小型可编程控制器实用技术第2章ppt课件.ppt

第一节可编程序控制器概述 一 可编程序控制器的产生 可编程序控制器 programmablecontroller 是计算机家族中的一员 是为工业控制应用而设计的 早期的可编程序控制器称作可编程逻辑控制 programmablelogiccontroller 简称PLC 用它来代替继电器实现逻辑控制 随着技术的发展 可编程序控制器的功能已大大超过了逻辑控制的范围 所以 目前人们都把这种装置称作可编程序控制器 简称PC 国标简称可编程序控制器为PC系统 为了避免与目前应用十分广泛的个人计算机 personalcomputer 的简称PC相混淆 所以仍将可编程序控制器简称PLC 随着半导体技术 尤其是微处理器和微型计算机技术的发展 到20世纪70年代中期以后 PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器 输入输出模块和外围电路也都采用中 大规模甚至超大规模集成电路 这时的PLC已不再是仅有逻辑 logic 判断功能 还同时具有数据处理 PID调节和数据通信功能 国际电工委员会 1EC 1987年颁布的可编程序控制器标准草案中对可编程序控制器作了如下的定义 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境下应用而设计 它采用了可编程序的存储器 用于其内部存储程序 执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等面向用户的指令 并通过数字和模拟式的输入和输出 控制各种类型的机械或生产过程 可编程序控制器对用户来说 是一种无触点的智能控制器 也就是说 PLC是一台工业控制计算机 改变程序即可改变生产工艺 因此可在初步设计阶段选用PLC 另一方面 从PLC的制造商角度看 PLC是通用控制器 适合批量生产 二 可编程序控制器的特点 一 高可靠性 二 丰富的输入输出接口模块 三 采用模块化结构 四 编程简单 五 安装简单 维修方便 一 高可靠性 1 PLC所有的输入输出接口电路均采用光电隔离 使工业现场的外部电路与PLC内部电路之间电气上隔离 2 PLC各输入端均采用R C滤波器 其滤波时间常数一般为10 20ms 3 PLC各模块均采用屏蔽措施 以防止辐射干扰 4 PLC采用了性能优良的开关电源 5 PLC所采用的器件都进行严格的筛选和老化 6 PLC有良好的自诊断功能 一旦电源或其他软 硬件发生异常情况 CPU立即采用有效措施 以防止故障扩大 7 大型PLC还可以采用由双CPU构成的冗余系统或由3CPU构成的表决系统 使系统的可靠性进一步提高 二 丰富的输入输出接口模块 1 交流或直流 2 数字量或模拟量 3 电压或电流 4 脉冲或电位 5 强电或弱电等 PLC相应的输入输出模块与工业现场的多种器件或设备相连接 与输入模块相连的器件有按钮 行程开关 接近开关 光电开关 压力开关等 与输出模块相连的设备有电磁阀 接触器 小电动机 指示灯等 为了提高PLC的功能 它还有多种人机对话的接口模块 为了组成工业局部网络 PLC还有多种通信联网的通信模块 五 安装简单 维修方便 PLC可在各种工业环境下直接运行 不需要专门的机房 使用时只需将现场的各种设备和器件与PLC的输出输入接口相连接 即可组成系统并能运行 PLC的各模块上均有运行和故障指示灯 便于用户了解运行情况和查找故障 由于PLC采用模块化结构 一旦某模块发生故障 用户可以通过更换模块的方法 使系统迅速恢复运行 早期的PLC的主要用途是逻辑控制 而现代的PLC不仅能用于逻辑控制 而且也能用于定时控制 计数控制 过程控制和数据控制 通信联网和显示打印等 三 采用模块化结构 四 编程简单 三 可编程序控制器的分类 PLC按照输入 Input 和输出 Output 简称I O 的点数多少可分为如表2 1所示的五种类型 表2 1可编程序控制器规模分类表 PLC按结构形式分类可分为厢体式和模块式两种 厢体式又称为单元式或整体式 厢体式PLC是将电源 CPU I O部件都集中装在一个机箱内 结构紧凑 体积小 价格低 一般小型PLC采用这种结构 它由不同I O点数的基本单元和扩展单元组成 基本单元内有CPU I O和电源 扩展单元内没有CPU 基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接 