PLC 技術(shù)培訓(xùn)班 (第1講)基本原理ppt課件

1、熱 烈 歡 迎中核集團(tuán)的指點(diǎn)和工程師們！北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研討所熱 烈 歡 迎參與PLC技術(shù)培訓(xùn)班的全體學(xué)員！北京精誠(chéng)智合教學(xué)科技第1講可編程控制器的根本原理第2講STEP 7編程軟件第3講PLC 指令系統(tǒng)引見上機(jī)練習(xí)第4講IEC 61131-3編程言語規(guī)范第5講現(xiàn)場(chǎng)總線上機(jī)練習(xí)第6講WinCC組態(tài)軟件培 訓(xùn) 計(jì) 劃 技術(shù)培訓(xùn)班第1講PLC概略和根本原理陳忠華 教授: chenzhhriamb.acPLC的發(fā)明和開展過程 PLC 可編程控制器是上個(gè)世紀(jì)60年代開展起來的一種新型自動(dòng)化控制安裝。最早是用于替代傳統(tǒng)的繼電器控制安裝，功能上只需邏輯計(jì)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)以及順序控制等，而且只能進(jìn)展開關(guān)量控

2、制。因此，其英文原名為“Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱PLC，中文稱“可編程邏輯控制器。后來，隨著技術(shù)的提高，其控制功能曾經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制的范疇，其稱號(hào)也就改為“Programmable Controller，簡(jiǎn)稱PC。但PC又容易與個(gè)人計(jì)算機(jī)“Personal Computer的簡(jiǎn)稱PC產(chǎn)生混淆，所以近年來人們又傾向于運(yùn)用PLC這一簡(jiǎn)稱，中文依然稱“可編程控制器。 PLC的發(fā)明過程 上個(gè)世紀(jì)60年代，由于美國(guó)汽車工業(yè)需求進(jìn)展大規(guī)模的技術(shù)改造和設(shè)備更新，由傳統(tǒng)的繼電器控制安裝來進(jìn)展控制，不僅體積龐大，缺點(diǎn)率高，柔性差，不靈敏，耗能，而且調(diào)試?yán)щy，可靠性也差年

3、由美國(guó)通用汽車公司提出運(yùn)用新一代控制器的想象從用戶的角度思索，該公司對(duì)新一代控制器提了點(diǎn)要求，為各大公司提供了明確的開發(fā)目的次年，就由美國(guó)DEC數(shù)字設(shè)備公司首先研制勝利第一臺(tái)可編程邏輯控制器PDP-14差不多同時(shí)，美國(guó)MODICON公司也研制出084控制器它們的問世，引起了全世界的矚目，美國(guó)的其他公司和西歐，日本等工業(yè)興隆國(guó)家，也相繼研討開發(fā)出類似的產(chǎn)品PLC的開展過程 由于PLC汲取微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的最新成果，因此，開展非常迅速，從單機(jī)自動(dòng)化到整條消費(fèi)線的自動(dòng)化，乃至整個(gè)工廠的消費(fèi)自動(dòng)化，從柔性制造系統(tǒng)，工業(yè)機(jī)器人到大型分散型控制系統(tǒng)，PLC均擔(dān)當(dāng)著重要角色。 PLC技術(shù)代表了當(dāng)今電氣

4、程序控制的最先進(jìn)程度。經(jīng)過PLC與各種單元自動(dòng)化安裝例如，智能儀表、數(shù)字化傳動(dòng)安裝、智能的液壓和氣動(dòng)閥組等以及現(xiàn)場(chǎng)總線、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，構(gòu)成了車間和工廠自動(dòng)化的完好體系。PLC的運(yùn)用范圍廣泛可編程控制器運(yùn)用非常廣泛，近年來對(duì)國(guó)內(nèi)進(jìn)展的調(diào)查，在各個(gè)領(lǐng)域運(yùn)用分布大致如下：鋼鐵和有色冶金 35汽車和機(jī)械制造 20%輕工，食品，包裝，造紙16%化工，石油，工藝過程13%交通運(yùn)輸，礦山7%能源，電站，泵站，水處置7%科研實(shí)驗(yàn)，教學(xué)2%PLC發(fā)明之前傳統(tǒng)控制安裝的缺陷 在PLC發(fā)明之前，在工業(yè)控制的順序控制領(lǐng)域內(nèi)，經(jīng)常采用諸如繼電器，鼓式開關(guān)，紙帶閱讀器等機(jī)械，電氣式器件作為控制元件，尤其是控制繼電器，在

