可編程序控制器的結(jié)構(gòu)及工作原理

第二章可編程序控制器的結(jié)構(gòu)及工作原理

第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能第二節(jié)可編程序控制器的等效電路第三節(jié)PLC的主要邏輯部件第四節(jié)PLC的編程語言第五節(jié)PLC的基本工作原理第六節(jié)PLC的主要技術(shù)指標(biāo)第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能PLC是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其實(shí)質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)。因此，它的組成與一般的微型計(jì)算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個(gè)完整的PLC系統(tǒng)，它們相輔相成，缺一不可。沒有軟件的PLC系統(tǒng)稱為裸機(jī)系統(tǒng)，不起任何作用，猶如無米之鍋。反之，如果沒有硬件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)也失去了基本的外部條件，程序根本無法運(yùn)行。下一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能一、PLC的硬件系統(tǒng)PLC的硬件系統(tǒng)由基本單元、I/O擴(kuò)展單元及外部設(shè)備組成。圖2-1所示為PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。1．微處理器(CPU)

與通用計(jì)算機(jī)一樣，CPU是PLC的核心部件，在PLC控制系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，整個(gè)PLC的工作過程都是在CPU的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進(jìn)行的。它的主要功能有以下幾點(diǎn):下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能1)接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，送入存儲器存儲；2)用掃描方式接收輸入設(shè)備的狀態(tài)信號，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)(輸入映像寄存器)；3)監(jiān)測和診斷電源、PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和用戶程序編程過程中的語法錯(cuò)誤；4)執(zhí)行用戶程序，完成各種數(shù)據(jù)的運(yùn)算、傳遞和存儲等功能；5)根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器表的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能PLC常用的CPU有通用微處理器、單片機(jī)和位片式微處理器。通用微處理器常用的是8位機(jī)和16位機(jī)，如8080、8086、M6800、M68000、80286和80386等。單片機(jī)常用的有8031、8051、8096和8098等。位片式微處理器常用的有AMD2900、AMD2901、AMD2903等。小型PLC大多采用8位微處理器或單片機(jī)，中型PLC大多采用16位微處理器或單片機(jī)，大型PLC大多采用高速位片式微處理器。PLC的檔次越高，所用的CPU的位數(shù)也越多，運(yùn)算速度也越快，功能越強(qiáng)。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能2．存儲器PLC配有兩種存儲器:系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)程序存儲器存放系統(tǒng)程序，用戶存儲器用來存放用戶編制的控制程序。常用的存儲器類型有CMOSRAM、EPROM和EEPROM。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能CMOSRAM是一種可以進(jìn)行讀寫操作的隨機(jī)存儲器，存放在其中的用戶程序可方便地進(jìn)行修改，它是一種高密度、低功耗、價(jià)格便宜的半導(dǎo)體存儲器，可用鋰電池作為備用電源，一旦失電，即可用鋰電池供電，以保持RAM中的內(nèi)容。鋰電池的使用壽命一般為5～10年，若經(jīng)常帶負(fù)載可維持2～5年左右。EPROM、EEPROM都是只讀存儲器，常用來存放系統(tǒng)程序和需要長久保存的用戶程序。EPROM稱為可擦除的可編程序只讀存儲器，在紫外線連續(xù)照射2Omin后，就可將EPROM中的內(nèi)容消除，加高電平(12.5V或24V)，可把程序?qū)懭氲紼PROM中。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能EEPROM稱作電可擦除的可編程序只讀存儲器，除可用紫外線擦除外，還可用電擦除，是近年來廣泛使用的一種只讀存儲器，它不需要專用寫入器而只需用編程器就能方便地對所存儲的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)“在線修改”，所寫入的數(shù)據(jù)內(nèi)容能在徹底斷電的情況下保持不變。因?yàn)橄到y(tǒng)程序用來管理PLC系統(tǒng)，不能由用戶直接存取，所以，PLC產(chǎn)品樣本或說明書中所列的存儲器類型及其容量，系指用戶程序存儲器而言。如FP1-C24的存儲器容量為2720步，即是指用戶程序存儲器的容量。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能3．輸入/輸出(I/O)部件輸入/輸出部件也稱為輸入/輸出單元或輸入/輸出模塊，它是CPU與現(xiàn)場I/O設(shè)備或其它外部設(shè)備之間的連接部件。實(shí)際生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的輸入信號多種多樣，信號電平各不相同，而PLC所能處理的信號只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，因此必須通過輸入模塊將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的標(biāo)準(zhǔn)電平信號。同樣，外部執(zhí)行元件如電磁閥、接觸器、繼電器等所需的控制信號電平也千差萬別，亦必須通過輸出模塊將CPU輸出的標(biāo)準(zhǔn)電平信號轉(zhuǎn)換成這些執(zhí)行元件所能接收的控制信號。所以，輸入/輸出模塊實(shí)際上是CPU與現(xiàn)場輸入輸出設(shè)備之間的連接部件，起著PLC與被控對象間傳遞輸入輸出信息的作用。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能為提高抗干擾能力，一般的輸入/輸出模塊都有光電隔離裝置。在數(shù)字量I/O模塊中廣泛采用由發(fā)光二極管和光電三極管組成的光電耦合器，在模擬量I/O模塊中通常采用隔離放大器。來自工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的輸入信號經(jīng)輸入模塊進(jìn)入PLC。這些信號有的是數(shù)字量，有的是模擬量；有的是直流信號，有的是交流信號，所以輸入模塊的品種是琳瑯滿目。使用時(shí)要根據(jù)輸入信號的類型選擇合適的輸入模塊。下面以通用的開關(guān)量輸入模塊為類，來分析輸入模塊的基本原理。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能開關(guān)量輸入模塊的作用是接收現(xiàn)場的開關(guān)信號，并將輸入的高電平信號轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部的低電平信號。每一個(gè)輸入點(diǎn)的輸入電路可以等效成一個(gè)輸入繼電器。開關(guān)量輸入模塊按照使用的電源不同，可分為直流輸入模塊、交流輸入模塊和交直流輸入模塊。下面列舉幾種輸入模塊的原理電路。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能(l)直流輸入模塊其原理電路如圖2-2所示。圖中只畫出對應(yīng)于一個(gè)輸入點(diǎn)的輸入電路。各個(gè)輸入點(diǎn)所對應(yīng)的輸入電路均相同，它們有一個(gè)公共端子。直流輸入模塊由隔直二極管D、光電耦合器和發(fā)光二極管指示燈LED等主要部分組成。