可编程控制器plc工作原理PPT学习教案

1、会计学1 可编程控制器可编程控制器plc工作原理工作原理 外部I/O单元 用户程序区 内存区 用户数据存储区 用户继电器区 辅助继电器区 外部I/O映象单元 PLCPLC与外部的数据交换与外部的数据交换 第1页/共83页 外部I/O单元 用户程序区 内存区 用户数据存储区 用户继电器区 辅助继电器区 外部I/O映象单元 逻辑运算 PLCPLC与外部的数据交换与外部的数据交换 第2页/共83页 逐条解读控制程序逐条解读控制程序 根据程序中的逻辑流，逐位进行逻辑运算根据程序中的逻辑流，逐位进行逻辑运算 例例1：输出操作：输出操作（OUT） 则将输出位的值放入则将输出位的值放入I/O映象区的相应数据

2、位映象区的相应数据位 例例2：输出操作：输出操作（TIME） 则启动定时器则启动定时器 根据逻辑运算结果，如为根据逻辑运算结果，如为“1”则执行一个操作则执行一个操作 第3页/共83页 外部I/O单元 用户程序区 内存区 用户数据存储区 用户继电器区 辅助继电器区 外部I/O映象单元 将逻辑运算结果写入映像区将逻辑运算结果写入映像区 PLCPLC与外部的数据交换与外部的数据交换 第4页/共83页 外部I/O单元 用户程序区 内存区 用户数据存储区 用户继电器区 辅助继电器区 外部I/O映象单元 逻辑运算过程中读映像区数据 PLCPLC与外部的数据交换与外部的数据交换 第5页/共83页 外部I/

3、O单元 用户程序区 内存区 用户数据存储区 用户继电器区 辅助继电器区 外部I/O映象单元 将映像区数据写入输出端口 PLCPLC与外部的数据交换与外部的数据交换 第6页/共83页 外部I/O单元 用户程序区 内存区 用户数据存储区 用户继电器区 辅助继电器区 外部I/O映象单元 将输入端口数据写入映像区 PLCPLC与外部的数据交换与外部的数据交换 第7页/共83页 T T=0.1s 扫描工作原理 第8页/共83页 T 0.1s I/O操作 执行程序 I/O操作 执行程序 0.1s 扫描工作原理 第9页/共83页 T 0.1s0.1s0.1s0.1s 扫描工作原理 第10页/共83页 T 0

4、.1s0.1s0.1s 扫描工作原理 第11页/共83页 T 0.1s0.1s0.1s 通过连续不断的周期性扫描工作 产生一个连续性的工作过程 扫描工作原理 第12页/共83页 n系统软设备存储区 除了 IO映象区以外，系统 RAM存储区还包括 PLC内部各类软设备 （逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器、变址寄存器和累加器等） 的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的 存储区域，前者在PLC断电时，由内部的电池供电，使这部分存储单 元内的数据得以保留；后者当PLC停止运行时，将这部分存储单元内 的数据全部清零。 系统软设备存储区 第13页/共83页 n n 与开关量输出（

5、或称作输出线圈）一样，每个逻辑线圈占用系统 RAM存储区中的一个位（Bit），所不同的是逻辑线圈不能直接驱动外 设，它只供用户在编制用户程序中使用。逻辑线圈的作用类似于电器 控制线路中的中间继电器，而输出线圈的作用类似于电器控制线路中 的接触器。当PLC投入运行后，如果扫描到某一程序段，其逻辑运算 的结果使该逻辑线圈断开，则存储单元中与其相对应的位被置“0”， 用户程序中地址为该逻辑线圈的常开触点均“断开”，其常闭触点均 “闭合”；如果逻辑运算的结果使该逻辑线圈接通，则存储单元中与 其相对应的位被置“1”，用户程序中地址为该逻辑线圈的常开触点均 “闭合”，其常闭触点均“断开”。 n 这种工作模

6、式与继电器相似，逻辑线圈Bit位的逻辑值等同于继电 器的线圈通断状态变化，同时该位的逻辑值又构成了无数个“虚拟触 点”。 n逻辑继电器 第14页/共83页 n由于逻辑线圈占用的系统RAM存储区的存储单元分为具有失电保持和 无失电保持二种，因此，PLC的逻辑线圈分为具有失电保持逻辑线圈 和无失电保持逻辑线圈（或称作普通逻辑线圈）二种。具有失电保持 逻辑线圈的状态在 PLC断电后仍得以保留。 PLC上电投入运行时，具 有失电保持逻辑线圈的状态是断电以前的，这点在使用时要予以注意。 n 另外，不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，这些特殊逻 辑线圈各自都具有特定的功能，一般分为以下二类： n 当