模块式结构的PLC将各部分分成若干个单独的模块 如电源模块 CPU模块 I O模块和各种功能模块 一般大中型PLC都采用模块式结构 有的小型PLC也采用这种结构 因为模块式结构的PLC配置灵活 装配方便 更便于扩展和维修 四 可编程序控制器的发展 一 20世纪70年代的PLC 多少有点是继电器控制装置替代物的含义 其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制 定时等 在硬件上以准计算机的形式出现 在I O接口电路上作了改进以适应工业现场的要求 在软件编程上 采用广大电气工程技术人员所熟悉的梯形图 二 20世纪80年代 由于超大规模集成电路技术的迅速发展 微处理器市场价格大幅度下跌 使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高 为了进一步提高PLC的处理速度 不少PLC制造商还纷纷研制开发出了专用逻辑处理芯片 使得PLC的功能发生了巨大变化 三 20世纪90年代 PLC的发展趋势有两大特点 其一是向体积更小 速度更快 功能更强 价格更便宜的微小型PLC方向发展 其二是向大型网络化 高可靠性 好的兼容性 多功能方面发展 PLC的产生已有30余年历史 其发展过程大致可分4个阶段 四 21世纪PLC的技术发展有如下4个特点 1 适应市场需要 加强PLC通信联网的信息处理能力2 PLC向开放性发展3 软PLC出现4 PLC编程语言趋于标准化 2 PLC向开放性发展 早期的PLC缺点之一是它的软 硬件体系结构是封闭而不是开放的 如专用总线 通信网络及协议 I O模块更互不通用 甚至连机架 电源模板亦各不相同 编程语言之一的梯形图名称虽一致 但组态 寻址 语言结构均不一致 因此 几乎各公司的PLC均互不兼容 目前 PLC在开放性方面已有实质性突破 前十多年PLC被攻击的一个重要方面就是它的专有性 现在有了极大改观 不少大型PLC厂商在PLC系统结构上采用了各种工业标准 如IEC61131 IEEE802 3以太网 TCP IP UDP IP等 实现高度分散控制 开放度高 为了使PLC更具开放性和执行多任务 在一个PLC系统中同时装几个CPU模块 每个CPU模块都执行某一种任务 这些CPU模块可以进行专门的逻辑控制 顺序控制 运动控制和过程控制 1 适应市场需要 加强PLC通信联网的信息处理能力 在信息时代的今天 几乎所有PLC制造商都注意到了这一点 小型PLC都有通信接口 中 大型PLC都有专门的通信模块 随着计算机网络技术的飞速发展 PLC的通信联网功能使其与PC和其他智能控制设备很方便地交换信息 实现分散控制和集中管理 也就是说 用户需要PLC与PC更好地融合 通过PLC在软技术上协助改善被控过程的生产性能 在PLC这一级就可以加强信息处理能力 小型PLC之间通信 傻瓜化 为了尽量减少PLC用户在通信编程方面的工作量 PLC制造商做了大量工作 使设备之间的通信自动地周期性的进行 而不需要用户为通信编程 用户的工作只是在组成系统时作一些硬件或软件上初始化设置 4 PLC编程语言趋于标准化 IEC61131是可编程序控制器的国际标准 共有8个部分 从1992年开始陆续颁布施行 IEC61131 3是PLC编程语言的标准 1993年颁布实施 IEC61131 8与IEC61131 3称PLC语言实现导则是2001年颁布实施 IEC61131 3PLC编程语言国际标准是将现代软件概念和现代软件工程的机制与传统的PLC编程语言成功地结合 使它在工业控制领域的影响远远超出PLC的界限 已成为DCSPC控制 运动控制以及SCADA的编程系统事实上的标准IEC61131 3规定了两大类编程语言 文本化编程语言和图形化编程语言 前者包括指令语句表语言 比 和结构化文本语言 ST 后者包括梯形图语言 LD 和功能块图语言 FBD 而顺序功能图 SFC 可以在梯形图语言中使用 也可以在指令语句表语言中使用 IEC61131 3允许在同一个PLC中使用多种编程语言 也允许程序开发人员对一个特定的任务选择最合适的编程语言 还允许在同一个控制程序中其不同的软件模块用不同的编程语言编制 这一规定既解决了PLC发展历史形成编程语言多样化的现状 又为PLC的软件技术进一步发展提供了足够的空间 3 软PLC出现 所谓软PLC 实际就是在PC机的平台上 