第二章可编程控制器讲述.docx

第二章可编程控制器（PLC）概述2.1 PLC的组成可编程控制器（PLC）采用了典型的计算机结构，主要由CPU模块、编程器、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成[9]。中央处理器CPU是可编程控制器的核心，它的作用是接受输入的程序并保存程序，扫描现场的输入状态，执行用户程序，并自我诊断。存储器用来存放程序和数据的，器存储空间一般包括三个区域：系统程序存储区，系统RAM存储区（包括I/O映像区和系统软设备等），用户程序存储区。输入接口采集现场各种开关接点的信号状态，并将其转化成标准的逻辑电平，输出接口用于输出电信号来控制对象。编程器用于用户的编程、调试、系统设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。可编程控制器系统结构如图2-1所示：图2-1 可编程控制器系统机构图2.2 PLC的工作原理及编程语言2.2.1 PLC的工作原理PLC是采用循环扫描的工作方式进行工作的，这个工作过程一般包括五个阶段：内部处理、与编程器等的通信处理、输入扫描、用户程序实行、输出处理。其工作过程如图所示。其中，CPU执行指令的速度、每条指令占用的时间、指令条数的多少等是影响扫描周期长短的三大主要因数[18]。图2-2 工作原理图在PLC运行时，CPU根据用户控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号作周期性循环，若是没有跳转指令，那么就从第一条指令开始逐步顺序执行指令，一直到程序结束在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和输出状态的刷新等工作。PLC的每个扫描周期必须经过三个阶段:输入采样阶段、用户程序执行阶段、输出刷新阶段。输出采样阶段：首先以扫描的方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进行程序执行。用户程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中的所有内容对着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有额指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态再刷新阶段输送至锁存器中，并按一定的方式（继电器、晶体管）输出，驱动相应的输出设备。 2.2.2 PLC的编程语言 根据可编程器的应用范围，程序设计语言可以组合使用，常用的程序设计语言分别有：梯形图、布尔助记符、功能表图、结构化语句描述、梯形图与结构化语句描述、布尔助记符与功能表图、布尔助记符与结构化语句描述。梯形图语言和布尔助记符语言是基本的成语设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能。功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可以根据需要去执行更有效的操作。1、梯形图是用梯形图的图形符号来描述成语的一种语言。它的特点有：①与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；②与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于掌握和学习；③与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待；④与布尔助记符有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查。2、布尔助记符是用布尔助记符来描述程序的一种程序设计语言。它的特点有：①采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握的特点；②在编程的键盘上采用助记符表示，具有便于操作的特点，可在无计算机的场合进行编程设计；③与梯形图有一一对应的关系。其特点与梯形图基本类同。3、功能块图是采用功能模块来表示模块所具有的功能，不同的功能块有不同的功能。它的特点有：①以功能块为单位，从控制功能入手，使控制方案的分析和理解变得容易；②功能块使图形化的方法描述功能，它的直观性大大方便了设计人员的编程和组态，有较好的易操作性；③对控制规模较大、控制关系较复杂的系统，由于控制功能的关系可以较清楚地表达出来，因此，编程和组态时间可以缩短，调试时间也能减少。4、结构化语句描述是用结构化的描述语句来描述程序的一种程序设计语言。它的特点有：①采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算；②需要有一定的计算机高级程序设计语言的知识和编程技巧，对编程人员的技能要求较高，普通电器人员无法完成；③直观性和易操作性等性能较差；④常被用于采用功能模块等其他语言较难实现的一些控制功能的实施。2.3 PLC的特点2.3.1 PLC的定义PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。其定义为：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术