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機(jī)械電子工控專業(yè)-PLC培訓(xùn)講義(二)從基礎(chǔ)學(xué)PLC
2--1 PLC的基本組成
一、PLC的硬件系統(tǒng)
可編程控制器一般由中央處理單元( CPU )、存儲(chǔ)器( ROM/RAM)、輸入 / 輸出單元( I/O 單元)、編程器、電源等主要部件組成。
1、中央處理器( Central Processor Unit 簡(jiǎn)稱CPU):
與一般計(jì)算機(jī)一樣, CPU 是可編程控制器的核心,包括運(yùn)算器和控制器,它按系統(tǒng)程序賦予的功能指揮可編程控制器有條不紊地進(jìn)行工作,其主要任務(wù)有:
( 1 )接收、存儲(chǔ)由編程工具輸入的用戶程序和數(shù)據(jù),并通過(guò)顯示器顯示出程序的內(nèi)容和存儲(chǔ)地址。
( 2 )檢查、校驗(yàn)用戶程序。對(duì)正在輸入的用戶程序進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤立即報(bào)警,并停止輸入;在程序運(yùn)行過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,則立即報(bào)警或停止程序的執(zhí)行。
( 3 )接收、調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)信息。將接收到現(xiàn)場(chǎng)輸入的數(shù)據(jù)保存起來(lái),在需要改數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)⑵湔{(diào)出、并送到需要該數(shù)據(jù)的地方。
( 4 )執(zhí)行用戶程序。當(dāng)可編程控制器進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài), CPU 根據(jù)用戶程序存放的先后順序,逐條讀取、解釋和執(zhí)行程序,完成用戶程序中規(guī)定的各種操作,并將程序執(zhí)行的結(jié)果送至輸出端口,以驅(qū)動(dòng)可編程控制器的外部負(fù)載。
( 5 )故障診斷。診斷電源、可編程控制器內(nèi)部電路的故障,根據(jù)故障或錯(cuò)誤的類型,通過(guò)顯示器顯示出相應(yīng)的信息,以提示用戶及時(shí)排除故障或糾正錯(cuò)誤。
不同型號(hào)可編程控制器的CPU 芯片是不同的,其種類有:
(1)通用處理器:8086、80286、80386
(2)單片機(jī)芯片:8031、8096
(3)位片式微處理器:AMD-2900
2、存儲(chǔ)器
可編程控制器的存儲(chǔ)器可以分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等三種。
( 1 )系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器
系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放由可編程控制器生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序,并固化在 ROM 內(nèi),用戶不能直接更改。它使可編程控制器具有基本的智能。能夠完成可編程控制器設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。系統(tǒng)程序質(zhì)量的好壞,很大程度上決定了 PLC 的性能,其內(nèi)容主要包括三部分:第一部分為系統(tǒng)管理程序,它主要控制可編程控制器的運(yùn)行,使整個(gè)可編程控制器按部就班地工作;第二部分為用戶指令解釋程序,通過(guò)用戶指令解釋程序,將可編程控制器的編程語(yǔ)言變?yōu)闄C(jī)器語(yǔ)言指令,再由 CPU 執(zhí)行這些指令;第三部分為標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序,它包括許多不同功能的子程序及其調(diào)用管理程序,如完成輸入、輸出及特殊運(yùn)算等的子程序,可編程控制器的具體工作都是由這部分程序來(lái)完成的,這部分程序的多少?zèng)Q定了可編程控制器性能的強(qiáng)弱。
( 2 )用戶程序存儲(chǔ)器
根據(jù)控制要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序。用戶程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放用戶針對(duì)具體控制任務(wù),用規(guī)定的可編程控制器編程語(yǔ)言編寫的各種用戶程序。用戶程序存儲(chǔ)器根據(jù)所選用的存儲(chǔ)器單元類型的不同,可以是 RAM (有用鋰電池進(jìn)行掉電保護(hù)),EPROM 或 EEPROM 存儲(chǔ)器,其內(nèi)容可以由用戶任意修改或增刪。目前較先進(jìn)的的可編程控制器采用可隨時(shí)讀寫的快閃存儲(chǔ)器作為用戶程序存儲(chǔ)器??扉W存儲(chǔ)器不需后備電池,掉電時(shí)數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。
( 3 )工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù),即用戶程序中使用的 ON/OFF 狀態(tài)、數(shù)值數(shù)據(jù)等。
在工作數(shù)據(jù)區(qū)中開(kāi)辟有元件映像寄存器和數(shù)據(jù)表。其中元件映像寄存器用來(lái)存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)量 / 輸出狀態(tài)以及定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部器件的 ON/OFF 狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來(lái)存放各種數(shù)據(jù),它存儲(chǔ)用戶程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值及 A/D 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。在可編程控制器斷電時(shí)能保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器區(qū)稱數(shù)據(jù)保持區(qū)。