7、PLC投入运行后，一类特殊逻辑线圈的通或断的状态直接由系 统程序决定。在编制用户程序时，用户不得使用这些逻辑线圈，而只 能使用其触点。 n 另一类特殊逻辑钱圈的通或断的状态须由扫描该线圈的控制线路 来确定。当该特殊逻辑线圈被接通时，表示某一特定功能成立；当该 特殊逻辑线圈断开时，表示某一特定功能不起作用。 逻辑继电器 第15页/共83页 nPLC内部的计时器逻辑线圈一般由软件构成，它们占用系统RAM存储区中的一 部分。计时器逻辑线圈也分为二种：普通计时器逻辑线圈和具有失电保持计 时器逻辑线圈。后者的当前计时值在PLC断电时，其数据（当前计时值）被保 留。这样，当PLC上电投入运行后，它将在原先

8、计时值的基础上继续计时，这 一点在使用时要予以注意。 n一个计时器逻辑线圈一般占用二个16位的存储单元，其中一个为具有失电保 持的存储单元，用于存放计时设定值；另一个根据二种计时器逻辑线圈的不 同需要分别采用具有失电保持和无失电保持的存储单元，用于存放当前计时 值。另外每个计时器还占用三个位（bit）。一个为复位位，若该位为“1”， 则将当前计时值清零，并将表示计时器逻辑线圈状态的位置“0；若该位为 “0”，则复位不起作用。第二个位为计时位，若该位为“0”，则表示计时条件 不满足，该计时器不进行计时；若该位为“1”，则表示对该计时器进行计时， 即在扫描END梯形图时，刷新其当前计时值。第三个位

9、为计时器逻辑线圈状 态位，若该位为“0”，则表示计时时间未到，计时器逻辑线圈断开；若该位为 “1”，则表示计时时间到，计时器逻辑线圈接通。 计时器逻辑线圈 第16页/共83页 nPLC内部的计数器逻辑线圈一般也由软件构成，它们占用存储单元的 情况基本上与计时器逻辑线圈的相同。只是计数器逻辑线圈计数位的 情况与计时器逻辑线圈计时位的不同，它需要占用二个位循环），其 中一个位为计数位1，用于存放上次扫描周期中该计数器计数控制线路 的逻辑运算结果的状态，另一个位为计数位2，用于存放本次扫描周期 中该计数器计数控制线路的逻辑运算结果的状态，若计数位1和计数位 2均为“护或“l”状态或者计数位1为“1”

10、、计数位2为“护状态，则表 示计数条件不满足，该计数器不进行计数；若计数位1为“0”、计数位 2为“1”状态，则表示计数条件满足，对该计数器进行计数。若该计数 器为递加计数器，则将其当前计数值加1；若该计数器为递减计数器， 则将其当前计数值减1。为了能使PLC的CPU能辨别计数控制线路的逻 辑运算结果是否发生变化，就要求该计数控制线路的控制信号持续的 时间至少大干等于一个扫描周期。 n n计数器逻辑线圈 第17页/共83页 第18页/共83页 n两种编程语言标准两种编程语言标准 SIMATIC IEC1131-3 第19页/共83页 n梯形图编辑器（LAD） n语句表编辑器 (STL) n功能

11、块图编辑器 (FBD) LAD STL FBD 第20页/共83页 LAD STL FBD LAD STL FBD 左母线左母线 n梯形图编辑器（LAD ） n语句表编辑器 (STL) n功 能 块 图 编 辑 器 (FBD) 第21页/共83页 n梯形图语言指令形式。 n单元式指令：用不含地址参数的单个单元表示梯形图逻辑指令。如反向信号 流单元指令。 n带地址的单元式指令：以单个单元加地址的形式表示的梯形图逻辑指令。如 常开触点单元指令。 n n带地址和数值的单元式指令：这种以单个单元形式表示的梯形图需要输入地 址和数值。 n带参数的方块式指令：带有表示输入和输出的横线的方块表示某些梯形逻辑

12、 指令。如实数除法指令。输入在方块的左边，输出在方块的右边。对于输出 参数必须是STEP7软件能够用于放置输出信息的存储单元。参数必须是专用 的数据类型。 第22页/共83页 n助记符语言指令形式。 n一条指令语句的组成有两种基本格式： n一条语句由一条单个指令助记符组成，如 NOT（反向信号流指令）； n一条语句由一个指令助记符和一个地址组成，如 L27（把整数 27装 入累加器）。 第23页/共83页 n功能块图编辑器的主要编程方式是将控制程序的控制运行过程分解为 一系列逻辑功能运算块、函数运算功能块、输出输入功能块。因而它 更接近是用一种电路器件的功能概念来理解分析控制功能。功能块有 输

