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第二章可編程控制器工作原理及結(jié)構(gòu)特點可編程控制器工作原理及結(jié)構(gòu)特點第1頁2.1工作原理電路實例 例2-1:有2個開關(guān)X1、X2,其中任何一個接通都將馬上點亮紅燈,2s鐘后點亮綠燈??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第2頁由上例可見,整個工作過程需要讀入開關(guān)狀態(tài)、邏輯運算、輸出運算結(jié)果共三步。輸入是給定量或反饋量,輸出是被控量。因為計算機每一瞬間只能做一件事,所以工作次序是:輸入->第一步運算->第二步運算……最終一步運算->輸出。這種工作方式就稱為掃描工作方式。從輸入到輸出整個執(zhí)行時間稱為掃描周期??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第3頁1.輸入處理程序執(zhí)行前,可編程控制器全部輸入端子通斷狀態(tài)讀入輸入映像存放器。在程序執(zhí)行中,即使輸入狀態(tài)改變,輸入映像存放器內(nèi)容也不變,直到下一掃描周期輸入處理階段才讀入這改變。另外,輸入觸點從通(ON)->斷(OFF)[或從斷(OFF)->通(ON)]改變處處于確定狀態(tài)止,輸入濾波器還有一響應(yīng)延遲時間(約10ms)??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第4頁2.程序處理對應(yīng)用戶程序存放器所存指令,從輸入映像存放器和其它軟元件映像存放器中將相關(guān)軟元件通斷狀態(tài)讀出,從0步開始次序運算,每次結(jié)果都寫入相關(guān)映像存放器,所以,各軟元件(X除外)映像存放器內(nèi)容伴隨程序執(zhí)行在不停改變。輸出繼電器內(nèi)部觸點動作由輸出映像存放器內(nèi)容決定??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第5頁3.輸出處理全部指令執(zhí)行完成,將輸出Y映像存放器通斷狀態(tài)向輸出鎖存存放器傳送,成為可編程控制器實際輸出。可編程控制器內(nèi)外部輸出觸點對輸出軟元件動作有一個響應(yīng)時間,即要有一個延遲才動作??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第6頁2.2可編程控制器組成可編程控制器工作原理及結(jié)構(gòu)特點第7頁2.2.1硬件可編程控制器工作原理及結(jié)構(gòu)特點第8頁2.2.1.1單板機可編程控制器中單板機即為CPU板。計算機必需部件:中央處理器CPU,存放器RAM、ROM,并行接口PIO,串行接口SIO,時鐘CTC。作用:對整個可編程控制器工作進行控制。工作分兩部分:對系統(tǒng)進行管理,如自診療、查錯、信息傳送時鐘、計數(shù)刷新等;依據(jù)用戶程序執(zhí)行輸入輸出操作、程序解釋執(zhí)行操作等??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第9頁單板機中存放器主要用于存放系統(tǒng)監(jiān)控程序及系統(tǒng)工作區(qū)間,而且用于生成用戶環(huán)境。其容量大小取決于系統(tǒng)工作能力及系統(tǒng)程序質(zhì)量。串行接口和并行接口是用于CPU與接口器件交換信息,它數(shù)量取決于系統(tǒng)規(guī)模大小。單板機中定時器/計數(shù)器是用于產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘及用戶時鐘信息??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第10頁可編程控制器用戶程序及參數(shù)存放器有三種類型。RAM,通常都是CMOS型,耗電極微。EPROM或EEP-ROM,在程序調(diào)試完成后就能夠固化。但EPROM缺點是寫入時必須用專用寫入器,擦除時要用專用擦除器,這對于用戶是很不方便。電可擦除只讀存放器EEPROM,它寫入和擦除只需編程器即可,而不再需要其它裝置。可編程控制器工作原理及結(jié)構(gòu)特點第11頁2.2.1.2輸入接口電路輸入輸出信號分為開關(guān)量、模擬量及數(shù)字量。為簡單起見,這里僅闡述開關(guān)量信號??删幊炭刂破饕粋€主要特點就是全部輸入輸出信號全部都經(jīng)過了隔離,不論任何形式輸入輸出最終都是經(jīng)過光電耦合口或繼電器將信號傳入/送出PLC。