當(dāng)輸入端的現(xiàn)場開關(guān)接通時(shí)，光電耦合器導(dǎo)通，信號通過反相器進(jìn)入PLC用戶程序的數(shù)據(jù)存貯區(qū)，以供CPU作邏輯或數(shù)值運(yùn)算用。同時(shí)LED亮，指示輸入端接通。1.5k電阻和150Ω電阻構(gòu)成分壓器。1.5k電阻起限流作用，150Ω電阻起分聯(lián)作用。二極管D禁止反極性的直流輸入。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能(2)交流/直流輸入模塊其原理圖如圖2-3所示。圖中只畫出對應(yīng)一個(gè)輸入端的輸入電路。各個(gè)輸入點(diǎn)所對應(yīng)的輸入電路均相同。各輸入電路可能有一個(gè)公共端子，也可能沒有公共端子，而是彼此獨(dú)立，互不影響。圖中R1和R2構(gòu)成分壓器，電容C為抗干擾電容，R3為限流電阻，光電藕合器起整流和隔離雙重作用。電路工作原理與圖2-2基本相同。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能由PLC產(chǎn)生的輸出控制信號經(jīng)過輸出模塊去驅(qū)動負(fù)載，如電動機(jī)的起停和正反轉(zhuǎn)、閥門的開閉、設(shè)備的移動、升降等。和輸入模塊相同，與輸出模塊相接的負(fù)載所需的控制信號有的是數(shù)字量，有的是模擬量；有的是交流，有的是直流。因此，同樣需要根據(jù)負(fù)載性質(zhì)選擇合適的輸出模塊。下面以開關(guān)量輸出模塊為類，來分析輸出模塊的基本原理。開關(guān)量輸出模塊的作用是將PLC的輸出信號傳給外部負(fù)載(即用戶輸出設(shè)備),并將PLC內(nèi)部的低電平信號轉(zhuǎn)換為外部所需電平的輸出信號。每個(gè)輸出點(diǎn)的輸出電路可以等效成一個(gè)輸出繼電器。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能開關(guān)量輸出模塊按照負(fù)載使用的電源(即用戶電源)不同，分為直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流輸出模塊。按照輸出開關(guān)器件的種類不同，又分為晶體管輸出方式、可控硅輸出方式及繼電器輸出方式。晶體管輸出方式的模塊只能帶直流負(fù)載，屬于直流輸出模塊?？煽毓栎敵龇绞降哪K只能帶交流負(fù)載，屬于交流輸出模塊。繼電器輸出方式的模塊既可帶直流負(fù)載，也可帶交流負(fù)載，屬于交直流輸出模塊。下面列舉幾種輸出模塊的原理電路:下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能(1)直流輸出模塊(晶體管輸出方式)原理電路如圖2-4所示。圖中只畫出對應(yīng)于一個(gè)輸出點(diǎn)的輸出電路。各個(gè)輸出點(diǎn)所對應(yīng)的輸出電路均相同。該模塊采用晶體管作開關(guān)器件。信號輸出由用戶程序確定。當(dāng)需要某一輸出點(diǎn)產(chǎn)生輸出時(shí)，由CPU控制，將用戶程序數(shù)據(jù)區(qū)相應(yīng)路的運(yùn)算結(jié)果，調(diào)至該路的輸出電路，這時(shí)該路信號經(jīng)反相器和光電藕合器使晶體管導(dǎo)通，從而使相應(yīng)的負(fù)載接通，同時(shí)LED亮，指示該路輸出點(diǎn)有輸出。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能(2)交流輸出模塊(可控硅輸出方式)其原理電路如圖2-5所示。圖中只畫出對應(yīng)于一個(gè)輸出點(diǎn)的輸出電路。各個(gè)輸出點(diǎn)所對應(yīng)的輸出電路均相同。該模塊采用雙向可控硅作開關(guān)器件。圖中，浪涌電流吸收器起限幅作用，它將可控硅器件兩端的電壓限制在600V以下。組成高頻濾波電路，以減少高頻信號輸入。SNR－7A275K是一塊厚薄膜集成電路，電路工作原理與圖2-4基本相同。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能(3)交/直流輸出模塊(繼電器輸出方式)其原理電路如圖2-6所示。圖中只畫出對應(yīng)于一個(gè)輸出點(diǎn)的輸出電路。各個(gè)輸出點(diǎn)所對應(yīng)的輸出電路均相同。該模塊采用繼電器作開關(guān)器件。輸出點(diǎn)通過繼電器接點(diǎn)控制回路的通斷。電路工作原理與圖2-5基本相同。負(fù)載所需的電源由用戶提供，視負(fù)載的需要，既可選交流，也可選直流。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能4．電源部件PLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源的電源模塊，用來將外部供電電源轉(zhuǎn)換成使PLC內(nèi)部的CPU、存儲器和I/O接口等電路工作所需的直流電源。PLC的電源部件有很好的穩(wěn)壓措施，因此對外部電源的穩(wěn)定性要求不高。小型PLC的電源往往和CPU單元合為一體，大中型PLC都有專用電源部件。有些PLC的電源部件還能向外提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于對外部設(shè)備供電，避免由于外部電源污染或不合格電源引起的故障。為防止在外部電源發(fā)生故障的情況下，PLC內(nèi)部程序和數(shù)據(jù)等重要信息的丟失，PLC還帶有鋰電池作為后備電源。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能5．編程器編程器是PLC的最重要的外圍設(shè)備，也是PLC不可缺少的一部分。它不僅可以寫入用戶程序，還可以對用戶程序進(jìn)行檢查、修改和調(diào)試，以及在線監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。它通過接口與CPU聯(lián)接，完成人機(jī)對話。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能編程器一般分為簡易編程器和圖形編程器兩類。簡易編程器功能較少，一般只能用語句表形式進(jìn)行編程，通常需要連機(jī)工作。簡易編程器使用時(shí)直接與PLC的專用插座相連接，由PLC提供電源。它體積小，重量輕，便于攜帶，適合小型PLC使用。圖形編程器既可以用指令語句進(jìn)行編程，又可以用梯形圖編程；既可連機(jī)編程又可脫機(jī)編程，操作方便，功能強(qiáng)，有液晶顯示的便攜式和陰極射線式兩種。圖形編程器還可與打印機(jī)、繪圖儀等設(shè)備連接，但價(jià)格相對較高。通常大中型PLC多采用圖形編程器。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能6．其他外部設(shè)備PLC還配有生產(chǎn)廠家提供的其他一些外部設(shè)備。(1)外部存儲器外部存儲器是指磁帶或磁盤，工作時(shí)可將用戶程序或數(shù)據(jù)存儲在盒式錄音機(jī)的磁帶上或磁盤驅(qū)動器的磁盤中，作為程序備份。當(dāng)PLC內(nèi)存中的程序被破壞或丟失時(shí)，可將外存中的程序重新裝入。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能(2)打印機(jī)打印機(jī)用來打印帶注釋的梯形圖程序或指令語句表程序以及打印各種報(bào)表等。在系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行過程中，打印機(jī)用來提供運(yùn)行過程中發(fā)生事件的硬記錄，如記錄PLC系統(tǒng)運(yùn)行過程中故障報(bào)警的時(shí)間等。這對于事故分析和系統(tǒng)改進(jìn)是非常有價(jià)值的。(3)EPROM寫入器EPROM寫入器用于將用戶程序?qū)懭隕PROM中。同一PLC系統(tǒng)的各種不同應(yīng)用場合的用戶程序可分別寫入不同的EPROM中去，當(dāng)系統(tǒng)的應(yīng)用場合發(fā)生改變時(shí)，只需更換相應(yīng)的EPROM芯片即可。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能7．I/O擴(kuò)展單元I/O擴(kuò)展單元用來擴(kuò)展輸入、輸出點(diǎn)數(shù)。當(dāng)用戶所需的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)超過PLC基本單元的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)時(shí)，就需要加上I/O擴(kuò)展單元來擴(kuò)展，以適應(yīng)控制系統(tǒng)的要求。二、PLC的軟件系統(tǒng)PLC的軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種程序的集合，通?？