13、出输入端子和相应的运算操作定义助记符，它没有逻辑线圈和触点 的概念。 第24页/共83页 第25页/共83页 第26页/共83页 PLC编程语言的基本单位语句 PLC指令 PLC指令 PLC指令 PLC指令 PLC指令 PLC指令 PLC指令 PLC指令 PLC指令 PLC指令 PLC指令 PLC指令 PLC指令 PLC指令 PLC指令 PLC指令 第27页/共83页 + 操作码操作数 PLC指令 第28页/共83页 + 操作码操作数 PLC指令 指令的功能所需要的数据地址 第29页/共83页 + 操作码操作数 PLC指令 指令的功能所需要的数据地址 寻址方式 第30页/共83页 LAD ST

14、L FBD LAD STL FBD n梯形图编辑器（LAD ） n语句表编辑器 (STL) n功 能 块 图 编 辑 器 (FBD) 第31页/共83页 第32页/共83页 第33页/共83页 kn 第34页/共83页 n步步：步是控制系统中一个相对不变的性质，对应于一个稳定状态。在功 能图中，步通常表示某个执行元件的工作状态变化。 n与步对应的功作:步是指一个稳定的状态。当表示过程中的一个动作时， 用该步右边的一个矩形框来表示，如下图所示。当一个步有多个动作时， 用该步右边的多个矩形框来表示。 kn动作动作 3动作 2动作 1 第35页/共83页 kn 第36页/共83页 kn 静步动步 第

15、37页/共83页 第38页/共83页 第39页/共83页 第40页/共83页 第41页/共83页 第42页/共83页 第43页/共83页 第44页/共83页 第45页/共83页 第46页/共83页 第47页/共83页 第48页/共83页 第49页/共83页 第50页/共83页 第51页/共83页 第52页/共83页 第53页/共83页 第54页/共83页 第55页/共83页 第56页/共83页 State L State M State N State E 第57页/共83页 State L State M State N State E 第58页/共83页 State L State M S

16、tate N State E 第59页/共83页 State L State M State N State E 第60页/共83页 第61页/共83页 n为了适应设计程序的不向需求， STEP 7为设计程序提供了三种 程序设计方法。 n线性程序； 分部程序； 结构化程序。 OB1 FC1 FC2 FC3 FC4 OB1 FN1 FN2 FN3 OB1 OB1 OB1 OB1 OB1 第62页/共83页 n线性编程 n 线性编程就是将用户程序连续放置在一个指令块内，通常为OB1， 程序按线性的或顺序的执行每条指令。这一结构是最初的PLC模拟继 电器的逻辑模型，它具有简单、直接的结构，对于所有的

17、指令只有 一个逻辑块。由于所有的指令在一个块内，这一方法适用于由一个 人编写的项目。由于仅有一个程序文件，其软件管理功能十分简单。 第63页/共83页 n分部编程 n 将一项控制任务分成若干个独立的指令块。每个块用于控制 一套设备或一系列工作的逻辑，而这些块的运行靠组织块（OBI） 内的指令来调用。比如说，一个分部程序包含以下指令块： 1.用于控制设备每一部分的FC 2.用于控制设备每一工作状态的FC 3.用于控制操作员接口的FC 4.用于处理诊断逻辑的FC n 在分部程序中既无数据交换也无重复利用的代码。这种设计 方法可使多个设计人员同时编程而不会因设计同一内容发生冲突。 第64页/共83页

18、 n结构化编程 n 程序设计可用结构化编程方法设计用户程序。这样可编一 些通用的指令块，以便控制一些相似或重复的功能，避免重复 程序的设计工作。 第65页/共83页 n线性编程 OB1 第66页/共83页 FC10 FC20 FC30 FC40 FC50 OB1 第67页/共83页 FC10 FC20 FC30 FC40 FC50 OB1 第68页/共83页 FC10 FC20 FC30 FC40 FC50 OB1 第69页/共83页 FC10 FC20 FC30 FC40 FC50 OB1 第70页/共83页 FC10 FC20 FC30 FC40 FC50 OB1 第71页/共83页 FC10 FC20 FC30 FC40 FC50 OB1 第72页/共83页 第73页/共83页 FB1 FC1 OB1 第74页/共83页 第75页/共83页 第76页/共83页 信号上升沿信号上升沿/下降沿操作下降沿操作 立即执行触点指令立即