5、離散制造過程控制領(lǐng)域內(nèi)，成為開關(guān)控制系統(tǒng)中最廣泛運(yùn)用的器件但是，隨著工業(yè)現(xiàn)代化的開展，消費(fèi)規(guī)模越來越大，勞動(dòng)消費(fèi)率及產(chǎn)質(zhì)量量的要求在不斷提高，對(duì)于控制系統(tǒng)的可靠性也提出了更高的要求，原有繼電器控制系統(tǒng)已不順應(yīng)需求，究其緣由是：動(dòng)作緩慢，壽命短，可靠性差，體積大，耗電多，設(shè)計(jì)制造周期長(zhǎng)，程序修正費(fèi)時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)對(duì)話在工業(yè)控制領(lǐng)域需求一種新的控制器 到60年代后期，雖然小型計(jì)算機(jī)已日趨完善，運(yùn)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展，但小型計(jì)算機(jī)用于開關(guān)控制系統(tǒng)，又顯然存在著大馬拉小車的形狀，這是由于小型計(jì)算機(jī)：編程復(fù)雜，要求有較高程度的編程人員和操作人員，需求配套非規(guī)范的外部接口，對(duì)環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)條件的要求過高，功

6、能過剩，機(jī)器資源未能充分利用，造價(jià)高昂。PLC適宜于新的控制要求 需求與能夠，促使人們尋求新的出路，PLC即應(yīng)運(yùn)而生它首先運(yùn)用于美國(guó)的汽車工業(yè)，這時(shí)的PLC，用了固態(tài)集成電路來替代繼電器邏輯電路，用存儲(chǔ)器電路中的存儲(chǔ)數(shù)位程序來替代繼電器系統(tǒng)的布線，以程序來規(guī)定邏輯關(guān)系；用固態(tài)I/O電路來檢測(cè)按鈕和限位開關(guān)的信號(hào)，給出輸出以控制電機(jī)和其它執(zhí)行機(jī)構(gòu) PLC控制器具有一些新的特點(diǎn) 這時(shí)的PLC系統(tǒng)已開場(chǎng)具有如下一些特點(diǎn)： 環(huán)境順應(yīng)性較強(qiáng)，可以運(yùn)用于車間現(xiàn)場(chǎng), 有較高的可靠性和診斷才干，維修容易, 根天性順應(yīng)不同的制造過程所需，柔性度有了較 大提高，只需改動(dòng)系統(tǒng)中的程序即可改動(dòng)控制 邏輯，而無需改造或

7、改換控制硬件等微處置器開場(chǎng)引入PLC領(lǐng)域 自1976年以來，微處置器開場(chǎng)引入PLC領(lǐng)域，大大加強(qiáng)了PLC的作用，使PLC由簡(jiǎn)單地替代繼電器電路，而開展為先進(jìn)的控制安裝當(dāng)今PLC具有采集與處置大量數(shù)據(jù)，完成數(shù)學(xué)運(yùn)算，與其它智能器件通訊的才干，以及具有先進(jìn)的人機(jī)對(duì)話手段如鍵盤，CRT和語音對(duì)話,近年來由于現(xiàn)場(chǎng)總線理念的出現(xiàn)和相關(guān)規(guī)范的建立，以及產(chǎn)品的迅速開展， PLC成為現(xiàn)場(chǎng)總線的一個(gè)重要組成部分，進(jìn)一步擴(kuò)展了PLC的運(yùn)用領(lǐng)域PLC的運(yùn)用迅速得到擴(kuò)展 由于PLC同時(shí)提高了功能和柔性度，使其運(yùn)用迅速增長(zhǎng)，并普及到許多其它離散零件制造工業(yè)領(lǐng)域以及隨后又?jǐn)U展到批量消費(fèi)和延續(xù)消費(fèi)過程有關(guān)的工業(yè)領(lǐng)域隨著CI

