机电一体化综合实验讲义.docVIP

实验设备的了解以及对PLC指令系统软件的掌握 这门课的目的是让同学们通过使用实验仪器设备及软件，对松下PLC系统有一个初步的了解和认识。在踏上工作岗位前对PLC在科学研究和生产建设中的应用有一个基本的概念。 我们主要的实验工具有立体仓库模型、材料分拣系统模型、机械手模型、计算机及松下电工编程软件FPWIN GR。 在实验前，先了解以下知识： 一、PLC的一般结构和基本工作原理 ⒈ PLC的一般结构 可编程程序控制器实施控制，其实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现。入出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点。而入出变换实际上就是信息处理，信息处理当今最常用的是微处理技术，PLC也是用它，并使其专用化，应用于工业现场。至于物理实现，正是它与普通微机相区别之点，普通微机多只考虑信息本身，别的不多考虑，而PLC要考虑实际的控制需要。物理实现要求PLC的输入，应当排除干扰信号适应于工业现场。输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用。这就要求I/O电路专门设计。根据PLC实施控制的基本点的分析，PLC采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、RAM、ROM和专门设计的输入输出接口电路等组成。 ⒉ PLC的基本工作原理 PLC虽然具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，有键按下或I/O动作则转入相应的子程序，无键按下则继续扫描。PLC则采用循环扫描工作方式，在PLC中，用户程序按先后顺序存放。 CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而复始不断循环。这种工作方式是在系统软件控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号。整个工作过程可分为五个阶段：自诊断，与编程器计算机等的通信，输入采样，用户程序执行，输出刷新。 PLC经过这五个阶段的工作过程，称为一个扫描周期，完成一个周期后，又重新执行（上述过程），扫描周而复始地进行。扫描周期是PLC的重要指标之一，在不考虑第二个因素（与编程器等通讯）时，扫描周期T为： T=(读入一点时间×输入点数)+(运算速度×程序步数)+(输出一点时间×输出点数)+故障诊断时间 显然，扫描时间主要取决于程序的长短，一般每秒钟可扫描数十次以上，这对于工业设备通常没有什么影响。但对控制时间要求较严格，响应速度要求快的系统，就应该精确的计算响应时间，细心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少扫描周期造成的响应延时等不良影响。 PLC与继电接触器控制的重要区别之一就是工作方式不同。继电接触器是按“并行”方式工作的，也就是说是按同时执行的方式工作的，只要形成电流通路，就可能有几个电器同时动作。而PLC是以反复扫描的方式工作的，它是循环地连续逐条执行程序，任一时刻它只能执行一条指令，这就是说PLC是以“串行”方式工作的。这种串行工作方式可以避免继电接触器控制的触点竞争和时序失配问题。 总之，采用循环扫描的工作方式也是PLC区别于微机的最大特点，应特别注意。 二 、常见技术性能指标 ㈠ 输入/输出点数（即I/O点数） 即指PLC外部输入、输出端子数。这是最重要的一项技术指标。 ㈡ 扫描速度 一般以执行1000步指令所需时间来衡量，故单位为ms/千步。也有时以执行一步指令的时间计，如μs/步。 ㈢ 内存容量 一般以PLC所能存放用户程序多少衡量。在PLC中程序指令是按“步”存放的（一条指令往往不止一“步”），一“步”占用一个地址单元，一个地址单元一般占用两个字节。如一个内存容量为1000步的PLC可推知其内存为2K字节。 ㈣ 指令条数 这是衡量PLC软件功能强弱的主要指标。PLC具有的指令种类越多，说明其软件功能越强。 ㈤ 内部寄存器 PLC内部有许多寄存器用以存放变量状态、中间结果、数据等。还有许多辅助寄存器可供用户使用，这些辅助寄存器常可以给用户提供许多特殊功能或简化整体系统设计。因此寄存器的配置情况常是衡量PLC硬件功能的一个指标。 ㈥ 高功能模块 PLC除了主控模块外还可以配接各种高功能模块。主控模块实现基本控制功能，高功能模块则可实现某一种特殊的专门功能。高功能模块的多少，功能强弱常是衡量PLC产品水平高低的一个重要标志。 目前已开发出的常用高功能模块如