可编程控制器(plc)工作原理.ppt

可编程控制器的工作原理 连续控制过程的形成 可编程控制器的工作原理 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 PLC与外部的数据交换 可编程控制器的工作原理 外部 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 PLC与外部的数据交换 执行用户程序 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 例1 输出操作 OUT 则将输出位的值放入I O映象区的相应数据位 例2 输出操作 TIME 则启动定时器 根据逻辑运算结果 如为 1 则执行一个操作 可编程控制器的工作原理 外部 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 PLC与外部的数据交换 可编程控制器的工作原理 外部 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 PLC与外部的数据交换 可编程控制器的工作原理 外部 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 将映像区数据写入输出端口 PLC与外部的数据交换 可编程控制器的工作原理 外部 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 PLC与外部的数据交换 可编程控制器的工作原理 T T 0 1s 扫描工作原理 可编程控制器的工作原理 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 可编程控制器的工作原理 T 0 1s 0 1s 0 1s 0 1s 扫描工作原理 可编程控制器的工作原理 T 0 1s 0 1s 0 1s 扫描工作原理 可编程控制器的工作原理 T 0 1s 0 1s 0 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 可编程序控制器的存储器结构 系统软设备存储区除了I O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 可编程序控制器的存储器结构 与开关量输出 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 这种工作模式与继电器相似 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 逻辑继电器 可编程序控制器的存储器结构 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 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 当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 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 可编程序控制器的存储器结构 PLC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 它将在原先计时值的基础上继续计时 这一点在使用时要予以注意 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 可编程序控制器的存储器结构 PLC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 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 计数器逻辑线圈 S7 200指令系统 STEP7的编程语言及指令组成形式 两种编程语言标准 SIMATIC IEC1131 3 STEP7的编程语言及指令组成形式 梯形图编辑器 LAD 语句表编辑器 STL 功能块图编辑器 FBD LAD STL FBD 3种编程模式 S7 200程序形式 LAD STL FBD LAD STL FBD 左母线 梯形图编辑器 LAD 语句表编辑器 STL 功能块图编辑器 FBD STEP7的编程语言 梯形图语言指令形式 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 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 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 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 STEP7的编程语言 助记符语言指令形式 一条指令语句的组成有两种基本格式 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 一条语句由一个指令助记符和一个地址组成 如L 27 把整数27装入累加器 STEP7的编程语言 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 寻址 编址方式 S7 200寻址方式 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 S7 200寻址方式 操作码 操作数 PLC指令 S7 200寻址方式 操作码 操作数 PLC指令 指令的功能 所需要的数据地址 S7 200寻址方式 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 存储器的寻址方式 LAD STL FBD LAD STL FBD 梯形图编辑器 LAD 语句表编辑器 STL 功能块图编辑器 FBD 操作码 操作数 程序设计方法 功能图设计方法 八十年代初 法国科技人员根据Petri网理4 提出了可编程控制器程序设计的Grafacet法 Grafacet法是专用于工业顺序控制程序设计的 种功能说明语言 现在已成为法国国家标准 NFC03190 IEC 国际电工委员会 也于1988年公布了类似的 控制设备 标准 IEC848 功能图是一种描述顺序控制系统功能的图解表示方法 主要由 步 转移 及 有向线段 等元素组成 如果适当运用组成元素 就可得到控制系统的静态表示方法 再根据转移触发规则进行模拟系统的运行 就可以得到控制系统的动态过程 并司从运动中发现潜在的故障 功能图设计方法 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 k n 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 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 k n 动作 动作3 动作2 动作1 功能图设计方法 初始步 初始步对应于控制系统的初始状态 是其运行的起点 一个控制系统至少要有一个初始步 k n 功能图设计方法 工作步 工作步是指控制系统正常运行时的状态 根据系统是否运行 步可有两种状态 动步与静步 动步是指当前正在进行的步 静步是没有运行的步 动步可以用一个小黑点放在表示步的方框中 注意 这不是步符号的内容 而是系统动态过程的表示 k n 静步 动步 功能图设计方法 转移 为了说明从一个步到另一个步的变化 要用转移的概念 即用一个有向线段来表示转移的方向 两个步之间的有向线段上再用一段横钱表示这一转移 转移的能使和触发 转移是一种条件 当此条件成立 称为转移能使 该转移如果能够使步状态转移 则称为触发 一个转移能够触发必须满足 步为动步及转移能使 功能图设计方法 转移条件转移条件是指使得系统从一步向另一步转移的必要条件 通常用文字 逻辑方程及符号来表示 在功能图中 常会遇到以下三个符号 表示转移条件的 或 关系 表示转移条件的 与 关系 表示转移条件永远成立 x y f 功能团的构成规则画控制系统的功能图必须满足以下规则 步与步不能相连 必须用转移分开 转移与转移不能相连 必须用步分开 步与转移 转移与步之间的连接采用有向线 从上向下画时 可以省略箭头 当有向线从下向上画时 必须画上箭头 以表示方向 一个功能图至少要有一个初始步 功能图设计方法 选择顺序 选择顺序是指在某一步后有若干个单一顺序等待选择 一次仅能选择进入一利项序 为了保证一次选择一个顺序及选择的优先权 还必须对各个转移条件加以约束 其表示方法是在某一步后连接一条水平线 水平线下连接各个单一顺序的第一个转移 选择顺序结束时 用一条水平线表示 水平线以下不允许再有转移直接跟着 各个顺序的转移条件已经确定了一次只能进人一个顺序 而且有优先级 单一顺序单一顺序功能图如图5名所示 其动作是一个接着一个的完成 每步仅连接一个转移 每个转移也仅连接着一个步 功能图设计方法 并发顺序 并发顺序是指在某一转移条件下 同时启动若干个顺序 并发顺序用双水平线表示 同时结束若干个顺序 也用双水平线表示 注意转移与双水平线的位置 单一顺序 并发顺序 选择顺序是功能图的基本形式 很多情况下 这些基本形式是混合出现的 功能图设计方法 功能图设计方法 图是一个具有三个工位和一个旋转园盘的半自动钻孔工作站示意图 该站的工作流程是 当启动按钮按下后 系统开始运行 工位1 工位2 工位3同时投入各自的工作顺序 即上料 钻孔 检测及卸工件 当三个工位都进入等待状态后 旋转料盘120 等待新的一轮工件的加工 工位1 谁料杆将料推出 料到后退回 退回到位后等待 工位2 将工件夹紧后 钻头下钻 下钻到位后退出 退回到位后放松工件 完全放开后 进入等待 工位3 深度计下降 如在某一时间间隔 2秒 内下降到某一位置 深度计返回 返回到位后 谁料杆退回 退回到位后等待 如深度计在前述时间间隔以外仍未下降到位 深度计返回 返回到位后 手动卸下工件 报废 按下卸毕开关后 进入等待 该半自动钻孔站的顺序控制功能图 SCR段控制程序流 StateL StateM StateN StateE SCR段控制程序流 StateL StateM StateN StateE SCR段控制程序流 StateL StateM StateN StateE SCR段控制程序流 StateL StateM StateN StateE S7 200PLC程序结构 S7 200PLC程序结构 为了适应设计程序的不向需求 STEP7为设计程序提供了三种程序设计方法 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 S7 200PLC程序结构 线性编程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 S7 200PLC程序结构 分部编程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 用于控制设备每一部分的FC