圖2-4FX系列PLC輸入電路可編程控制器工作原理及結(jié)構(gòu)特點第12頁2.2.1.3輸出接口電路輸出通常有三種形式:繼電器輸出型,CPU接通繼電器線圈,繼而吸合觸點而觸點與外線路組成回路晶體管輸出,它是經(jīng)過光耦合使開關(guān)晶體管通斷以控制外電路可控硅輸出型,這里可控硅是采取光觸發(fā)型??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第13頁1.公共點輸出端子有兩種接法:一個輸出是各自獨立(無公共點);另一個為每4~8個輸出點組成一組,共用一個公共點。2.電路隔離繼電器輸出型是利用輸出繼電器觸點和線圈,將PLC內(nèi)部電路與外部負載電路進行電氣隔離;SSR輸出型是在PLC內(nèi)部電路與輸出元件(三端雙向可控硅開關(guān)元件)之間用光電晶閘管進行隔離;晶體管輸出型是在PLC內(nèi)部電路與輸出晶體管之間用光電耦合器進行隔離。3.響應(yīng)時間繼電器型響應(yīng)時間最長,SSR型和晶體管型響應(yīng)時間都很短,4.輸出電流5.開路漏電流繼電器型輸出觸點OFF時沒有漏電流。SSR型輸出端子處接相關(guān)斷用CR吸收電路,故有開路漏電流(1mAAC100V,mAAC200V),可能引發(fā)微小電流負載誤動作,所以負載應(yīng)在0.4V·AAC100V,6V·AAC200V以上。若小于該指標或燈負載時,還應(yīng)并接浪涌電流吸收電路??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第14頁2.2.1.4電源小型可編程控制器內(nèi)部都包含一個穩(wěn)壓電源(FX2N系列為開關(guān)電源),它用于對CPU板、I/O板等內(nèi)部器件供電。有些機型,如F1、F2、FX2、FX2N,還向外提供DC24V穩(wěn)壓電源,用于對外部傳感器供電。在組成控制系統(tǒng)時,這將給用戶很大方便??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第15頁2.2.1.5擴展接口擴展接口擴展接口是用于擴展I/O單元,它使可編程控制器點數(shù)規(guī)模配置更為靈活。這種擴展接口實際上為總線形式,或以配接開關(guān)量I/O單元,也可配置如模擬量、高速脈沖等單元以及通信適配器等。在大型機中,擴展接口為插槽擴展基板形式??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第16頁2.2.1.6編程器接口可編程控制器本體上通常是不帶編程器。為了能對可編程控制器編程及監(jiān)控,可編程控制器上專門設(shè)置有編程器接口,經(jīng)過這個接口能夠接各種形式編程裝置,還能夠利用此接口做一些監(jiān)控工作??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第17頁2.2.1.7存放器接口為了存放用戶程序以及擴展用戶程序存放區(qū)、數(shù)據(jù)參數(shù)存放區(qū),可編程控制器上還設(shè)有存放器擴展口,能夠依據(jù)使用需要擴展存放器。其內(nèi)部也是接到總線上??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第18頁2.2.1.8編程器最簡單編程器最少包含一個鍵盤、一些數(shù)碼字符顯示器。這里鍵盤不是單板機上那種鍵盤,而是直接表示可編程控制器指令系統(tǒng)鍵盤,因而使用很方便;其顯示部分包含三部分,即序號、指令碼和元件號。層次稍高編程器上就設(shè)置了一小塊液晶顯示器,用于圖形編輯、監(jiān)控。再上一個層次就是通用大型液晶顯示器編程器。功效極強專用圖形編程器。伴隨個人計算機日益普及,編程器一個最新發(fā)展趨勢就是使用專用編程軟件,在個人計算機上實現(xiàn)圖形編程器功效??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第19頁2.2.2軟件第一部分為系統(tǒng)監(jiān)控程序。它是每一個可編程控制器成品必須包含部分,是由可編程控制器制造者編制,用于控制可編程控制器本身運行。另一部分為用戶程序。它是由可編程控制器使用者編制,用于控制被控裝置運行??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第20頁2.2.2.1監(jiān)控軟件可編程控制器工作原理及結(jié)構(gòu)特點第21頁2.2.2.2用戶程序用戶程序是可編程控制器使用者編制針對控制問題程序。