電工電子技術(shù)教學(xué)課件作者謝國民16.ppt

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1、第16章可編程控制器16.1PLC概述及其工作原理16.2PLC的指令系統(tǒng)和編程元件16.3梯形圖的時序設(shè)計方法返回１６.１PLC概述及其工作原理１６.１.１PLC的硬件結(jié)構(gòu)PLC的型號眾多,功能和指令集也不盡相同.但是,它們的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理都是基本相似的.PLC控制系統(tǒng)與一般的計算機(jī)控制系統(tǒng)一樣,也是由硬件和軟件兩大部分構(gòu)成.其中硬件包括中央處理器CPU、存儲器、輸入/輸出單元、電源、編程器等部分組成.中央處理器CPU、存儲器、輸入/輸出單元為PLC的基本組成部分.可選部件由編程器、外存儲器、模擬數(shù)字I/O接口、通信接口、擴(kuò)展接口、測試設(shè)備等組成.軟件

2、指管理PLC的系統(tǒng)軟件、用戶編寫的PLC應(yīng)用程序、編程語言和編程支持工具等.其硬件結(jié)構(gòu)如圖１６-１所示.下一頁返回１６.１PLC概述及其工作原理１．CPU模塊CPU模塊是可編程控制器的核心,它相當(dāng)于一般計算機(jī)系統(tǒng)的主板,它由中央處理器CPU芯片、存儲器、通信接口、系統(tǒng)總線等構(gòu)成.１)CPU芯片CPU芯片是PLC的控制中樞,它由邏輯控制器和邏輯運(yùn)算器構(gòu)成.其中邏輯控制器是用來統(tǒng)一指揮和控制PLC工作的部件.運(yùn)算器則是進(jìn)行邏輯、算術(shù)等運(yùn)算的部件.CPU的具體作用如下:(１)執(zhí)行接收、存儲用戶程序的操作指令.(２)以掃描方式接收來自輸入單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息,并存入

3、相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲區(qū).(３)執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序.完成數(shù)據(jù)和信息的處理,產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)部控制信號,完成用戶指令規(guī)定的各種操作.上一頁下一頁返回１６.１PLC概述及其工作原理(４)診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤.(５)響應(yīng)外部設(shè)備(如編程器、打印機(jī))的請求并將運(yùn)算結(jié)果送到輸出端口,去驅(qū)動各種外圍設(shè)備的運(yùn)行.各公司的可編程控制器采用的CPU芯片的類型不同.大部分采用８位或１６位CPU.典型CPU如:通用處理器:如Intel８０８６、８０１８６及Pentium系列芯片.單片微處理器:如IntelMCS－９６系列、MotorolaMC６８B０９

4、系列等.位片式微處理器:如AMD２９００系列.上一頁下一頁返回１６.１PLC概述及其工作原理對大型PLC,一些廠家采用了冗余技術(shù),即采用雙CPU或三CPU工作,進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性.２)存儲器PLC的存儲器主要分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器,用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)等.(１)系統(tǒng)程序存儲器PLC系統(tǒng)程序決定了PLC的基本功能,該部分程序由PLC制造廠家編寫并固化在系統(tǒng)程序存儲器中,主要有系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和功能程序與系統(tǒng)程序調(diào)用等部分.系統(tǒng)管理程序主要控制PLC的運(yùn)行,使PLC按正確的次序工作;用戶指令解釋程序?qū)LC

5、的用戶指令轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言指令,傳輸?shù)紺PU內(nèi)執(zhí)行;功能程序與系統(tǒng)程序調(diào)用則負(fù)責(zé)調(diào)用不同的功能子程序及其管理程序.上一頁下一頁返回１６.１PLC概述及其工作原理系統(tǒng)程序?qū)儆谛栝L期保存的重要數(shù)據(jù),所以其存儲器采用ROM或EPROM.ROM是只讀存儲器,該存儲器只能讀出內(nèi)容,不能寫入內(nèi)容,ROM具有非易失性,即電源斷開后仍能保存已存儲的內(nèi)容.EPROM為電可擦除只讀存儲器,須用紫外線照射芯片上的透鏡窗口才能擦除已寫入內(nèi)容.此外,系統(tǒng)程序存儲器比較常用電可擦除可編程只讀存儲器E２PROM.(２)用戶程序存儲器用戶程序存儲器用于存放用戶所編寫的PLC應(yīng)用程序,載入初期

6、的用戶程序因需修改與調(diào)試,所以稱為用戶調(diào)試程序,存放在可以隨機(jī)讀寫操作的隨機(jī)存取存儲器RAM內(nèi)以方便用戶修改與調(diào)試.上一頁下一頁返回１６.１PLC概述及其工作原理通過修改與調(diào)試后的程序稱為用戶執(zhí)行程序,由于不需要再作修改與調(diào)試,所以用戶執(zhí)行程序就被固化到EPROM內(nèi)長期使用.(３)數(shù)據(jù)存儲器PLC運(yùn)行過程中需生成或調(diào)用中間結(jié)果數(shù)據(jù)(如輸入/輸出元件的狀態(tài)數(shù)據(jù)、定時器、計數(shù)器的預(yù)置值和當(dāng)前值等)和組態(tài)數(shù)據(jù)(如輸入/輸出組態(tài)、設(shè)置輸入濾波、脈沖捕捉、輸出表配置、定義存儲區(qū)保持范圍、模擬電位器設(shè)置、高速計數(shù)器配置、高速脈沖輸出配置、通信組態(tài)等),這類數(shù)據(jù)存放在工作

7、數(shù)據(jù)存儲器中,由于工作數(shù)據(jù)與組態(tài)數(shù)據(jù)不斷變化,且不需要長期保存,所以采用隨機(jī)存取存儲器RAM.RAM是一種高密度、低功耗的半導(dǎo)體存儲器,可用鋰電池作為備用電源,一旦斷電就可通過鋰電池供電,保持RAM中的內(nèi)容.上一頁下一頁返回１６.１PLC概述及其工作原理２.輸入/輸出(I/O)模塊輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊,是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件.PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù),以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控制對象進(jìn)行控制的依據(jù);同時PLC又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對象,以實(shí)現(xiàn)控制目的.I/O模塊直接與系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備相連,I/

8、O模塊上各I/O點(diǎn)通斷狀態(tài)用發(fā)光二極管顯示,外部接線