煞譃橄到y(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能1．系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序是每一個(gè)PLC成品必須包括的部分，由PLC廠家提供，用于控制PLC本身的運(yùn)行。系統(tǒng)程序固化在EPROM中。系統(tǒng)程序可分為管理程序、編譯程序、標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用三部分。管理程序是系統(tǒng)程序中最重要的部分。PLC的運(yùn)行都由它控制，主要對PLC的輸入、輸出、運(yùn)算等操作，進(jìn)行時(shí)間上先后順序的管理，規(guī)定各種數(shù)據(jù)、程序的存放地址，生成用戶環(huán)境以及系統(tǒng)診斷等。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能編譯程序用來把梯形圖程序、語句表程序等編程語言翻譯成PLC能夠識別的機(jī)器代碼。系統(tǒng)程序的第三部分是標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用。這部分由許多獨(dú)立的程序模塊組成，每個(gè)程序模塊完成一種單獨(dú)的功能，如輸入、輸出及特殊運(yùn)算等。PLC根據(jù)不同的控制要求，選用這些模塊完成相應(yīng)的工作。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能2．用戶程序顧名思義，用戶程序就是由用戶根據(jù)控制要求，用PLC的程序語言編制的應(yīng)用程序，以實(shí)現(xiàn)所需的控制目的。用戶程序存儲在系統(tǒng)程序指定的存儲區(qū)內(nèi)，它的最大容量也是由系統(tǒng)程序限定的。下一頁上一頁返回第一節(jié)PLC系統(tǒng)的組成及功能3．程序結(jié)構(gòu)當(dāng)程序不長，比較簡單時(shí)，編制程序時(shí)常用順序結(jié)構(gòu)，即整個(gè)程序不分段，順序編制而成。小型PLC的用戶程序通常都為順序結(jié)構(gòu)。對于比較復(fù)雜、長度很長的程序，為使程序編制簡單清晰，可以按照功能、結(jié)構(gòu)或使用目的，將程序劃分成多個(gè)程序模塊，按模塊來編制和調(diào)試程序，再把各部分組合而形成一個(gè)完整的大程序，這種程序結(jié)構(gòu)稱為模塊結(jié)構(gòu)。大中型PLC的用戶程序較復(fù)雜，一般都采用模塊化結(jié)構(gòu)。上一頁返回第二節(jié)可編程序控制器的等效電路一、接線程序控制、存儲程序控制與可編程序控制器在傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和電子邏輯控制系統(tǒng)中，控制任務(wù)的完成是通過電器、電子控制線路來實(shí)現(xiàn)的。這些控制線路將繼電器、接觸器、電子元件等若干分立器件用導(dǎo)線連接在一起，形成滿足控制對象動作要求的控制“程序”。這樣的控制系統(tǒng)稱為接線程序控制系統(tǒng)。因其程序就固定在接線中，所以又稱為接線程序。在接線程序控制系統(tǒng)中，若要修改控制程序就必須改變接線。下一頁返回第二節(jié)可編程序控制器的等效電路設(shè)計(jì)一個(gè)接線程序控制系統(tǒng)，首先需要針對具體的控制對象，分析控制要求，確定所需的用戶輸入輸出設(shè)備，設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制線路，再根據(jù)需要制作針對該控制任務(wù)的專用控制裝置(如繼電器控制柜或控制臺)。對于較復(fù)雜的控制過程，控制線路的設(shè)計(jì)將非常繁瑣、困難。設(shè)計(jì)的控制線路也很復(fù)雜。由于控制系統(tǒng)器件接線多，使系統(tǒng)的可靠性受到很大影響，其平均無故障時(shí)間往往較短。控制系統(tǒng)完成以后，若控制任務(wù)發(fā)生變化(如生產(chǎn)工藝流程的變化)，則必須改變相應(yīng)接線才能實(shí)現(xiàn)；因而容易造成接線程序控制系統(tǒng)的靈活性、通用性較低，故障率高，維修也不方便。下一頁上一頁返回第二節(jié)可編程序控制器的等效電路隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，存儲程序控制逐步取代接線程序控制，成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主流和發(fā)展方向。所謂存儲程序控制，就是將控制邏輯以程序語言的形式存放在存儲器中，通過執(zhí)行存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。這樣的控制系統(tǒng)稱為存儲程序控制系統(tǒng)。在存儲程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改不需要改變控制器內(nèi)部的接線(即硬件)，而只需通過編程器改變程序存儲器中的某些程序語言的內(nèi)容。下一頁上一頁返回第二節(jié)可編程序控制器的等效電路可編程序控制器就是一種存儲程序控制器。其輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與接觸器－繼電器控制系統(tǒng)相同，但它們直接連接到可編程序控制器的輸入端子和輸出端子(可編程序控制器的輸入和輸出接口已經(jīng)做好，接線簡單、方便)，如圖2-7所示。下一頁上一頁返回第二節(jié)可編程序控制器的等效電路在可編程序控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制任務(wù)，同樣需要針對具體的控制對象，分析控制系統(tǒng)要求，確定所需的用戶輸入輸出設(shè)備，然后運(yùn)用相應(yīng)的編程語言(如梯形圖、語句表、控制系統(tǒng)流程圖等)編制出相應(yīng)的控制程序，利用編程器或其他設(shè)備(如EPROM寫入器、與PLC相連的個(gè)人計(jì)算機(jī)等)寫入可編程序控制器的程序存儲器中。每條程序語句確定一個(gè)順序，運(yùn)行時(shí)CPU依次讀取存儲器中的程序語句，對它們的內(nèi)容解釋并加以執(zhí)行；執(zhí)行結(jié)果用以驅(qū)動輸出設(shè)備，控制被控對象工作?？删幊绦蚩刂破魇峭ㄟ^軟件實(shí)現(xiàn)控制邏輯的，能夠適應(yīng)不同控制任務(wù)的需要，通用性強(qiáng)，使用靈活，可靠性高。下一頁上一頁返回第二節(jié)可編程序控制器的等效電路二、PLC的等效電路由圖2-7可知，PLC構(gòu)成的存儲程序控制系統(tǒng)，由如下三部分組成。輸入設(shè)備:連接到PLC的輸入端，它們直接接收來自操作臺上的操作命令或來自被控對象的各種狀態(tài)信息，產(chǎn)生輸入控制信號送入可編程序控制器。常用的輸入設(shè)備包括控制開關(guān)和傳感器?？刂崎_關(guān)可以是按鈕開關(guān)、限位開關(guān)、行程開關(guān)、光電開關(guān)、繼電器和接觸器的觸點(diǎn)等。傳感器包括各種數(shù)字式和模擬式傳感器，如光柵位移式傳感器、磁尺、熱電阻、熱電偶等。下一頁上一頁返回第二節(jié)可編程序控制器的等效電路PLC內(nèi)部控制電路:采用大規(guī)模集成電路制作的微處理器和存儲器，執(zhí)行按照被控對象的實(shí)際要求編制并存入程序存儲器中的程序，完成控制任務(wù)。輸出設(shè)備:與PLC的輸出端相連。它們用來將可編程序控制器的輸出控制信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動被控對象工作的信號。常用的輸出設(shè)備包括電磁開關(guān)、電磁閥、電磁繼電器、電磁離合器、狀態(tài)指示部件等。下一頁上一頁返回第二節(jié)可編程序控制器的等效電路輸入部分采集輸入信號，輸出部分就是系統(tǒng)的執(zhí)行部分，這兩部分與接觸器－繼電器控制系統(tǒng)相同。PLC內(nèi)部控制電路是由編程實(shí)現(xiàn)的邏輯電路，用軟件編程代替繼電器的功能。對于使用者來說，在編制應(yīng)用程序時(shí)，可以不考慮微處理器和存儲器的復(fù)雜構(gòu)成及使用的計(jì)算機(jī)語言，而把PLC看成是內(nèi)部由許多“軟繼電器”組成的控制器，用近似繼電器控制線路圖的編程語言進(jìn)行編程。這樣從功能上講就可以把PLC的控制部分看作是由許多“軟繼電器”組成的等效電路，這些“軟繼電器”的線圈、常開接點(diǎn)、常閉接點(diǎn)一般用圖2-8符號表示，PLC的等效電路如圖2-9所示。下面對PLC等效電路的各組成部分作簡要分析。下一頁上一頁返回第二節(jié)可編程序控制器的等效電路1．輸入回路這一部分由外部輸入電路、PLC輸入接線端子和輸入繼電器組成。