8、MS計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的開展，PLC當(dāng)前還被人們用于工廠通訊網(wǎng)絡(luò)之中，與其它智能控制器和計(jì)算機(jī)系一致同，成為計(jì)算機(jī)綜合控制系統(tǒng)中的重要組成部分，特別是單元級(jí)和任務(wù)站級(jí)PLC的開展閱歷了三個(gè)階段 第一階段：開發(fā)的PLC容量較小，I/O點(diǎn)數(shù)小于120點(diǎn)用戶存儲(chǔ)區(qū)容量在2KB左右，掃描速率為2050ms/KB,指令較為簡(jiǎn)單，只需邏輯運(yùn)算，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)等，編程言語采用簡(jiǎn)單的語句表言語運(yùn)用上，主要用來作開關(guān)量控制 第二階段：PLC的容量有所擴(kuò)展，I/O點(diǎn)數(shù)從512點(diǎn)至1024點(diǎn)，用戶程序存儲(chǔ)區(qū)擴(kuò)展到8KB以上，速率也有提高，掃描速率到達(dá)56ms/KB,指令功能除了根本的邏輯運(yùn)算，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)外，還添加了算術(shù)

9、運(yùn)算指令，比較指令，以及模擬量處置指令等，輸入輸出類型也由純開關(guān)量I/O，擴(kuò)展為帶模擬量的I/O編程言語除了運(yùn)用語句表外，還可以運(yùn)用梯形圖編程言語PLC的開展閱歷了三個(gè)階段 第三階段：進(jìn)入80年代以來，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛開展，以16位和32位微處置器構(gòu)成的PLC得到驚人的開展，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了上述兩階段的產(chǎn)品使PLC在概念，設(shè)計(jì)，性能價(jià)錢比以及運(yùn)用方面都有了新的突破這一階段的產(chǎn)品向大型和小型兩個(gè)方向開展大型產(chǎn)品的I/O點(diǎn)數(shù)，超出4000點(diǎn)，有些產(chǎn)品到達(dá)8000個(gè)I/O點(diǎn)，用戶存儲(chǔ)區(qū)容量超越32KB，配置有各種智能模塊例如，溫度控制模塊，軸定位模塊，過程控制模塊等和通

10、訊模塊，掃描速率也大大提高，到達(dá)0.47ms/KB。 PLC的開展閱歷了三個(gè)階段 第三階段PLC的指令功能，除了根本的邏輯運(yùn)算，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)，順序控制外，還有算術(shù)浮點(diǎn)運(yùn)算指令，PID調(diào)理功能指令，圖形組態(tài)功能指令，網(wǎng)絡(luò)和通訊指令等編程言語普遍采用梯形圖言語，同時(shí)也運(yùn)用語句表和順序功能圖言語典型的有GRAFCET言語為了提高系統(tǒng)的可靠性，設(shè)計(jì)上思索了容錯(cuò)技術(shù)和冗余技術(shù)等這一階段的小型產(chǎn)品向超小型化和加強(qiáng)型功能開展，有16點(diǎn)I/O，24點(diǎn)I/O的整體型小型PLC，在小型PLC上配置模擬量I/O，通訊口，高速計(jì)數(shù)，指令上也設(shè)置有算術(shù)運(yùn)算，比較指令以及PID調(diào)理指令小型PLC運(yùn)用的手握式編程器運(yùn)用大面積

11、液晶顯示器，也可以用梯形圖和GRAFCET言語進(jìn)展編程PLC的軟件也得到進(jìn)一步的改良 這一階段PLC的軟件設(shè)計(jì)也有很大改良，普遍實(shí)現(xiàn)了軟件模塊化設(shè)計(jì)，在PLC產(chǎn)品上提供大量的通用和公用軟件功能模塊，用戶經(jīng)過簡(jiǎn)單的功能調(diào)用就可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制義務(wù)，給運(yùn)用帶來極大的方便運(yùn)用的編程器越來越完善，公用編程器實(shí)踐上曾經(jīng)是一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)離線編程或在線編程及監(jiān)控，程序打印以及程序固化，實(shí)現(xiàn)圖形組態(tài)，可以聯(lián)網(wǎng)即掛在PLC網(wǎng)絡(luò)上。有些編程器還可以運(yùn)用高級(jí)言語。 PLC曾經(jīng)成為控制領(lǐng)域的最重要手段 除了公用編程器外，很多PLC可以運(yùn)用通用的筆記本電腦實(shí)現(xiàn)編程，開發(fā)一些公用軟件，充分利用個(gè)人計(jì)算機(jī)的才干，完

