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1、第三章第三章 可编程控制器的组成与原理可编程控制器的组成与原理 PLC基本工作原理基本工作原理2 PLC的组成与等效电路的组成与等效电路3 1 PLC的编程语言的编程语言3 33.1 PLC3.1 PLC的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路1 1、PLC PLC的硬件系统的硬件系统的硬件系统的硬件系统3.1 PLC3.1 PLC的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路3.1 PLC3.1 PLC的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路PLCPLC的主机的主机的主机的主机PLC主机主机存储器存储器中央处理器中央处理器CP
2、U输入输出电路输入输出电路外部设备接口外部设备接口总线总线电源电源（1 1）PLCPLC的的的的CPUCPU主要功能看书主要功能看书主要功能看书主要功能看书3.1 PLC3.1 PLC的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路（2 2）PLCPLC的存储器的存储器的存储器的存储器系统程序存储器系统程序存储器用户程序存储器用户程序存储器数据存储器数据存储器存储器存储器存储器存储器固化在固化在ROM中中EPROM、EEPROM调试好调试好调试好调试好RAMPLC程序存储器的单位程序存储器的单位“步步”3.1 PLC3.1 PLC的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路
3、的组成及等效电路（3）输入输出（）输入输出（I/O）模块）模块输入模块：接收外部的开关量、采集外部的模拟量输入模块：接收外部的开关量、采集外部的模拟量 输出模块：输出输出模块：输出CPU处理过的信号，驱动外部设备处理过的信号，驱动外部设备 输入输出模块广泛采用输入输出模块广泛采用光隔离技术和滤波技术光隔离技术和滤波技术，以提高抗干扰性，以提高抗干扰性3.1 PLC3.1 PLC的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路开关量开关量I/O模模块块的外部接的外部接线线方式方式 汇点式汇点式 分组式分组式 分隔式分隔式3.1 PLC3.1 PLC的组成及等效电路的组成及等效电路
4、的组成及等效电路的组成及等效电路输入接口电路输入接口电路直流输入直流输入交、直流输入交、直流输入3.1 PLC3.1 PLC的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路输出接口电路输出接口电路继电器输出：可带直流、也可带交流继电器输出：可带直流、也可带交流3.1 PLC3.1 PLC的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路晶闸管输出：只可带交流晶闸管输出：只可带交流3.1 PLC3.1 PLC的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路晶体管输出：只可带直流晶体管输出：只可带直流特殊功能模块、电源、以及其他模块见书中描述特殊功能模
5、块、电源、以及其他模块见书中描述3.1 PLC3.1 PLC的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路2、PLC的软件系统的软件系统软件系统软件系统系统程序系统程序用户程序用户程序程序结构：程序结构：顺序结构：小规模程序顺序结构：小规模程序用户程序：大规模程序用户程序：大规模程序3.1 PLC3.1 PLC的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路的组成及等效电路PLCPLC的等效电路的等效电路的等效电路的等效电路3.3 3.3 可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理1 1、PLCPLC的工作方式的工
6、作方式的工作方式的工作方式循环扫描循环扫描2 2、PLCPLC的工作过程的工作过程的工作过程的工作过程四个阶段周期性扫描、集中批处理四个阶段周期性扫描、集中批处理公共扫描公共扫描公共扫描公共扫描输入采样输入采样输入采样输入采样用户程序用户程序用户程序用户程序输出刷新输出刷新输出刷新输出刷新3.3 3.3 可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理（1 1）公共扫描阶段）公共扫描阶段）公共扫描阶段）公共扫描阶段公共处理公共处理PLC自检：检测器件状态，有故障在诊断，给出故障信号或处理自检：检测器件状态，有故障在诊断，给出故障信号或处理
7、执行来自外设命令：编程？通讯？启动磁带机或打印机？执行来自外设命令：编程？通讯？启动磁带机或打印机？对看门狗定时器对看门狗定时器WDT清零：死循环清零：死循环3.3 3.3 可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理（2）输入采样扫描阶段）输入采样扫描阶段 第一个批处理阶段第一个批处理阶段PLC采集输入端口信息，并存储在输入映射寄存器中采集输入端口信息，并存储在输入映射寄存器中注意：注意：PLC在执行程序时，以本次采集的信息为准。在执行程序时，以本次采集的信息为准。输入信号发生改变，只在下次采集时有反应输入信号发生改变，只在下次采集