外部輸入信號經(jīng)PLC輸入接線端子驅(qū)動輸入繼電器。一個(gè)輸入端子對應(yīng)一個(gè)等效電路中的輸入繼電器，它可提供任意個(gè)常開和常閉接點(diǎn)，供PLC內(nèi)部控制電路編程時(shí)使用。由于輸入繼電器反映輸入信號的狀態(tài)，如輸入繼電器接通即表示傳送給PLC一個(gè)接通的輸入信號，因此習(xí)慣上經(jīng)常將兩者等價(jià)使用。輸入回路的電源可用PLC電源部件提供的直流電壓，也可由獨(dú)立的交流電源供電。下一頁上一頁返回第二節(jié)可編程序控制器的等效電路2．內(nèi)部控制電路這部分電路是由用戶程序形成的。它的作用是按照程序規(guī)定的邏輯關(guān)系，對輸入信號和輸出信號的狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)算、處理和判斷，然后得到相應(yīng)的輸出。用戶程序通常采用梯形圖編寫，梯形圖在形式上類似于繼電器控制原理圖，兩者在電路結(jié)構(gòu)及線圈與接點(diǎn)的控制關(guān)系上都大致相同，只是梯形圖中元件符號及其含義與繼電器控制回路中的元件不同。有關(guān)梯形圖的特點(diǎn)及編程方法將在后面詳細(xì)介紹。下一頁上一頁返回第二節(jié)可編程序控制器的等效電路3．輸出回路輸出部分由與內(nèi)部控制電路隔離的輸出繼電器的外部常開接點(diǎn)、輸出接線端子和外部電路組成，用來驅(qū)動外部負(fù)載。PLC內(nèi)部控制電路中有許多輸出繼電器。每個(gè)輸出繼電器除了有為內(nèi)部控制電路提供編程用的常開、常閉接點(diǎn)外，還為輸出電路提供一個(gè)常開接點(diǎn)與輸出接線端相連。上一頁返回第三節(jié)PLC的主要邏輯部件一、繼電器邏輯為適應(yīng)電氣控制的需要，PLC為用戶提供了繼電器邏輯。用邏輯“與”、“或”、“非”等運(yùn)算來處理各種繼電器的連接。下一頁返回第三節(jié)PLC的主要邏輯部件PLC內(nèi)部存儲器的存儲單元有兩種狀態(tài)“1”和“0”。這兩種狀態(tài)對應(yīng)于繼電器的“ON”(接通)和“OFF”(斷開)狀態(tài)。因此PLC所說的繼電器是一個(gè)邏輯概念，有時(shí)稱為“軟繼電器”。這些軟繼電器與通常的物理繼電器相比有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①體積小，功耗低；②無觸點(diǎn)，速度快，壽命長；③有無數(shù)個(gè)常開／常閉觸點(diǎn)供程序使用，在使用中不必考慮接點(diǎn)的容量。下一頁上一頁返回第三節(jié)PLC的主要邏輯部件PLC一般為用戶提供以下幾種繼電器：1．輸入繼電器X輸入繼電器是PLC專門用來接收外部輸入信號的。它與PLC的輸入端點(diǎn)相連，可提供許多(無限制)常開／常閉觸點(diǎn)供編程時(shí)使用(實(shí)質(zhì)上是調(diào)用該元件的狀態(tài))。編號為X000（X0）的輸入繼電器的等效電路如圖2-10所示。下一頁上一頁返回第三節(jié)PLC的主要邏輯部件該繼電器由外部輸入信號驅(qū)動，其常開／常閉觸點(diǎn)供編程時(shí)使用。注意輸入繼電器只能由外部信號驅(qū)動，而不能在程序內(nèi)部用指令來驅(qū)動，輸入觸點(diǎn)也不能直接帶動負(fù)載。各廠家生產(chǎn)的PLC輸入繼電器的編號不盡相同，今后將就具體產(chǎn)品詳細(xì)介紹。另外，輸入繼電器因其電路R－C濾波的因素而有反應(yīng)延遲。通常輸入繼電器由OFF到ON和由ON到OFF的反應(yīng)延遲近似值是幾毫秒。當(dāng)然生產(chǎn)廠家不同、型號不同，該值也不同。例如，三菱公司F1系列產(chǎn)品可用一個(gè)特殊指令改變X400－X407這8點(diǎn)的濾波常數(shù)，使其反應(yīng)延遲時(shí)間能在0～60ms間變化。松下FPl系列默認(rèn)反應(yīng)延遲時(shí)間為2ms，使用時(shí)間濾波器可將部分輸入時(shí)間設(shè)為1～128ms。下一頁上一頁返回第三節(jié)PLC的主要邏輯部件2．輸出繼電器Y輸出繼電器是專門用來將輸出信號傳遞給外部負(fù)載(具有一定的帶負(fù)載能力)的。外部信號無法驅(qū)動Y，只能在程序內(nèi)部用指令來驅(qū)動。輸出繼電器由程序執(zhí)行結(jié)果激勵，它只有一對輸出觸點(diǎn)能直接帶負(fù)載，這對觸點(diǎn)的狀態(tài)對應(yīng)于輸出刷新階段鎖存電路的輸出狀態(tài)。同時(shí)它還有無數(shù)對供編程使用的內(nèi)部常開／常閉觸點(diǎn)，其狀態(tài)與輸出觸點(diǎn)的狀態(tài)相對應(yīng)。輸出繼電器Y000(Y0)的等效電路圖如圖2-11所示。輸出繼電器的編號方式因制造廠家及產(chǎn)品型號不同而不盡相同，后續(xù)課將詳細(xì)介紹。下一頁上一頁返回第三節(jié)PLC的主要邏輯部件3．內(nèi)部繼電器(寄存器)RPLC中有很多內(nèi)部繼電器。和輸出繼電器一樣，內(nèi)部繼電器只能由程序驅(qū)動。每個(gè)內(nèi)部繼電器也有無數(shù)對常開／常閉觸點(diǎn)專供編程使用。其作用相當(dāng)于控制線路中的中間繼電器。內(nèi)部繼電器的觸點(diǎn)不能直接驅(qū)動外部負(fù)載。內(nèi)部繼電器又可分為通用內(nèi)部繼電器和特殊內(nèi)部繼電器。(1)通用內(nèi)部繼電器(寄存器)。通用內(nèi)部繼電器包括掉電保護(hù)與非掉電保護(hù)兩種，等效電路如圖2-12所示。下一頁上一頁返回第三節(jié)PLC的主要邏輯部件掉電保護(hù)：在實(shí)際工業(yè)控制中往往會發(fā)生電源突然斷電，為了能在電源恢復(fù)供電時(shí)繼續(xù)電源中斷前的控制，要求系統(tǒng)在斷電瞬間將某些數(shù)據(jù)存儲起來。PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的控制器，其內(nèi)部已考慮了這一因素。主要采用鋰電池作為斷電時(shí)保持重要數(shù)據(jù)與狀態(tài)的備用電源。我們把受到鋰電池保護(hù)的內(nèi)部繼電器稱為掉電保護(hù)內(nèi)部繼電器。其個(gè)數(shù)、編號對有些PLC產(chǎn)品是固定的，有些產(chǎn)品是可用特殊方式根據(jù)需要而定義的。非掉電保護(hù)：即其工作狀態(tài)在斷電瞬間消失。(2)特殊繼電器(寄存器)。特殊續(xù)電器均有專門的用途，以后依據(jù)產(chǎn)品詳細(xì)介紹。下一頁上一頁返回第三節(jié)PLC的主要邏輯部件二、定時(shí)器邏輯TPLC中的定時(shí)器T相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的時(shí)間繼電器，它可提供無數(shù)對常開／常閉觸點(diǎn)供編程使用。定時(shí)器一般包括以下幾個(gè)內(nèi)容：(1)定時(shí)條件——控制定時(shí)器操作；(2)定時(shí)語句——指定所使用的定時(shí)器，給出定時(shí)設(shè)定值；(3)定時(shí)器的當(dāng)前值——記錄定時(shí)時(shí)間(經(jīng)過值)；(4)定時(shí)繼電器——定時(shí)器達(dá)到設(shè)定的時(shí)間值時(shí)為ON，未開始定時(shí)或未達(dá)到設(shè)定值時(shí)為0FF。下一頁上一頁返回第三節(jié)PLC的主要邏輯部件定時(shí)器個(gè)數(shù)、元件號、設(shè)定時(shí)間、使用方法因產(chǎn)品而異。如歐姆龍公司C20為用戶提供了48個(gè)定時(shí)器，C120和C500提供了128個(gè)定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間為0.1～999.9s或0.01～99．9s。松下FP1系列C40最多可提供144個(gè)定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間為0～32767s(以后將重點(diǎn)介紹)。下一頁上一頁返回第三節(jié)PLC的主要邏輯部件三、計(jì)數(shù)器邏輯CPLC為用戶提供了若干個(gè)計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器由軟件來實(shí)現(xiàn)，一般采用遞減計(jì)數(shù)，它還提供了無數(shù)對常開／常閉觸點(diǎn)供編程使用。一個(gè)計(jì)數(shù)器有以下幾個(gè)內(nèi)容：(1)計(jì)數(shù)器的復(fù)位信號；(2)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)信號；(3)計(jì)數(shù)器設(shè)定值的記憶單元；(4)計(jì)數(shù)器當(dāng)前值(經(jīng)過值)單元。下一頁上一頁返回第三節(jié)PLC的主要邏輯部件