它是用梯形圖或某種可編程控制器指令助記符編制而成,能夠是梯形圖、指令表、高級語言、匯編語言等,其助記符形式隨可編程控制器型號不一樣而略有不一樣。用戶程序線性地存放在監(jiān)控程序指令存放區(qū)間內(nèi),它最大容量由監(jiān)控程序所限制。可編程控制器工作原理及結(jié)構(gòu)特點第22頁2.2.2.3用戶環(huán)境用戶環(huán)境是由監(jiān)控程序生成。它包含用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、用戶元件區(qū)分配、用戶程序存放區(qū)、用戶參數(shù)、文件存放區(qū)等。1.用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第一類為bit數(shù)據(jù)。第二類為字數(shù)據(jù)。第三類為字與bit混合,即同一個元件有bit元件又有字元件。可編程控制器工作原理及結(jié)構(gòu)特點第23頁2.元件(1)輸入/輸出繼電器(X,Y)輸入繼電器輸出繼電器可編程控制器工作原理及結(jié)構(gòu)特點第24頁(2)輔助繼電器(M)通用輔助繼電器M0~M499(500點)停電保持輔助繼電器M500~M1023(524點)可編程控制器工作原理及結(jié)構(gòu)特點第25頁停電保持專用輔助繼電器M1024~M3071(2048點)特殊輔助繼電器M8000~M8255(256點)只能利用其觸點特殊輔助繼電器(只讀),線圈由PLC系統(tǒng)驅(qū)動,用戶只能夠利用其觸點。可驅(qū)動線圈型特殊輔助繼電器(讀/寫),用戶驅(qū)動線圈后,PLC作特定動作。可編程控制器工作原理及結(jié)構(gòu)特點第26頁保持繼電器用途舉比如圖2-14所表示??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第27頁(3)狀態(tài)元件(S)初始狀態(tài)S0~S9(10點)回零S10~S19(10點)通用S20~S499(480點)保持S500~S899(400點)注:通用與保持型S元件數(shù)分配能夠經(jīng)過參數(shù)設(shè)置方式加以改變??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第28頁(4)報警器一部分狀態(tài)元件可用作外部故障診療輸出。作報警器用狀態(tài)元件為S900~S999(100點)。比如,編制如圖2-16外部故障診療電路,監(jiān)控特殊數(shù)據(jù)存放器D8049內(nèi)容將顯示S900~S999中已置位(接通)狀態(tài)元件中序號最小元件。當各種故障發(fā)生后,對應(yīng)狀態(tài)就為ON。當有多個故障同時發(fā)生時,最小元件號故障排除后還可顯示下一故障地址號??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第29頁(5)指針(P/I)分支指令用指針P0~P127(128點) 如圖2-17所表示,CJ、CALL等分支指令是為了指定跳轉(zhuǎn)目標,用指針P0~P127作為標號。又,P63表示跳轉(zhuǎn)至END指令步意思??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第30頁可編程控制器工作原理及結(jié)構(gòu)特點第31頁(6)定時器定時器在可編程控制器中作用相當于一個時間繼電器,它有一個設(shè)定值存放器(字)、一個當前值存放器(字)以及無數(shù)個觸點(bit)。定時器動作及元件號可編程控制器工作原理及結(jié)構(gòu)特點第32頁觸點動作時序及精度可編程控制器工作原理及結(jié)構(gòu)特點第33頁2.3可編程控制器結(jié)構(gòu)特點2.3.1單元式主單元與各種擴展單元連接如圖2-38所表示。基本單元(M):內(nèi)有CPU與存放器,為必用裝置。擴展單元(E):要增加I/O點數(shù)時使用裝置??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第34頁2.3.2模塊式 模塊式可編程控制器采取搭積木方式組成系統(tǒng),在一塊基板上插上CPU、電源、I/O模塊及特殊功效模塊,組成一個總I/O點數(shù)很多大規(guī)模綜合控制系統(tǒng)。其形式見圖2-39??删幊炭刂破鞴ぷ髟砑敖Y(jié)構(gòu)特點第35頁2.4可編
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