12、成各種高級(jí)的編程功能，省卻了公用編程器，既便于推行又節(jié)省投資隨著技術(shù)的提高，PLC的功能越來越強(qiáng)，運(yùn)用范疇越來越廣，與其它工業(yè)控制機(jī)，例如，分散型控制系統(tǒng)DCS的界限曾經(jīng)不十清楚顯，很多以往必需由分散型控制系統(tǒng)來完成的控制，如今用PLC都能實(shí)現(xiàn)，因此在運(yùn)用上交錯(cuò)曾經(jīng)成為普遍景象PLC的定義和硬件、軟件的根本構(gòu)成 根據(jù)IEC規(guī)范，給PLC下的定義： 它是在工業(yè)環(huán)境中運(yùn)用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)，它運(yùn)用可編程存儲(chǔ)器內(nèi)部?jī)?chǔ)存用戶設(shè)計(jì)的指令，這些指令用來實(shí)現(xiàn)特殊的功能，諸如邏輯運(yùn)算，順序操作，定時(shí)，計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算和經(jīng)過數(shù)字或模擬輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械或過程。PLC控制器的特點(diǎn) 1. 控制程序可變，

13、具有很好的柔性，在消費(fèi)工藝流程改動(dòng)或消費(fèi)設(shè)備更新的情況下，不用改動(dòng)PLC的硬設(shè)備，只需改動(dòng)程序就可滿足要求因此，除單機(jī)控制外，PLC在柔性制造單元FMC,柔性制造系統(tǒng)FMS，以致工廠自動(dòng)化FA中也被大量采用 2. 具有高度可靠性，適用于工業(yè)環(huán)境，PLC產(chǎn)品的平均缺點(diǎn)間隔時(shí)間MTBF普通可到達(dá)5年以上，因此是一種高度可靠的工業(yè)產(chǎn)品，大大提高了消費(fèi)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率PLC不要求公用設(shè)備的機(jī)房，這為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的大量直接運(yùn)用提供了方便PLC控制器的特點(diǎn) 3.功能完善現(xiàn)代PLC具有數(shù)字和模擬量輸入輸出，邏輯和算術(shù)運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)數(shù)，順序控制，PID調(diào)理，各種智能模塊，遠(yuǎn)程I/O模塊，通訊，人機(jī)對(duì)話，自診斷，記錄

14、和圖形顯示，組態(tài)等功能除了適用于離散型開關(guān)量控制系統(tǒng)外，如今也能運(yùn)用于延續(xù)的流程控制系統(tǒng)，從而使設(shè)備的控制程度大大提高。PLC控制器的特點(diǎn) 4. 易于掌握，便于維修，由于PLC運(yùn)用編程器進(jìn)展編程和監(jiān)控，運(yùn)用人員只需掌握工程上通用的梯形圖言語或語句表，流程圖就可進(jìn)展用戶程序的編制和測(cè)試因此，即使不太懂得計(jì)算機(jī)的操作人員，也能掌握和運(yùn)用PLC也由于PLC有完善的自診斷功能，輸入輸出均有明顯的指示，在線監(jiān)控軟件的功能很強(qiáng)，因此，很容易進(jìn)展維修，能很快查找出缺點(diǎn)的緣由PLC本身高可靠性也保證了缺點(diǎn)的幾率是很低的體積小，省電，與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，PLC的體積很小，一臺(tái)收錄機(jī)一樣大小的PLC具有相當(dāng)于三

15、個(gè)1.8m高繼電器控制柜的功能PLC耗費(fèi)的電能只是傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的1/3至1/2 。PLC控制器的特點(diǎn) 5. 價(jià)錢低廉隨著集成電路芯片功能的提高，價(jià)錢的降低，可編程控制器硬件的價(jià)錢也不斷不斷地在下降根據(jù)最近市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，國(guó)外小型PLC平均每一個(gè)I/O點(diǎn)為14-20美圓，中型PLC折算每個(gè)I/O點(diǎn)為20-35美圓，大型PLC折算每個(gè)I/O點(diǎn)為40-80美圓雖然PLC的軟件價(jià)錢在系統(tǒng)中所占的比重在不斷提高，但由于縮短了整個(gè)工程工程的設(shè)計(jì)，編程和投運(yùn)費(fèi)用以及縮短了整個(gè)投運(yùn)周期，因此，運(yùn)用PLC的總造價(jià)是低廉的，而且還呈不斷下降的趨勢(shì)PLC的硬件體系PLC的任務(wù)原理 PLC控制的對(duì)象是“過程或“機(jī)械，由傳感