計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到設(shè)定值時(shí)計(jì)數(shù)繼電器為ON，復(fù)位或未達(dá)到設(shè)定值時(shí)為OFF。歐姆龍公司C20為用戶提供了48個(gè)計(jì)數(shù)器，C120、C500提供了128個(gè)。FPl－C40最多提供144個(gè)，設(shè)置值為0～32767。計(jì)數(shù)器又可分為普通計(jì)數(shù)、高速計(jì)數(shù)、加／減計(jì)數(shù)等。四、觸發(fā)器邏輯PLC為用戶提供了觸發(fā)器邏輯，用它來記憶某些信息。該觸發(fā)器可以被置位成“1”，也可被復(fù)位成“0”。下一頁上一頁返回第三節(jié)PLC的主要邏輯部件五、移位寄存器PLC為用戶提供了不同長度的移位寄存器，以適應(yīng)不同控制的需要。PLC除可進(jìn)行位運(yùn)算外，還可進(jìn)行字運(yùn)算。PLC為用戶提供了若干個(gè)數(shù)據(jù)寄存器用于存放數(shù)據(jù)。歐姆龍C系列PLC能對16位字長的數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、乘、除、開方、比較、ASCⅡ碼處理及數(shù)制轉(zhuǎn)換，而松下FPl-C40可處理32位數(shù)字，且功能更強(qiáng)。上一頁返回第四節(jié)PLC的編程語言PLC作為一個(gè)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，采用軟件編程邏輯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬件有線邏輯實(shí)現(xiàn)控制。其編程語言是面向被控對象，面向操作者，易于為熟悉繼電器控制電路的廣大電氣技術(shù)人員所掌握，通常PLC的編程語言有梯形圖語言，指令助記符語言，控制系統(tǒng)流程圖語言(功能圖編程語言)，布爾代數(shù)語言等，大型PLC還可用高級語言。不同廠家，甚至不同型號的PLC產(chǎn)品使用的編程語言及編程語言中所采用的符號也不盡相同。下一頁返回第四節(jié)PLC的編程語言一、梯形圖語言梯形圖語言是在接觸器－繼電器控制原理的基礎(chǔ)上演變而來的一種圖形語言，它形象、直觀，為廣大電氣人員所熟悉，是中、小型PLC的主要程序語言。它將PLC內(nèi)部的各種編程元件(如輸入繼電器，輸出繼電器，內(nèi)部繼電器，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器等)和命令用特定的圖形符號和標(biāo)注加以描述，并賦予一定的意義，如圖2-13所示。下一頁上一頁返回第四節(jié)PLC的編程語言PLC梯形圖中的繼電器、定時(shí)器等已不是物理意義上的設(shè)備，而是存儲器中的存儲位，也即為軟器件。其連線也稱為軟連接。每個(gè)PLC內(nèi)部的軟器件的觸點(diǎn)可有無數(shù)個(gè)，而不是像繼電器的硬觸點(diǎn)為有限個(gè)。1．梯形圖構(gòu)成規(guī)則梯形圖中的和符號分別表示常開和常閉接點(diǎn)，它們既可以是外部開關(guān)(硬開關(guān))，也可以表示內(nèi)部的軟開關(guān)或接點(diǎn)（即“軟器件”接點(diǎn))，每個(gè)開關(guān)都有一個(gè)標(biāo)號(如Xl，X2，X3)以示區(qū)別，同一標(biāo)號的開關(guān)可多次使用。--符號為輸出線圈(軟器件線圈)，標(biāo)號為Yl，Y2…每個(gè)標(biāo)號只能用一次。下一頁上一頁返回第四節(jié)PLC的編程語言2．梯形圖編程的格式和特點(diǎn)(1)梯形圖按自左至右，自上至下的順序書寫，CPU也是按以上順序執(zhí)行程序。(2)每個(gè)梯形圖由多層梯級(或稱邏輯行)組成，每層梯級(即邏輯行)起始于左母線，經(jīng)過觸點(diǎn)的各種連接，最后通過一個(gè)繼電器線圈終止于右母線。每一邏輯行實(shí)際上代表一個(gè)邏輯方程。(3)梯形圖中左右兩邊的豎線(稱為左右母線)表示假想的邏輯電源，當(dāng)某一梯級的邏輯運(yùn)算結(jié)果為“1”時(shí)，表示有“概念”電流自左向右流動。下一頁上一頁返回第四節(jié)PLC的編程語言(4)梯形圖中某一編號的繼電器線圈一般情況下只能出現(xiàn)一次(除了有跳轉(zhuǎn)指令和步進(jìn)指令等的程序段以外)，而同一編號的繼電器常開、常閉接點(diǎn)則可被無限次使用(即重復(fù)讀取與該繼電器對應(yīng)的存儲單元狀態(tài))。(5)梯形圖中每一梯級的運(yùn)算結(jié)果，可立即被其后面的梯級所利用。(6)輸入繼電器僅受外部輸入信號控制，不能由各種內(nèi)部接點(diǎn)驅(qū)動，因此梯形圖中只出現(xiàn)輸入繼電器的接點(diǎn)，而不出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。下一頁上一頁返回第四節(jié)PLC的編程語言(7)梯形圖中的輸入接點(diǎn)和輸出繼電器線圈對應(yīng)的是I/O映像寄存器相應(yīng)位的狀態(tài)，而不是物理觸點(diǎn)和線圈。現(xiàn)場執(zhí)行元件只能通過受控于輸出繼電器狀態(tài)的接口元件(繼電器、晶閘管、晶體管)所驅(qū)動。(8)PLC的內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等的線圈不能用于輸出控制之用。(9)程序結(jié)束時(shí)應(yīng)有結(jié)束符，用“-（ED）-”表示。下一頁上一頁返回第四節(jié)PLC的編程語言3．繪制梯形圖要遵循的規(guī)則和設(shè)計(jì)技巧(1)梯形圖好似接觸器－繼電器控制展開圖，控制電源的高電位接最左側(cè)豎母線，低電位接最右側(cè)豎母線。一旦回路導(dǎo)通，電流從左側(cè)流向右側(cè)，使繼電器線圈勵磁動作。(2)梯形圖中控制一個(gè)繼電器線圈的邏輯電路為一個(gè)邏輯行，各邏輯行中所有接點(diǎn)全部在線圈左邊，右邊不能有接點(diǎn)符號，由于線圈總與右側(cè)母線相連，習(xí)慣上常可將右側(cè)母線省略。下一頁上一頁返回第四節(jié)PLC的編程語言(3)程序的編寫應(yīng)按自上而下、從左到右的方式進(jìn)行，梯形圖的順序應(yīng)體現(xiàn)“左重右輕、上重下輕”的原則。串聯(lián)多的電路盡量放在上部。并聯(lián)多的電路圖盡量靠近左母線。根據(jù)上述原則，故應(yīng)將圖2-14（a）改為圖2-14（b）的形式。

