）寫輸出階段，又稱為輸出刷新。在每個(gè)掃描周期的結(jié)尾，CPU把存放在輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)寫入輸出鎖存器中進(jìn)行輸出，驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備。三、PLC的掃描周期（1）概念：PLC的每個(gè)工作循環(huán)時(shí)間，即程序運(yùn)行一次所經(jīng)歷的時(shí)間稱為PLC的一個(gè)機(jī)器掃描周期，簡稱掃描周期。（2）影響掃描周期的因素： CPU的時(shí)鐘速度 PLC的I/O數(shù)量

程序的長度三、工作原理小結(jié)任務(wù)實(shí)施本任務(wù)采用PLC做控制器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制。在系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行時(shí)，打開程序狀態(tài)監(jiān)視功能。請認(rèn)真觀察操作正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕、反轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕、停止按鈕時(shí)，PLC的輸入輸出指示燈的亮滅情況以及用戶程序中各元件的通斷狀態(tài)和輸出元件的邏輯結(jié)果。結(jié)合觀察結(jié)果進(jìn)一步加深對PLC工作的原理和循環(huán)掃描模式的理解。一、任務(wù)描述要完成“PLC控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行”任務(wù)，通常包括分析設(shè)備工作過程、明確輸入輸出元件、分配I/O元件地址、選擇性價(jià)比合適的電路硬件、設(shè)計(jì)電路原理圖，完成硬件電路接線、設(shè)計(jì)控制程序和電路運(yùn)行調(diào)試等方面工作。由于初學(xué)，在這里簡要分析設(shè)備工作過程、明確輸入輸出元件、分配I/O元件地址、設(shè)計(jì)電路原理圖等環(huán)節(jié)，重點(diǎn)觀察系統(tǒng)調(diào)試過程。二、任務(wù)實(shí)施輸入元件地址分配輸出元件地址分配輸入地址功能