第一章 可编程控制器简介
可编程序控制器,英文称Programmable Controller,简称PC.但由于PC容易和个人计算机Personal Computer混淆,故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写.它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置,专为在工业现场应用而设计,它采用可编程序的存储器,用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令,并通过数字式或模拟式的输入、输出接口,控制各种类型的机械或生产过程.PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯,特别是PLC的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便.用户在购到所需的PLC后,只需按说明书的提示,做少量的接线和简易的用户程序编制工作,就可灵活方便地将PLC应用于生产实践.
一、PLC的结构及各部分的作用
PLC的类型繁多,功能和指令系统也不尽相同,但结构与工作原理则大同小异,通常由主机、
输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成.PLC的硬件系统结构如下图所示：
图1-1-1
1、主机
主机部分包括中央处理器CPU、系统程序存储器和用户程序及数据存储器.CPU是PLC的核心,它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理,即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作,将结果送到输出端,并响应外部设备如电脑、打印机
等的请求以及进行各种内部判断等.PLC的内部存储器有两类,一类是系统程序存储器,主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序,系统程序已由厂家固定,用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器,主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果.
2、输入/输出I/O接口
I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件.输入接口接受输入设备如按钮、传感器、触点、行程开关等的控制信号.输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备如接触器、电磁阀、指示灯等.I/O接口一般采用光电耦合电路,以减少电磁干扰,从而提高了可靠性.I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标,通常小型机有几十个点,中型机有几百个点,大型机将超过千点.
3、电源
图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源,通常也为输入设备提供直流电源.
4、编程
编程是PLC利用外部设备,用户用来输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况.通过专用的PC/PPI电缆线将PLC与电脑联接,并利用专用的软件进行电脑编程和监控.
5、输入/输出扩展单元
I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元即主机连接在一起.
6、外部设备接口
此接口可将打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联,以完成相应的操作.
实验装置提供的主机型号有西门子S7-200系列的CPU224AC/DC/RELAY.输入点数为14,输出点数为10；CPU226AC/DC/RELAY,输入点数为26,输出点数为14.
二、PLC的工作原理
PLC是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的.即在PLC运行时,CPU根据用户按控制要
求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号或地址号作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束.然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描.在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作.
PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段.
PLC在输入采样阶段：首先以扫描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,进入程序执行阶段.
PLC在程序执行阶段：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,输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变.
输出刷新阶段：当所有指令执行完毕,输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中,并通过一定的方式继电器、晶体管或晶闸管输出,驱动相应输出设备工作.
三、PLC的程序编制
1、编程元件
PLC是采用软件编制程序来实现控制要求的.编程时要使用到各种编程元件,它们可提供无数个动合和动断触点.编程元件是指输入寄存器、输出寄存器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等.
PLC内部这些存储器的作用和继电接触控制系统中使用的继电器十分相似,也有“线圈”与“触点”,但它们不是“硬”继电器,而是PLC存储器的存储单元.当写入该单元的逻辑状态为“1”时,则表示相应继电器线圈得电,其动合触点闭合,动断触点断开.所以,内部的这些继电器称之为“软”继电器.
S7-200系列CPU224、CPU226部分编程元件的编号范围与功能说明如下表所示
表1-1-1
元件名称 | 符号 | 编号范围 | 功 能 说 明 |
输入寄存器 | I | ～共14点 | 接受外部输入设备的信号 |
输出寄存器 | Q | ～共10点 | 输出程序执行结果并驱动外部设备 |
位存储器 | M | ～ | 在程序内部使用,不能提供外部输出 |
定时器 | 256T0～t255 | T0,T64 | 保持型通电延时1ms |
T1～T4,T65～T68 | 保持型通电延时10ms | ||
T5～T31,T69～T95 | 保持型通电延时100ms | ||
T32,T96 | ON/OFF延时,1ms | ||
T33～T36,T97～T100 | ON/OFF延时,10ms | ||
T37～T63,T101～T255 | ON/OFF延时,100ms | ||
计数器 | C | C0～C255 | 加法计数器,触点在程序内部使用 |
高速计数器 | HC | HC0～HC5 | 用来累计比CPU扫描速率更快的事件 |
顺控继电器 | S | ～ | 提供控制程序的逻辑分段 |
变量存储器 | V | ～ | 数据处理用的数值存储元件 plc的组成 |
局部存储器 | L | ～ | 使用临时的寄存器,作为暂时存储器 |
特殊存储器 | SM | ～ | CPU与用户之间交换信息 |
特殊存储器 | SM只读 | ～ | 接受外部信号 |
累加寄存器 | AC | AC0～AC3 | 用来存放计算的中间值 |
2、编程语言
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