8、时有反应（3）执行用户程序扫描阶段）执行用户程序扫描阶段第二个批处理阶段第二个批处理阶段PLC从左到右、从上到下执行程序。从左到右、从上到下执行程序。输入信号只从输入映射寄存器中取。中间步骤的执行结果存输入信号只从输入映射寄存器中取。中间步骤的执行结果存入元件映射寄存器中，对后面的程序产生影响。入元件映射寄存器中，对后面的程序产生影响。3.3 3.3 可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理（4）输出刷新扫描阶段）输出刷新扫描阶段 第三个批处理阶段第三个批处理阶段当当CPU对全部用户程序扫描结束后，将元件映像寄存器中各输出对全部用
9、户程序扫描结束后，将元件映像寄存器中各输出继电器的状态同时送到输出锁存器中，再由输出锁存器经输出端继电器的状态同时送到输出锁存器中，再由输出锁存器经输出端子去驱动各输出继电器所带的负载。子去驱动各输出继电器所带的负载。3.3 3.3 可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理3.3 3.3 可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理3.3 3.3 可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理3 扫描周期计算扫描周
10、期计算扫描周期除了输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设(如编程器、上位计算机)通信等处理。一般说来，同型号的PLC，其自诊断所需的时间相同如三菱FX2系列机自诊断时间为0.96ms 3.3 3.3 可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理例：三菱公司例：三菱公司FX240M，配置开关量，配置开关量输输入入24点，开关量点，开关量输输出出16点，点，用用户户程序程序为为1000步，不包含特殊功能指令，步，不包含特殊功能指令，PLC运行运行时时不不连连接上位接上位计计算机等外算机等外设设。I/O的的扫扫描速度
11、描速度为为0.03ms8点，用点，用户户程序的程序的扫扫描速度描速度为为0.74us/步，自诊断所需的时间为步，自诊断所需的时间为0.96ms，试计算一个扫描周期所需，试计算一个扫描周期所需要的时间为多少要的时间为多少?解：解：扫扫描描40点点IO所需要的所需要的时间为时间为：T10.03ms8点点40点点=12ms扫扫描描1000步程序所需要的步程序所需要的时间为时间为：T20.74us/步步1000步步0.74ms自诊断所需要的时间为：自诊断所需要的时间为：T30.96ms因因PLC运行时，不与外设通信，所以通信时间为；运行时，不与外设通信，所以通信时间为；T4=0这样一个扫描周期这样一个
12、扫描周期T为：为：TT1十十T2十十T3+T4=12ms十十0.74ms十十0.96ms1.92ms3.3 3.3 可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理不能完全精确计算出不能完全精确计算出PLC一次的扫描周期一次的扫描周期(1)在在Fx2系列系列PLC中，当中，当PLC投入运行后，投入运行后，CPU将最大扫描周期、最将最大扫描周期、最小扫描周期和当前扫描周期的值分别存入小扫描周期和当前扫描周期的值分别存入D8012、D8011、D80l0三三个特殊数据寄存器中个特殊数据寄存器中(计时单位：计时单位：1ms)，用户可以通过编程器
13、查阅、，用户可以通过编程器查阅、监控扫描周期的大小及变化监控扫描周期的大小及变化。(2)在在Fx2系列系列PLC中，提供恒定的扫描周期扫描用户程序的运行方式。中，提供恒定的扫描周期扫描用户程序的运行方式。用户可将通过计算或实际测定的最大扫描周期再留一些余量，作为恒定用户可将通过计算或实际测定的最大扫描周期再留一些余量，作为恒定扫描周期的值存放在特殊数据寄存器扫描周期的值存放在特殊数据寄存器D8039中中(计时单位：计时单位：1ms)；当特殊；当特殊辅助继电器辅助继电器M8039线圈被接通时，线圈被接通时，PLC按照按照D8039中存放的数据以恒定周中存放的数据以恒定周期扫描用户程序。期扫描用户
14、程序。3.3 3.3 可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理4 4、输入输出响应的滞后现象、输入输出响应的滞后现象、输入输出响应的滞后现象、输入输出响应的滞后现象（1）输入滤波器的时间常数（输入延迟）输入滤波器的时间常数（输入延迟）（2）输出继电器的机械滞后（输出延迟）输出继电器的机械滞后（输出延迟）（3）PLC的循环扫描方式的循环扫描方式解决方法解决方法（1）改变信息刷新方式）改变信息刷新方式I/O直接刷新方式直接刷新方式I/O立即刷新立即刷新（2）采用中断技术）采用中断技术（3）调整输入滤波器）调整输入滤波器3.4 3.4 可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言梯形图、指令表、顺序功能图、功能块图、高级语言梯形图、指令表、顺序功能图、功能块图、高级语言3.3 3.3 可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理可编程控制器的基本工作原理