(4)梯形圖中不允許畫電流交叉的電路，如圖2-15所示。應(yīng)將圖2-15(a)改為圖2-15(b)的形式。下一頁上一頁返回第四節(jié)PLC的編程語言(5)每個(gè)元件的觸點(diǎn)可以多次使用(無數(shù)次)，不必設(shè)計(jì)技巧性很強(qiáng)的程序結(jié)構(gòu),而應(yīng)設(shè)計(jì)易讀、易懂、便于維護(hù)的程序。(6)輸出線圈只能使用一次，如重復(fù)使用同名線圈則以最后一次的狀態(tài)作為輸出結(jié)果。下一頁上一頁返回第四節(jié)PLC的編程語言二、指令助記符語言梯形圖編程雖然直觀、方便，但PLC須配有較大的顯示器才能輸入圖形符號，而小型機(jī)，特別是在生產(chǎn)現(xiàn)場編制調(diào)試程序時(shí)，常要借助于編程器。它顯示屏小，采用的是助記符語言，這是一種類似微機(jī)的匯編語言的助記符編程表達(dá)式。不同廠家的PLC指令語句表使用的助記符并不相同，但基本上大同小異。編程時(shí)，一般先根據(jù)要求編制梯形圖語言，然后再根據(jù)梯形圖轉(zhuǎn)換成助記符語言。表2-1為松下電器FPl系列最基本的6條指令。表2-2為圖2-16梯形圖的指令助記符表。下一頁上一頁返回第四節(jié)PLC的編程語言三、功能圖編程語言這是一種較新的編程方法。它是用像控制系統(tǒng)流程圖一樣的功能圖表達(dá)一個(gè)控制過程，目前國際電工協(xié)會正在實(shí)施發(fā)展這種新式的編程標(biāo)準(zhǔn)。不同廠家的PLC對這種編程語言所用的符號和名稱也不一樣。三菱公司的PLC產(chǎn)品中稱為功能圖編程語言，富士公司的PLC產(chǎn)品中稱順序功能圖，而西門子的PLC產(chǎn)品中則稱控制系統(tǒng)流程圖編程語言。圖2-17是一個(gè)先“與”后“或”操作的功能圖編程語言圖，其優(yōu)點(diǎn)是：下一頁上一頁返回第四節(jié)PLC的編程語言(1)特別適宜順序系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以靈活地控制系統(tǒng)流程，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制。(2)易于將傳統(tǒng)的手控方式選擇和自動運(yùn)行等多種工作模式結(jié)合在一起。(3)有利于提高程序的效率。(4)程序的可讀性好，容易調(diào)試和修改。下一頁上一頁返回第四節(jié)PLC的編程語言四、高級語言編程近幾年推出的PLC產(chǎn)品，尤其是大型PLC，已開始用BASIC高級語言進(jìn)行編程。有的PLC采用類似PASCAL語言的專用語言，系統(tǒng)軟件具有這種專用語言的自動編譯程序。采用高級語言編程后，用戶可以像使用普通微機(jī)一樣操作PLC。除了完成邏輯功能外，還可以進(jìn)行PID調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集和處理以及與上位機(jī)通信等。上一頁返回第五節(jié)PLC的基本工作原理PLC雖有微機(jī)的特點(diǎn)，但它又不完全等同于微機(jī)的工作方式，它很重要的一個(gè)工作特點(diǎn)就是采用循環(huán)掃描。所謂掃描，只不過是一種形象的說法，用來描述CPU對程序順序、分時(shí)操作的過程。掃描從第0號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲地址號遞增的方向順序逐條掃描用戶程序，也就是順序執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束，即完成一個(gè)掃描周期，然后再從頭開始執(zhí)行用戶程序，并周而復(fù)始地重復(fù)。由于CPU的運(yùn)算處理速度很高，使得從外觀上看，用戶程序似乎是同時(shí)執(zhí)行的。下一頁返回第五節(jié)PLC的基本工作原理PLC的掃描工作方式同傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)明顯不同。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式；在執(zhí)行過程中，如果一個(gè)繼電器的線圈通電，那么該繼電器的所有常開和常閉觸點(diǎn)，無論處在控制線路的什么位置，都會立即動作:其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)打開。而PLC采用循環(huán)掃描控制程序的工作方式；在PLC的工作過程中，如果某個(gè)軟繼電器的線圈接通，該線圈的所有常開和常閉接點(diǎn)，并不一定都會立即動作，只有CPU掃描到該接點(diǎn)時(shí)才會動作:其常開接點(diǎn)閉合，常閉接點(diǎn)斷開。PLC的工作過程如圖2-18所示。下一頁上一頁返回第五節(jié)PLC的基本工作原理當(dāng)送電后PLC首先作內(nèi)部處理、清除輸入、輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，然后作自診斷，檢測CPU及I/O組件狀態(tài)，確認(rèn)正常后，進(jìn)行通信操作，完成各外接設(shè)備(編程器、打印機(jī)、擴(kuò)展單元等)的通信連接，檢查是否有中斷請求，若有則作相應(yīng)處理。當(dāng)PLC處于RUN時(shí)，依次作循環(huán)掃描的3個(gè)階段，即輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新。當(dāng)PLC處于STOP時(shí)只作內(nèi)部處理和通信操作。下一頁上一頁返回第五節(jié)PLC的基本工作原理1．輸入采樣階段此時(shí)CPU掃描全部輸入端口，順序讀取所有輸入端口狀態(tài)，并將其寫入輸入映像寄存器。此時(shí)輸入映像寄存器被刷新，為程序執(zhí)行階段作好準(zhǔn)備。當(dāng)進(jìn)入程序執(zhí)行階段后，若輸入端發(fā)生變化，但變化后的狀態(tài)信息不會迸入輸入映像寄存器，映像寄存器與輸入端口隔離，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段端口信息才被讀入。下一頁上一頁返回第五節(jié)PLC的基本工作原理2．程序執(zhí)行階段按用戶程序的先后CPU從第1條指令開始，按先左后右，先上后下的順序逐條執(zhí)行程序，并從輸入映像寄存器中獲取有關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，把運(yùn)算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出映像寄存器中，當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸出刷新階段。下一頁上一頁返回第五節(jié)PLC的基本工作原理3．輸出刷新階段當(dāng)所有指令都掃描處理完后，將輸出映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)信息轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，刷新其內(nèi)容，然后通過隔離電路改變輸出端子上的狀態(tài)以驅(qū)動被控設(shè)備。下一頁上一頁返回第五節(jié)PLC的基本工作原理綜上所述，PLC對輸入/輸出處理方面遵循以下規(guī)則。(1)輸入狀態(tài)映像寄存器中的數(shù)據(jù)取決于端子板上各輸入端對應(yīng)的輸入鎖存器在上次刷新期間的狀態(tài)。(2)程序執(zhí)行中所需的輸入和中間結(jié)果狀態(tài)由輸入狀態(tài)映像寄存器和內(nèi)部輔助寄存器提供。(3)輸出狀態(tài)映像寄存器的內(nèi)容隨程序執(zhí)行過程中與輸出變量有關(guān)的指令的執(zhí)行結(jié)果而改變。(4)輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)由上一次輸出刷新階段時(shí)輸出狀態(tài)映像寄存器的內(nèi)容決定。(5)輸出端子板上各輸出端的通斷狀態(tài)由輸出鎖存器中的內(nèi)容決定。圖2-19反映了掃描處理的全部過程。下一頁上一頁返回第五節(jié)PLC的基本工作原理掃描周期的定義:PLC全過程掃描一次所需的時(shí)間定為一個(gè)掃描周期T。輸入、輸出的狀態(tài)要保持一個(gè)周期方可發(fā)生變化。T＝(讀入一點(diǎn)時(shí)間×輸入點(diǎn)數(shù))＋(掃描速度×程序步數(shù))＋(輸出一點(diǎn)時(shí)間×輸出點(diǎn)數(shù))+內(nèi)部處理時(shí)間下一頁上一頁返回第五節(jié)PLC的基本工作原理