在Windows操作环境下 用软件来实现PLC的功能 也就是说 软PLC是一种基于PC机开发结构的控制系统 它具有硬PLC的功能 可靠性 速度 故障查找等方面的特点 利用软件技术可以将标准的工业PC转换成全功能的PLC过程控制器 软PLC综合了计算机和PLC的开关量控制 模拟量控制 数学运算 数值处理 网络通信 PlO等功能 通过一个多任务控制内核 提供强大的指令集 快速而准确的扫描周期 可靠的操作和可连接各种I O系统及网络的开放式结构 软PLC具有硬PLC的功能 同时又提供了PC机环境的各种优点 第二节可编程序控制器的基本结构和工作原理 一 可编程序控制器的基本结构 PLC实质上是一种专门用于工业控制的计算机 硬件结构基本上与微型计算机基本相同 如图2 1所示 图2 1PLC结构图框 一 中央处理单元 CPU 二 存储器 三 输入 输出 I 0 电路 四 电源 五 编程器 图2 1PLC结构图框 一 中央处理单元 CPU 中央处理单元 CPU 是PLC的控制中枢 PLC的CPU按照系统程序赋予的功能接收并存储用户键人的应用程序和数据 检查电源 存储器 I O以及警戒定时器的状态 并能诊断用户程序的语法错误 当PLC运行时 CPU首先以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据 并分别存人I O映像区 然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序 经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算的结果送人I O映像区或数据寄存器内 等所有的用户程序执行完毕后 最后将I O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置 如此循环运行 直至停止运行 为了进一步提高PLC的可靠性 近年来对大型PLC还采用了双CPU构成冗余系统 或采用三CPU的表决式系统 如GEFanuc公司的HBR30和HSR70热备CPU冗余系统 即使某个CPU出现故障 整个系统仍能正常运行 二 存储器 PLC是工业控制计算机 除了硬件以外 还必须有软件才能正常工作 PLC的软件分两部分 系统软件和应用软件 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器 1 PLC常用存储器的类型 1 RAM randomaccessmemory 这是一种读 写存储器或者称为随机存储器 它读写方便 存取速度快 由锂电池支持的RAM可满足各种应用的需要 2 EPROM erasableprogrammablereadonlymemory 这是一种可擦除的只读存储器 在断电情况下 存储器内的所有信息保持不变 在紫外线连续照射约20min后 能清除存储器的所有信息 加高电平可以写入信息 3 EEPROM electricalerasableprogrammablereadonlymemory 这是一种电可擦除的只读存储器 使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改 断电时 EEPROM内的内容保持不变 2 PLC存储空间的分配各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同 但是根据PLC的工作原理 其存储空间一般包括以下三个区域 系统程序存储区 系统RAM存储器 包括I O映像区和系统软元件等 和用户程序存储区 1 系统程序存储区在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序 它包括监控程序 管理程序 功能子程序 命令解释程序 系统诊断子程序等 系统程序也叫系统软件 由PLC制造商将其固化在EPROM中 用户不能直接存取 它和硬件一起决定了该PLC的性能 2 系统RAM存储区系统RAM存储区包括I 0映像区以及各种软元件存储区 这些软元件通常有逻辑线圈 定时器 计数器 数据寄存器 变址寄存器等 1 I O映像区2 系统软元件存储区3 数据寄存器4 定时器5 计数器 3 用户程序存储区用户程序存储区存放用户编制的用户程序 不同类型的PLC 其存储容量各不相同 般来说 小型PLC的存储器容量小 中大型PLC的存储器容量大 GEFanuc公司的系列90小型PLC 