16、器采集“過程或“機(jī)械的信息，送入PLC的輸入單元，經(jīng)PLC的中央處置單元處置，結(jié)果經(jīng)過PLC的輸出單元驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制“過程或“機(jī)械到達(dá)預(yù)期的目的圖2.1還表示了PLC的外部設(shè)備接口與外部設(shè)備之間的聯(lián)絡(luò)主要的外部設(shè)備有編程器編程器上配置有顯示單元， HMI人機(jī)接口，并行打印機(jī)，其它PLC或上位計(jì)算機(jī)從原理上講，PLC是計(jì)算機(jī)的一種，因此，它也由中央處置器，中央存儲(chǔ)器和接口三部分組成PLC的中央處置單元CPU的構(gòu)造 PLC的中央處置單元CPU的構(gòu)造中央處置單元的中心是中央處置器中央處置器包含指令計(jì)數(shù)器，指令存儲(chǔ)器和地址 存放器，變址和基址存放器，累加器和通用存放器除了中央處置器外，還

17、有中央存儲(chǔ)器，中央存儲(chǔ)器劃分成數(shù)據(jù)，程序和監(jiān)控三部分?jǐn)?shù)據(jù)部分包含有輸入變量，中間變量和輸出變量的映像區(qū)監(jiān)控部分存放PLC的監(jiān)控程序，用戶程序區(qū)存放假設(shè)干個(gè)用戶的運(yùn)用程序塊CPU和中央存儲(chǔ)器 PLC中的CPU是用來完成對(duì)某些不同類型的信息進(jìn)展操作的單元這些操作包括信息的轉(zhuǎn)移，信息的轉(zhuǎn)換碼的轉(zhuǎn)換，數(shù)字的轉(zhuǎn)換，計(jì)算，同步，譯碼等中央處置器Processor是CPU中的智能機(jī)構(gòu)電腦它是用來控制程序指令的操作的，處置器本身由假設(shè)干種存放器組成存放器是由邏輯電路組成的高速半導(dǎo)體存儲(chǔ)器暫存器，它用來暫時(shí)存放數(shù)據(jù)，外部信息或中間運(yùn)算結(jié)果和對(duì)它們進(jìn)展操作。PLC CPU 內(nèi)部的主要的存放器1. 內(nèi)部存放器只能在

18、計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)展存取，允許內(nèi)部的管理和控制操作程序計(jì)數(shù)器有時(shí)也稱做“程序指針，它一直包含有當(dāng)前正在執(zhí)行指令的地址，在每一條指令執(zhí)行終了時(shí)，指針的值將被修正，自動(dòng)地加1只需在執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令時(shí)是例外指針將被放置新的下一條執(zhí)行指令的地址2. 指令存儲(chǔ)器由“程序指針?biāo)赶虻闹醒氪鎯?chǔ)器中的當(dāng)前指令的操作碼Operation code，被送至指令存放器經(jīng)過譯碼，在時(shí)鐘脈沖控制下，指令存放器將執(zhí)行指令：從中央存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)移信息到通用存放器或取相反過程對(duì)于執(zhí)行的是跳轉(zhuǎn)指令，假設(shè)命令是正向跳動(dòng)n，那么執(zhí)行指令的結(jié)果是強(qiáng)迫程序計(jì)數(shù)器增量加nPLC CPU 內(nèi)部的主要的存放器3. 地址存放器在指令存放器獲得操作碼OC的同時(shí)

19、，地址存放器獲得同一指令的操作數(shù)地址Operand address在普通情況下，地址存放器涉及的就是操作數(shù)的地址，但在轉(zhuǎn)移指令的情況下，由它決議信息轉(zhuǎn)移的途徑例如，在執(zhí)行向前跳動(dòng)n的指令時(shí)，地址存放器就包含數(shù)據(jù)值n，執(zhí)行指令是將程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容與地址存放器的內(nèi)容相加，再送回程序計(jì)數(shù)器PLC CPU 內(nèi)部的主要的存放器4. 形狀存放器形狀存放器是用來設(shè)置形狀位的某個(gè)形狀位決議于處置器對(duì)某一事件將予以思索或不予思索，例如，對(duì)中斷優(yōu)先權(quán)的制止或屏蔽5.通用存放器通用存放器是用戶在編制運(yùn)用程序時(shí)可以運(yùn)用的一組存放器，它們中的某些是非常特殊的，另一些那么是普通的存放器，它的數(shù)量和組織取決于PLC設(shè)計(jì)者的