掃描周期是PLC的一個(gè)重要指標(biāo)，T的長短主要取決于程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。大約每條指令(每步)3μs～60μs，小型PLC的掃描周期一般為十到幾十毫秒，也即每秒可掃描數(shù)十次以上，對被控對象來說，掃描過程幾乎是同時(shí)完成。毫秒級的掃描時(shí)間對于一般工業(yè)設(shè)備通常是足夠了，這點(diǎn)響應(yīng)滯后非但無害，反而可增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，避免執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁動作而引起的工藝過程波動。但對某些控制時(shí)間要求嚴(yán)格、I/0快速響應(yīng)的設(shè)備，則應(yīng)選用高速CPU，采用快速響應(yīng)模塊，高速計(jì)數(shù)模塊，不同的中斷處理等級和精心編制程序來滿足要求。上一頁返回第六節(jié)PLC的主要技術(shù)指標(biāo)根據(jù)控制對象的要求，確定PLC機(jī)型通常要根據(jù)PLC的技術(shù)指標(biāo)來作決定，各廠家的PLC產(chǎn)品的技術(shù)性能不盡相同，各有特色，在此只對一些基本的技術(shù)性能作一介紹。1．I/O點(diǎn)數(shù)I/O點(diǎn)數(shù)指PLC外部的輸入/輸出端的數(shù)目，是衡量PLC可接收輸入信號和輸出信號數(shù)量的能力，是一項(xiàng)很重要的指標(biāo)。PLC的I/0點(diǎn)數(shù)包括主機(jī)的基本I/0點(diǎn)數(shù)和最大擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)，如松下FPl-C40型主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)為24/16(輸入24點(diǎn)，輸出16點(diǎn)，共40點(diǎn))，另外可配兩個(gè)40點(diǎn)（24/16）的擴(kuò)展模塊，則輸人為24＋24×2＝72點(diǎn)，輸出為16＋16×2＝48點(diǎn)，最大I/O點(diǎn)數(shù)為72+48＝120點(diǎn)。下一頁返回第六節(jié)PLC的主要技術(shù)指標(biāo)2．掃描速度通常以執(zhí)行一步指令的時(shí)間計(jì)，單位為μs/步，有時(shí)也以執(zhí)行1000步指令時(shí)間計(jì)，則單位為ms/千步。如松下電工的FPl型PLC的掃描速度為1.6μs/步。下一頁上一頁返回第六節(jié)PLC的主要技術(shù)指標(biāo)3．內(nèi)存容量一般以PLC所能存放用戶程序多少來衡量，在PLC中程序指令是按“步”存放的(一條指令往往不止一“步”)，一“步”占用一個(gè)地址單元，即兩個(gè)字節(jié)，如一個(gè)內(nèi)存容量為1000“步”的PLC可推知其內(nèi)存為2K字節(jié)?！皟?nèi)存容量”實(shí)際是指用戶程序容量，它未包括系統(tǒng)程序存儲器的容量。下一頁上一頁返回第六節(jié)PLC的主要技術(shù)指標(biāo)4．指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)的指令種類和條數(shù)是衡量PLC軟件功能強(qiáng)弱的重要指標(biāo)，PLC指令種類越多則說明它軟件功能越強(qiáng)，PLC的指令系統(tǒng)可分為基本功能指令和高級指令兩大類。5．內(nèi)部寄存器PLC內(nèi)部有許多寄存器，用以存放變量狀態(tài)、中間結(jié)果和數(shù)據(jù)等。還有許多輔助寄存器給用戶提供特殊功能，以簡化整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因此寄存器的配置情況常是衡量PLC硬件功能的一個(gè)指標(biāo)。下一頁上一頁返回第六節(jié)PLC的主要技術(shù)指標(biāo)6．編程語言編程語言一般有梯形圖、指令助記符(指令語句表)、控制系統(tǒng)流程圖語言、高級語言等，不同的PLC提供不同編程語言。7．編程手段手持編程器、CRT編程器、計(jì)算機(jī)編程器及相應(yīng)編程軟件。下一頁上一頁返回第六節(jié)PLC的主要技術(shù)指標(biāo)8．功能模塊PLC除了主控模塊(又稱為主機(jī)或主控單元)外，還可以配接各種功能模塊。主控模塊可實(shí)現(xiàn)基本控制功能，功能模塊的配置則可實(shí)現(xiàn)一些特殊的專門功能。因此，功能模塊的配置反映了PLC的功能強(qiáng)弱，是衡量PLC產(chǎn)品檔次高低的一個(gè)重要標(biāo)志。目前各生產(chǎn)廠家都在開發(fā)功能模塊上下功夫，使其發(fā)展很快，種類日益增多，功能也越來越強(qiáng)。常用的功能模塊主要有:A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、位置控制模塊、速度控制模塊、軸定位模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程控制模塊、高級語言編輯模塊以及各種物理量轉(zhuǎn)換模塊等。下一頁上一頁返回第六節(jié)PLC的主要技術(shù)指標(biāo)這些功能模塊便PLC不但能進(jìn)行開關(guān)量順序控制，而且能進(jìn)行模擬量控制、定位控制和速度控制，還有了網(wǎng)絡(luò)功能，實(shí)現(xiàn)PLC之間、PLC與計(jì)算機(jī)的通信，可直接用高級語言編程，給用戶提供了強(qiáng)有力的工具。9．其他除以上基本性能外，不同PLC還有一些其他指標(biāo)，如輸入/輸出方式，自診斷通信聯(lián)網(wǎng)，遠(yuǎn)程I/O監(jiān)控，主要硬件型號，工作環(huán)境及電源等級。上一頁返回圖2-1PLC硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