内存容量为6KB 而系列90 30型PLC CPU为360 363 364型号的PLC 内存容量高达240KB 而系列90 70型PLC CPU为CPX928的PLC 内存容量为6MB 有些小型PLC 用户存储器根据需要可以扩展 三 输入 输出 I O 电路 实际生产过程中的信号电平是多种多样的 被控对象所需的电平也是千差万别的 而PLC的CPU所处理的信号只能是标准电平 正是通过PLC的输入 输出接口电路实现了这些信号电平的转换 I O接口有良好的光电隔离和滤波作用 接到PLC输入接口的输入器件往往是各种开关 光电开关 压力开关 行程开关等 按钮 传感器触点等 PLC的输出接口往往是与被控对象相连接 被控对象有电磁阀 接触器 指示灯 小型电机等 1 输入接口电路各种PLC的输入电路大都相同 通常有三种输人类型 一种是直流 12 24V 输入 另一种是交流 100 120V 200 240V 输入 第三种是交直流输入 外部输入器件是通过PLC输入接口与PLC相连的 PLC输入电路中有光电隔离 RC滤波器 用以消除输入抖动和外部噪声干扰 当输入器件被激励时 一次电路中流过电流 输入指示灯亮 光耦合器接通 晶体管从截止状态变为饱和导通状态 这是一个数据输入的过程 图2 2是一个直流输入端内部接线示意图 图2 2直流输入端内部接线图 图2 2直流输入端内部接线图 2 输出接口电路PLC的输出有三种形式 继电器输出 晶体管输出 晶闸管输出 继电器输出型PLC最为常用 当CPU有输出时 接通输出电路中的继电器线圈 继电器的触点闭合 通过该触点控制外部负载电路的负载 很显然 继电器输出的PLC是利用了继电器的触点和线圈将PLC的内部电路与外部负载电路进行了电气隔离 晶体管输出型PLC是通过光耦合器使晶体管截止或导通以控制外部负载电路 并同时对PLC内部电路和晶体管输出电路进行电气隔离 第三种是双向晶闸管输出型 采用了光耦合器触发双向晶闸管 3种输出形式的PLC中 继电器输出型响应最慢 而晶体管输出型响应最快 输出电路的负载电源由外部提供 每一点的负载电流因输出型式不同而不同 对电阻负载而言 继电器输出的PLC每点负载电流为2A 极个别型号的PLC每点负载电流可高达8 10A 晶闸管和晶体管输出型的PLC负载电流一般在0 3 0 5A之间 PLC制造商为用户提供多种用途的I O模块 从数据类型上看有开关量和模拟量之分 从电压类型上看有直流型和交流型之分 从速度上看有低速和高速之分 从点数上看有8点 16点 32点 64点之分 从距离上看可分为本地I O和远距离I O 图2 3给出了PLC的三种输出形式电路图 图2 3PLC的输出电路图 a 继电器输出b 晶体管输出c 晶闸管输出 四 电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用 所以PLC制造商对电源的设计和制造也十分重视 PLC的电源一般用市电供电 也有用直流24V供电的 PLC对市电要求不高 交流电压波动在 10 或 15 范围内 可以将PLC直接接到交流电网上 整体式PLC的电源往往和其组件在一块大板上合为一体 模块式PLC都有专门的电源模块 在电网电压波动较大的场所 例如附近有大电动机 电焊机 压缩机或空调机等时 由于这些设备的起动 制动会造成电网电压较大的波动 因此PLC接交流电网时还需要加接交流稳压装置 五 编程器 编程器是PLC的重要外围设备 编程器的主要任务是编辑程序 调试程序 监控PLC内程序的执行 还可以在线测试PLC工作状态和参数 与PLC进行人机对话 因此编程器是开发 应用 监控运行和检查维护PLC不可缺少的设备 编程器一般分简易编程器和图形编程器 简易编程器的体积很小 可以直接插在PLC的编程器插座上 或者用专用电缆与PLC相连 以方便编程和调试 简易编程器的价格便宜 一般用来给小型PLC编程 或者用于PLC控制系统的现场调试和维修 简易编程器不能直接输入和编辑梯形图程序 它只能输入和编辑语句表指令程序 因此又将简易编程器叫做指令编程器 使用简易编程器时必须将梯形图程序转换为语句表指令程序 再用按键将语句表指令程序写入到PLC内 而图形编程器可以直接生成和编辑工程人员所熟悉的梯形图程序 使用起来更加直观 方便 但是它的价格偏高 操作也比较复杂 图形编程器大多是便携式的 本质上是一台专用便携式计算机 可以在线编程 也可以离线编程 