用戶程序存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器容量的大小,關(guān)系到用戶程序容量的大小和內(nèi)部器件的多少,是反映 PLC 性能的重要指標(biāo)之一。
3 .輸入 / 輸出接口
輸入 / 輸出接口是 PLC 與外界連接的接口。
輸入接口用來(lái)接收和采集兩種類型的輸入信號(hào)送給中央處理器。一類是由按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、數(shù)字撥碼開(kāi)關(guān)等的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)。另一類是由電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器等來(lái)的模擬量輸入信號(hào)。
輸出接口用來(lái)連接被控對(duì)象中各種執(zhí)行元件,如接觸器、電磁閥、電笛、指示燈、調(diào)節(jié)閥(模擬量)、調(diào)速裝置(模擬量)等。
I/O模塊的外部接線方式
4 .電源(Power Supply):
小型整體式可編程控制器內(nèi)部有一個(gè)開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源。電源一方面可為 CPU 板, I/O 板及擴(kuò)展單元提供工作電源( 5VDC ),另一方面可為外部輸入元件提供 24VDC ( 200mA )。
5 .?dāng)U展接口
擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元與基本單元相連 , 使 PLC 的配置更加靈活。
6 .通信接口
為了實(shí)現(xiàn)“人-機(jī)”或“機(jī)-機(jī)”之間的對(duì)話, PLC 配有多種通信接口。 PLC 通過(guò)這些通信接口可以與監(jiān)視器,打印機(jī),其他的 PLC 或計(jì)算機(jī)相連。
當(dāng) PLC 與打印機(jī)相連時(shí),可將過(guò)程信息,系統(tǒng)參數(shù)等輸出打?。划?dāng)與監(jiān)視器 (CRT)相連時(shí),可將過(guò)程圖象顯示出來(lái);當(dāng)與其他 PLC 相連時(shí),可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制;當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí),可以組成多級(jí)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合系統(tǒng)。
7 .智能 I/O 接口
為了滿足更加復(fù)雜的控制功能的需要, PLC 配有多種智能 I/O 接口。例如,滿足位置調(diào)節(jié)需要的位置閉環(huán)控制模板,對(duì)高速脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)和處理的高速計(jì)數(shù)模板等。這類智能模板都有其自身的處理器系統(tǒng)。
8 .編程器(Programmer)
編程器的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制,編輯,調(diào)試和監(jiān)視,編程器也用于系統(tǒng)初始狀態(tài)的配置及控制系統(tǒng)故障時(shí)作為檢查故障的有效工具。
編程器有簡(jiǎn)易型和智能型兩類。簡(jiǎn)易型的編程器只能聯(lián)機(jī)編程,且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語(yǔ)言助記符(指令表)后,才能輸入。它一般由簡(jiǎn)易鍵盤和發(fā)光二極管或其他顯示器件組成。智能型的編程器又稱圖形編程器。它可以聯(lián)機(jī),也可以脫機(jī)編程,具有 LCD 或 CRT 圖形顯示功能,可以直接輸入梯形圖和通過(guò)屏幕對(duì)話 .
也可以利用微機(jī)作為編程器,這時(shí)微機(jī)應(yīng)配有相應(yīng)的編程軟件包,若要直接與可編程控制器通信,還要配有相應(yīng)的通信電纜。
(一)、 專用編程器
1、簡(jiǎn)易編程器:
功能: 輸入和編輯指令表程序
特點(diǎn) : 體積很小 價(jià)格便宜
2、圖形編程器
功能: 直接生成和編輯梯形圖程序
特點(diǎn) : 價(jià)格高 操作比較麻煩
(二)、 個(gè)人計(jì)算機(jī)程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)
功能: 。編制修改 PLC的梯形圖程序
。監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行 打印采集和分析數(shù)據(jù)
。 適時(shí)彩色圖形操作器和文字處理器
。 對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和系統(tǒng)仿真
。網(wǎng)絡(luò)管理器和網(wǎng)絡(luò)工作站
特點(diǎn): 可以利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)軟件和網(wǎng)絡(luò)資源
功能強(qiáng)大
9 .其他部件
PLC 還可配有盒式磁帶機(jī), EPROM 寫入器,存儲(chǔ)器卡等其他外部設(shè)備。
二、PLC的軟件系統(tǒng)
(1)系統(tǒng)程序
(2)用戶程序
2--2 可編程序控制器的工作原理
一、PLC的工作方式
眾所周知,繼電器控制系統(tǒng)是一種“硬件邏輯系統(tǒng)”,如圖 1 ( a )所示,它的三條支路是并行工作的,當(dāng)按下按鈕 SB1 ,接觸器 KM1 得電, KM1 的一個(gè)觸點(diǎn)閉合并自鎖,接觸器 KM2 ,時(shí)間繼電器 KT 的線圈同時(shí)得電動(dòng)作。所以繼電器控制系統(tǒng)采用的是并行工作方式。
概括而言, PLC 的工作方式是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。 CPU 從第一條指令開(kāi)始,按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束,然后返回第一條指令開(kāi)始新的一輪掃描。 PLC 就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。
二、PLC的工作過(guò)程
PLC 工作的全過(guò)程可用下圖所示的運(yùn)行框圖來(lái)表示(以OMRON P型機(jī)為例)。
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