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2011年9月3号第2周星期5第1、2节
教学课题:可编程序控制器工作原理 课型:新授
知识与技能:1、熟悉可编程序控制器基本结构。
2、掌握可编程序控制器的扫描工作原理。
过程与方法:讲解、演示。
情感态度价值观:培养学生科学的情感态度和价值观。
教学重点:可编程序控制器的结构和工作原理。
教学难点:可编程序控制器工作原理的分析。
教具准备:投影仪、计算机。
教学过程:
复习:
可编程控制器的基本结构
?1. 中央处理器
????中央处理单元(CPU)一般由控制器、运算器和寄存器组成,这些电路都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入输出接口电路相连接。与一般计算机一样,CPU是PLC的核心,它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊地进行工作。用户程序和数据事先存入存储器中,当PLC处于运行方式时,CPU按循环扫描方式执行用户程序。 ????2. 存储器
????PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。 ????系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序,系统程序固化在ROM内,用户不能直接更改,它使PLC具有基本的功能,能够完成PLC设计者规定的各项工作。??用户存储器包括用户程序存储器(程序区)和功能存储器(数据区)两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序,
3. 输入单元
????可编程序控制器的输入信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输入单元从广义上分包含两部分:一是与被控设备相连接的接口电路,另一部分是输入映像寄存器。
4. 输出单元
????可编程序控制器的输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输出单元从广义上分包含两部分:一是与被控设备相连接的接口电路,另一部分是输出的映像寄存器。 5. 通讯接口
????现代PLC一个显著的特点就是具有通讯功能,目前主流的PLC一般都具有RS485(或RS232)通讯接口,以便连接编程设备、监视器、打印机等外围设备,或连接诸如变频器、温控仪等简单控制设备进行简单的主从式通讯,实现“人一机”或“机—机’’之间的对话。
6、I/O接口电路
用来外接扩展模块,增强PLC功能。
7、电源
为PLC各部分提供正常工作电压和电流。
二、新授:
(一)可编程控制器的工作原理
为了满足工业逻辑控制的要求,同时结合计算机控制的特点,PLC的工作方式采用不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令执行开始,按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束,然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。PLC工作的全过程可用图7.9所示的运行框图来表示。整个过程可分为以下几个部分: ????第一部分是上电处理。PLC上电后对系统进行一次初始化,包括硬件初始化和软件初始化,停电保持范围设定及其他初始化处理等。 ????第二部分是自诊断处理。PLC每扫描一次,执行—次自诊断检查,确定PLC自身的动作是否正常。如CPU、电池电压、程序存储器、I/O和通讯等是否异常或出错,如检查出异常时,CPU面板上的LED及异常继电器会接通,在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时,CPU被强制为STOP方式,所有的扫描便停止。
第三部分是通讯服务。PLC自诊断处理完成以后进入通讯服务过程。首先检查有无通讯任务,如有则调用相应进程,完成与其他设备的通讯处理,并对通讯数据作相应处理;然后进行时钟、特殊寄存器更新处理等工作。 ????第四部分是程序扫描过程。PLC在上电处理、自诊断和通讯服务完成以后,如果工作选择开关在RUN位置,则进人程序扫描工作阶段。先完成输入处理,即把输入端子的状态读入输入映像寄存器中,然后执行用户程序,最后把输出处理结果刷新到输出锁存器中。 ????在上述几个部分中,通讯服务和程序扫描过程是PLC工作的主要部分,其工作周期称为扫描周期。可以看出扫描周期直接影响控制信号的实时性和正确性,为了确保控制能正确实时地进行,在每个扫描周期中,通讯任务的作业时间必须被控制在一定范围内。
PLC运行正常时, 程序扫描周期的长短与CPU的运算速度、与I/O点的情况、与用户应用程序的长短及编程情况等有关。通常用PLC执行l KB指令所需时间来说明其扫描速度,一般为零点几ms到上百ms。值得注意的是,不同指令其执行时间是不同的,从零点几μs到上百μs不等,故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。而对于一些需要高速处理的信号,则需要特殊的软、硬件措施来处理。 当PLC处于正常运行时,它将不断重复扫描过程。分析上述扫描过程,如果对远程I/O、特殊模块和其他通讯服务暂不考虑,这样扫描过程就只剩下“
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