14春第2章可编程序控制器的结构及工作原理分析.ppt

第2章 可编程序控制器的结构及工作原理 2.2 可编程序控制器的工作原理 本章从PLC结构入手，介绍PLC各部分的作用，输入输出接口电路、PLC实现控制功能的工作原理、PLC的编程语言及特点、PLC的数据类型、常用的寻址方式。 2.1 可编程序控制器的基本结构 实质上是工业控制专用计算机，由中央处理器、存储器、输入单元、输出单元、电源等部分组成，其组成结构框图如图所示。 组成 中央处理单元（CPU模板）：控制器的核心 输入部件 输出部件 电源部件（电源模板）：为PLC提供能源 编程器：将用户程序写进PLC内的存存储器，并监控程序执行情况 （I/O模板）：现场与CPU之间的接口 结构 整体式：前四部分装在同一机壳内 模块式：各功能部件独立封装，称为模块。各种模板通过机架和总线或底板连接而成 整体式PLC(西门子S7-200) 1-电源模块； 2-后备电池；3-24V DC 连接器；4-模式开关； 5-状态和故障指示灯；6-存储器卡(CPU 313 以上)； 7-MPI 多点接口；8-前连接器；9-前盖 模块组装式PLC(西门子S7-300) PLC的输入电路：开关量直流输入模块 PLC的输入电路：开关量交流输入模块 开关量继电器输出模块 响应时间10ms 最大负载电流2A/1A（纯电阻负载） PLC的输出电路：开关量继电器输出模块 开关量可控硅（晶闸管）输出模块 响应时间1ms以下 最大负载电流0.3A/1A PLC的输出电路：开关量可控硅模块(限于某些机型) 开关量晶体管输出模块 响应时间0.2ms以下 直流，最大负载电流0.5A/1A PLC的输出电路：开关量晶体管输出模块 模拟量输入模块(4路) PLC的模拟量输入电路：A/D 模拟量输出模块(2路) PLC的模拟量输出电路：D/A 循环扫描 PLC的用户程序由若干条指令组成。CPU从第一条用户指令开始，按序逐条执行，直到结束，然后再返回第一条指令，进行新一轮扫描，如此反复不停，称为循环扫描。经历的时间称为扫描周期。 循环扫描核心任务是执行程序，但不仅仅是执行程序。 一个扫描周期可以划分为三个基本阶段：输入采样（输入扫描）阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。 PLC的循环扫描工作过程如下： 1、输入采样 逐个扫描输入端口，将状态保存到输入映像寄存器，。 状态一直保存，直至下一个周期到来才会被重新刷新。即当输入采样阶段结束后，如果输入设备的状态发生变化，也只能在下个扫描周期才能被PLC接收。（如民意调查的问卷） 一个扫描周期典型值为1～100ms。 影响PLC扫描周期长短的因素：CPU执行指令的速度、程序的长短、指令类型、指令条数、指令编写的结构。 扫描周期并非越短越好，满足控制系统的要求就可以了。 2、程序执行 输入采样后，进入程序执行阶段。 PLC按序对程序进行扫描：从上到下、从左至右地扫描每条指令，程序中有中断，优先执行中断。 期间从输入映像寄存器和输出映像寄存器中获得数据进行运算，将结果写入输出映像寄存器中暂存。此时，CPU还须处理从通讯端口接收到的信息，执行通讯处理。