20、選擇PLC CPU 內(nèi)部的主要的存放器6. 變址存放器變址存放器包含一潛在的基地址，當(dāng)采用變址尋址方式時(shí)，是將預(yù)先存放在變址存放器中的絕對(duì)基地址，與地址存放器中存放的操作數(shù)地址OA部分相加，得到指令中所要存取信息的地址這樣一種技術(shù)可以擴(kuò)展尋址的范圍與地址存放器有限的地址長(zhǎng)度相比可擴(kuò)展至更大的范圍，但執(zhí)行指令時(shí)間較長(zhǎng)7. 累加器存放器它是用來執(zhí)行CPU的指令的，對(duì)PLC來說，這些指令典型的有按位執(zhí)行和按字執(zhí)行對(duì)某些PLC類型，只需單一的累加器，位是作為字的一個(gè)位來處置的，對(duì)另一些PLC系統(tǒng)，邏輯運(yùn)算和數(shù)字運(yùn)算是分開在不同的累加器進(jìn)展的PLC的存儲(chǔ)器系統(tǒng)處置PLC系統(tǒng)信息的存儲(chǔ)器通常分為兩大部分：

21、中央存儲(chǔ)器和大容量存儲(chǔ)器硬盤，軟磁盤，磁帶，F(xiàn)lash memory等大容量存儲(chǔ)器普通作為PLC的外部設(shè)備中央存儲(chǔ)器有很高的存取速度，但由于價(jià)錢較昂貴，限制了它的運(yùn)用容量；大容量存儲(chǔ)器雖然存取速度較慢，但由于價(jià)錢相對(duì)廉價(jià)，適于儲(chǔ)存大容量數(shù)據(jù)中央存儲(chǔ)器在PLC的內(nèi)部，普通由三部分組成由于對(duì)存取速度有要求，所以都采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，常用的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器有靜態(tài)RAM，EPROM和E2PROMPLC的存儲(chǔ)器系統(tǒng)1. 中央存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)部分主要用作輸入變量，輸出變量，中間變量的映像區(qū)，由于在PLC的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，這部分變量是不斷變化的，所以都是采用隨機(jī)存取存儲(chǔ)器普通為靜態(tài)RAM構(gòu)成的2. 監(jiān)控程序或操作系統(tǒng)，是

22、PLC設(shè)計(jì)者為了給用戶運(yùn)用PLC提供方便，其功能是對(duì)PLC及其外設(shè)進(jìn)展資源管理，同時(shí)使PLC的用戶編制運(yùn)用程序時(shí)，可以運(yùn)用級(jí)別較高的言語例如，語句表，梯形圖或SFC控制圖形言語等普通監(jiān)控程序或操作系統(tǒng)都是駐留在中央存儲(chǔ)器中的，例如，固化在中央存儲(chǔ)器的EPROM上，有一些PLC運(yùn)用較大的操作系統(tǒng)，那么除了駐留在中央存儲(chǔ)器上的軟件外，還有一部分軟件放在外設(shè)的大容量存儲(chǔ)器中PLC的存儲(chǔ)器系統(tǒng)3. 中央存儲(chǔ)器中的用戶運(yùn)用軟件是用戶針對(duì)不同的控制義務(wù)，用PLC編程言語編制的運(yùn)用程序，放置在中央存儲(chǔ)器的用戶存儲(chǔ)器區(qū)有些用戶存儲(chǔ)區(qū)可以放置假設(shè)干個(gè)運(yùn)用程序塊由于運(yùn)用程序在調(diào)試過程中要不斷修正，又希望在掉電或正

23、常關(guān)機(jī)時(shí)，這部分程序不會(huì)喪失，因此，在中央存儲(chǔ)器中常用帶后備電池的CMOSRAM作用戶存儲(chǔ)器區(qū)也可以用E2PROM存放運(yùn)用程序假設(shè)運(yùn)用程序經(jīng)調(diào)試后，不再需求改動(dòng)，這部分程序可以固化在EPROM中PLC 的尋址方式在CPU與中央存儲(chǔ)器交換信息的過程中，很重要的一點(diǎn)是存儲(chǔ)器的尋址，開展尋址技術(shù)的目的是在鍵入數(shù)據(jù)時(shí)添加靈敏性，使更為平安和得到更大地址范圍PLC系統(tǒng)中運(yùn)用的尋址方式有以下幾種：1. 立刻數(shù)尋址：這種尋址方式的操作數(shù)直接放置在指令的地址場(chǎng)中這種尋址方法，對(duì)簡(jiǎn)單的計(jì)算，例如，計(jì)算用戶程序的地址是很方便的2. 相對(duì)尋址：在指令的地址場(chǎng)中包含的是正的或負(fù)的整數(shù)，用它與現(xiàn)行地址例如，程序計(jì)數(shù)器的