返回圖2-2直流輸入模塊原理電路

返回圖2-3交流/直流輸入模塊原理電路

返回圖2-2直流輸入模塊原理電路

返回圖2-4直流輸出模塊（晶體管輸出方式）原理電路

返回圖2-5交流輸出模塊（可控硅輸出方式）原理電路

返回圖2-4直流輸出模塊（晶體管輸出方式）原理電路

返回圖2-6交/直流輸出模塊（繼電器輸出方式）原理電路返回圖2-5交流輸出模塊（可控硅輸出方式）原理電路

返回圖2-7PLC構(gòu)成的存儲程序控制系統(tǒng)

返回圖2-7PLC構(gòu)成的存儲程序控制系統(tǒng)

返回圖2-8“軟繼電器”的線圈和接點(diǎn)

返回圖2-9PLC的等效電路

返回圖2-10輸入繼電器電路

返回圖2-11輸出繼電器電路返回圖2-12通用繼電器等效電路返回圖2-13梯形圖

(a)繼電器接線圖(b)PLC梯形圖返回圖2-14梯形圖返回圖2-15梯形圖

返回表2-lPLC的6條基本指令及其助記符返回名稱助記符功能初始加載ST將常開接點(diǎn)與母線連接與AN串聯(lián)常開接點(diǎn)或OR并聯(lián)常開接點(diǎn)非NOT輸入變量取反輸出OT輸出邏輯運(yùn)算結(jié)果結(jié)束ED結(jié)束程序表2-2

返回地址指令注釋0STX0邏輯行開始,將常開接點(diǎn)X0與母線連接1AN/X1串聯(lián)常閉接點(diǎn)X12ORX2并聯(lián)常開接點(diǎn)X23OTY0輸出Y0，本邏輯行結(jié)束4ED程序結(jié)束圖2-16梯形圖

返回圖2-17功能圖編程語言

返回圖2-18PLC工作過程圖返回圖2-19PLC掃描過程圖

返回第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理第二節(jié)活塞式空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)和自動控制第三節(jié)活塞式空壓機(jī)的管理復(fù)習(xí)思考題單擊此處輸入你的副標(biāo)題，文字是您思想的提煉，為了最終演示發(fā)布的良好效果，請盡量言簡意賅的闡述觀點(diǎn)。第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor壓縮空氣在船舶上的應(yīng)用：

1.主機(jī)的啟動、換向；

2.輔機(jī)的啟動；

3.為氣動裝置提供氣源；

4.為氣動工具提供氣源；

5.吹洗零部件和濾器。

排氣量:單位時(shí)間內(nèi)所排送的相當(dāng)?shù)谝患壩鼩鉅顟B(tài)的空氣體積。單位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor空壓機(jī)分類：按排氣壓力分：低壓0.2～1.0MPa；中壓1～10MPa；高壓10～100MPa。按排氣量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理容積式壓縮機(jī)按結(jié)構(gòu)分為兩大類：往復(fù)式與旋轉(zhuǎn)式兩級活塞式壓縮機(jī)單級活塞壓縮機(jī)活塞式壓縮機(jī)膜片式壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片式壓縮機(jī)最長的使用壽命-

----低轉(zhuǎn)速（1460RPM），動件少（軸承與滑片），潤滑油在機(jī)件間形成保護(hù)膜，防止磨損及泄漏，使空壓機(jī)能夠安靜有效運(yùn)作；平時(shí)有按規(guī)定做例行保養(yǎng)的JAGUAR滑片式空壓機(jī)，至今使用十萬小時(shí)以上，依然完好如初，按十萬小時(shí)相當(dāng)于每日以十小時(shí)運(yùn)作計(jì)算，可長達(dá)33年之久。因此，將滑片式空壓機(jī)比喻為一部終身機(jī)器實(shí)不為過?；?葉)片式空壓機(jī)可以365天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并保證60000小時(shí)以上安全運(yùn)轉(zhuǎn)的空氣壓縮機(jī)1.進(jìn)氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.轉(zhuǎn)子及機(jī)殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時(shí)，空氣由機(jī)體進(jìn)氣端進(jìn)入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機(jī)殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時(shí)停止進(jìn)氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。4.被壓縮的空氣壓力升高達(dá)到額定的壓力后由排氣端排出進(jìn)入油氣分離器內(nèi)。4.被壓縮的空氣壓力升高達(dá)到額定的壓力后由排氣端排出進(jìn)入油氣分離器內(nèi)。1.進(jìn)氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.凸凹轉(zhuǎn)子及機(jī)殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時(shí)，空氣由機(jī)體進(jìn)氣端進(jìn)入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機(jī)殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時(shí)停止進(jìn)氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。螺桿式氣體壓縮機(jī)是世界上最先進(jìn)、緊湊型、堅(jiān)實(shí)、運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，是值得信賴的氣體壓縮機(jī)。螺桿式壓縮機(jī)氣路系統(tǒng)：

A

進(jìn)氣過濾器

B

空氣進(jìn)氣閥

C

壓縮機(jī)主機(jī)

D

單向閥

E

空氣/油分離器

F

最小壓力閥

G

后冷卻器

H

帶自動疏水器的水分離器油路系統(tǒng)：

J

油箱

K

恒溫旁通閥

L

油冷卻器

M

油過濾器

N

回油閥

O

斷油閥冷凍系統(tǒng)：

P

冷凍壓縮機(jī)

Q

冷凝器

R

熱交換器

S

旁通系統(tǒng)

T

空氣出口過濾器螺桿式壓縮機(jī)渦旋式壓縮機(jī)

渦旋式壓縮機(jī)是20世紀(jì)90年代末期開發(fā)并問世的高科技壓縮機(jī)，由于結(jié)構(gòu)簡單、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪聲、長壽命等諸方面大大優(yōu)于其它型式的壓縮機(jī)，已經(jīng)得到壓縮機(jī)行業(yè)的關(guān)注和公認(rèn)。被譽(yù)為“環(huán)保型壓縮機(jī)”。由于渦旋式壓縮機(jī)的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使其成為當(dāng)今世界最節(jié)能壓縮機(jī)。渦旋式壓縮機(jī)主要運(yùn)動件渦卷付，只有磨合沒有磨損，因而壽命更長，被譽(yù)為免維修壓縮機(jī)。

由于渦旋式壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、振動小、工作環(huán)境安靜，又被譽(yù)為“超靜壓縮機(jī)”。

渦旋式壓縮機(jī)零部件少，只有四個(gè)運(yùn)動部件,壓縮機(jī)工作腔由相運(yùn)動渦卷付形成多個(gè)相互封閉的鐮形工作腔，當(dāng)動渦卷作平動運(yùn)動時(shí)，使鐮形工作腔由大變小而達(dá)到壓縮和排出壓縮空氣的目的。活塞式空氣壓縮機(jī)的外形第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級壓縮）工作循環(huán)：4—1—2—34—1吸氣過程

1—2壓縮過程

2—3排氣過程第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級壓縮）

壓縮分類：絕熱壓縮：1—2耗功最大等溫壓縮：1—2''耗功最小多變壓縮：1—2'耗功居中功＝P×V（PV圖上的面積）加強(qiáng)對氣缸的冷