24、值代數(shù)相加，得到指令的操作數(shù)的有效地址這種尋址方式在執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令，條件轉(zhuǎn)移指令或循環(huán)指令LOOP時(shí)是非常有用的PLC 的尋址方式3. 間接尋址：這種尋址方式的指令的地址場(chǎng)包含的是操作數(shù)所在單元的地址即指令的操作數(shù)有效地址的地址，用這種尋址方式，可以擴(kuò)展可尋址存儲(chǔ)器的范圍4. 變址或基址尋址：在變址存放器或通用存放器中，預(yù)先放置一基地址，將此與指令操作數(shù)地址場(chǎng)的內(nèi)容偏移量代數(shù)相加得到指令操作數(shù)的有效地址5. 組合尋址：上面所提到的某些尋址方式可組合起來構(gòu)成新的尋址方式，例如，相對(duì)變址尋址等與尋址方法有關(guān)的指令的構(gòu)造 PLC中的堆棧 在中央存儲(chǔ)器中，還有一種特殊的運(yùn)用區(qū)，稱為“堆?！岸褩Ｊ侵醒氪鎯?chǔ)

25、器中的一個(gè)特殊區(qū)域，用來存放程序執(zhí)行過程中的結(jié)果或者在子程序調(diào)用過程中用來維護(hù)“現(xiàn)場(chǎng)信息，以便子程序終了時(shí)能正確地前往在PLC中運(yùn)用的“堆棧主要有兩種方式：一種稱后進(jìn)先出堆棧LIFOlast in first out,另一種稱先進(jìn)先出堆棧FIFOFirst in first out圖2.4表示了這兩種 “堆棧在進(jìn)展棧操作時(shí)的數(shù)據(jù)位置PLC中的堆棧構(gòu)造PLC中的堆棧構(gòu)造PLC I/O擴(kuò)展構(gòu)造 1. 整體形非總線構(gòu)造:80年代，PLC的構(gòu)造多為組件式，由CPU，I/O及備用模塊等組合而成如今的小型，微型PLC構(gòu)造那么趨向于將CPU，存儲(chǔ)器與I/O做成一體形構(gòu)造，整體做成平板薄形，以追求低價(jià)錢和便于

26、安裝這種構(gòu)造的PLC往往采用非總線構(gòu)造，追求低價(jià)錢和小型化，其安裝方法也與過去不同，大多安裝到配電盤或機(jī)械之中，有的不用外殼，作成插件，以降低售價(jià)PLC I/O擴(kuò)展構(gòu)造 2. 總線形構(gòu)造大，中型以及一部分小型PLC通常采用總線形方式，可視用戶要求進(jìn)展組合以滿足不同要求，見圖2.5這種總線構(gòu)造有多種方式，有采用微機(jī)總線，例如VME總線，PC總線，或開發(fā)商的公用總線，例如Siemens公司的S5總線等，PLC的I/O總線擴(kuò)展可以有多種構(gòu)造方式，主要采用：并行本地總線串行遠(yuǎn)程通訊銜接 并行本地總線的PLC構(gòu)造 串型遠(yuǎn)程通訊構(gòu)造的PLCPLC 的I/O模板 中央處置器和中央存儲(chǔ)器經(jīng)過總線與輸入輸出I/

27、O交換信息PLC以輸入輸出接口從被控過程采集信息和用來控制被控過程因此I/O在PLC中起重要作用工業(yè)控制機(jī)通常運(yùn)用在比較惡劣，苛刻的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，這就對(duì)I/O提出比較高的要求雖然I/O摸板的電路并不非常復(fù)雜，但PLC用的I/O，工藝都非常講究，對(duì)于抑制工業(yè)環(huán)境帶來的干擾都采取了許多有效措施(要符合EMC 電磁兼容性規(guī)范)此外，為了用戶接線和檢查的方便，一切I/O摸板都帶有端子或方便可靠的接插座，以及標(biāo)志形狀的指示燈 PLC的任務(wù)原理本節(jié)用一個(gè)最簡(jiǎn)單的PLC來闡明其任務(wù)原理設(shè)有一臺(tái)PLC型號(hào)為L(zhǎng)EM,它有6種根本指令，指令見表2.4。表2.4 LEM PLC 的6種指令：PLC的任務(wù)原理PLC的任務(wù)

28、原理 從指令格式中可以看出指令的地址場(chǎng)包含9位2進(jìn)制數(shù)，允許尋址29 = 512位在LEMPLC中設(shè)置128位輸入變量Ui和128位輸出變量Yj，剩下256位保管作為中間變量Xk因此LEM的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器便箋式存儲(chǔ)器具有512位，以8進(jìn)制表示時(shí)，地址為0(O)至777(O)圖2.12表示了LEM的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組態(tài) PLC的任務(wù)原理 LEM的中央處置器包含一個(gè)程序計(jì)數(shù)器P或稱指令指針10位存放器，一個(gè)13位指令存放器I和一個(gè)邏輯累加器(A),最后還有一個(gè)4位后進(jìn)先出的堆棧LIFD圖2.13表示執(zhí)行指令的過程指令指針執(zhí)行完當(dāng)前指令后把指針數(shù)加1，指向下一條將執(zhí)行的指令如今指令指針中的內(nèi)容為1000(O)

29、2進(jìn)制碼為001 000 000 000,在程序存儲(chǔ)器用戶存儲(chǔ)區(qū)中地址為1000(O)單元處放置有指令I(lǐng)FU3，中央處置器將這條指令取入指令存放器I,這時(shí)(I)存放器的內(nèi)容為： PLC的任務(wù)原理PLC的任務(wù)原理 其地址場(chǎng)的內(nèi)容為000 000 011轉(zhuǎn)入地址存放器S，并取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器第3單元輸入變量U3的內(nèi)容送至累加器A這一過程是中央處置器根據(jù)指令中的操作碼0001，經(jīng)譯碼器譯碼后在時(shí)鐘的控制下進(jìn)展的以上僅僅是執(zhí)行一條指令的過程 下面闡明PLC怎樣運(yùn)用LIFO堆棧來完成一個(gè)梯形圖的梯節(jié)或一個(gè)布爾代數(shù)方程的表達(dá)式：PLC的任務(wù)原理 將上述邏輯方程或梯節(jié)寫成LEM PLC能執(zhí)行的程序，其程序表見表2

30、.5。 PLC的任務(wù)原理PLC的任務(wù)原理PLC的任務(wù)原理輸入變量，中間變量和輸出變量在數(shù)據(jù)儲(chǔ)器中的位置如表2.8所示。上面闡明了PLC執(zhí)行一條指令或一個(gè)邏輯方程用梯形圖表示時(shí)是一個(gè)梯節(jié)的過程 PLC的任務(wù)原理PLC與普通辦公用計(jì)算機(jī)有一個(gè)很大的不同點(diǎn)，就是PLC的程序是自動(dòng)循環(huán)執(zhí)行的，而普通計(jì)算機(jī)是按照命令執(zhí)行程序，程序終了后等待新的命令后一種任務(wù)方式稱異步任務(wù)方式因此，對(duì)PLC說來循環(huán)是一個(gè)非常重要的概念大部分PLC采用這樣的循環(huán)方式，程序一開場(chǎng)，掃描和采集輸入摸板上各輸入變量的數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)移到中央存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)區(qū)有時(shí)稱為便箋式存儲(chǔ)器或輸入映像區(qū)，接著執(zhí)行用戶的運(yùn)用程序，把邏輯運(yùn)算的結(jié)果送到便

31、箋式存儲(chǔ)器的輸出映像區(qū)，最后將輸出映像區(qū)的值送到輸出摸板去控制詳細(xì)的物理過程在處置完輸出轉(zhuǎn)移后，要進(jìn)展通訊程序處置，來完成編程命令或監(jiān)視命令然后又回到循環(huán)的起始點(diǎn)，掃描和采集輸入摸板 PLC的任務(wù)原理下面以一個(gè)邏輯控制器為例，進(jìn)一步闡明循環(huán)的概念，該控制器的配置如下：16塊輸入摸板，每塊摸板16個(gè)輸入點(diǎn)，總共256個(gè)輸入點(diǎn)16塊輸出摸板，每塊摸板16個(gè)輸出點(diǎn)，總共256個(gè)輸出點(diǎn)程序存儲(chǔ)器4KB一塊輸入板或輸出板的存取時(shí)間為29s，執(zhí)行1K字程序指令的時(shí)間為1.85ms這樣，整個(gè)的循環(huán)時(shí)間是8.3ms它是由兩個(gè)部分組成的：一部分的輸入輸出循環(huán)時(shí)間為32X29928s=0.928ms；另一部分的執(zhí)行程序存儲(chǔ)器用戶程序的時(shí)間，最長(zhǎng)為4X1.85=7.4ms圖2.15為PLC循環(huán)舉例圖2.16表示了摸板之間信息交換的過