可将用户程序储存在编程器自己的存储器中 它也可以很方便地与PLC的CPU模块互传程序 并可将程序写入专用EPROM存储卡中 大多数图形编程器带有磁盘驱动器 提供磁带录音机接口和打印机接口 能快速清楚地打印梯形图程序 这对PLC程序调试和维护很有帮助 除此以外 PLC厂家还向用户提供编程软件和硬件接口 用户可以在个人计算机上对PLC编程和程序开发 二 可编程序控制器的编程语言 PLC是一种工业控制计算机 不光有硬件 软件也必不可少 PLC的软件又有系统软件和应用 用户 软件之分 系统软件含系统的管理程序 用户指令的解释程序 另外还包括一些供系统调用的专用标准程序块等 应用软件也叫用户软件 是用户为达到某种控制目的 采用PLC厂商提供的编程语言自主编制的应用程序 为了用户的利益和PLC制造商的需要 国际电工委员会 1EC 对当代种类繁多的概念和语言进行了标准化 1EC61131 3 制订了工业控制器 包括PLC 的标准 对PLC定义了5种编程语言 一 梯形图编程语言 LadderDiagram 简称LD 二 指令语句表编程语言 1nstructionList 简称IL 三 功能块图编程语言 FunctionBlock Diagram 简称FBD 四 顺序功能图编程语言 SequentialFunctionChart 简称SFC 五 结构化文本编程语言 StructuredText 简称ST 一 梯形图编程语言 LadderDiagram 简称LD 梯形图编程语言是一种以图形符号及图形符号在图中的相互关系表示控制关系的编程语言 是从传统的继电器控制电路图演变过来的 也可以说 梯形图编程语言是在电气控制系统中常用的继电器 接触器逻辑控制基础上简化了符号演变而来的 它直观 形象 电气技术人员容易接受 是目前国内用得最多的一种PLC编程语言 继电器逻辑控制电路图和PLC梯形图示在图2 4中 由图可见两种控制电路逻辑含义是一样的 但具体表达方式上却有本质的区别 PLC的梯形图使用的是内部继电器 定时器 计数器等 都是由软件实现的软器件 使用方便 修改灵活 是继电器 接触器电器控制线路硬接线无法比拟的 在PLC控制系统中 由按钮 开关等输入元件提供的输入信号 以及PLC提供给电磁阀 指示灯等负载的输出信号都只有通与断两种完全相反的工作状态 它们分别和逻辑代数中的 1 和 0 相对应 图2 4两种控制电路图a 继电器控制电路图b PLC梯形图 b PLC梯形图 a 继电器控制电路图 图2 4两种控制电路图 表2 2给出了继电器接触器控制电路图中部分符号和部分PLC厂商梯形图符号对应关系 用梯形图语言编制的PLC程序叫梯形图 梯形图网络由多个梯级组成 每个输出软器件可构成一个梯级 每个梯级可由多个支路构成 一般每个支路可容纳的编程软器件个数和每个网络最多允许的分支路数都有一定的限制 图中竖线类似继电器控制线路的电源线 称作母线 左边的叫左母线 右边的叫右母线 支路最右边的软器件必须是输出软器件 在用梯形图编程时 只有一个梯级编制完整后才能继续后面的程序编制 PLC的梯形图从上至下按行绘制 每一行从左至右 左侧总是安排输入触点 并且把并联触点多的支路靠近最左端 输入触点不论是外部的按钮 各种开关 还是继电器触点 在图形符号上只能用常开 和常闭 表示 而不计及其物理属性 输出的逻辑线圈用圆形 椭圆或括号表示 表2 2符号对照表 PLC梯形图有如下特点 1 梯形图格式中的继电器不是物理继电器 而是软继电器 软继电器各触点均为存储器中的一位 相应位为 1 状态 表示软继电器线圈通电 它的常开触点闭合或常闭触点断开 相应位为 0 状态 表示软继电器线圈失电 它的常开触点断开或常闭触点闭合 2 PLC梯形图左右两端的母线是不接任何电源的 通常所指梯形图中流过的电流不是指物理电流 而仅仅是指 概念 电流 也称假想电流 虚电流 概念 电流是指在执行用户梯形图程序时 满足输出执行条件的形象表示方式 概念 电流只能从左向右流动 3 梯形图中软器件的触点可在用户编制程序时无限次引用 既可用常开 也可用常闭 4 梯形图中用户程序逻辑运算结果 马上可以为后面用户程序的运算所利用 5 梯形图中输入软器件触点和输出逻辑线圈不是物理触点和物理线圈 用户程序的运算是根据PLCI O映像区对应位的状态 而不是现场开关的实际状态 6 梯形图中输出逻辑线圈中对应输出映像区的相应位 不能用该编程软器件直接驱动现场执行机构 二 指令语句表编程语言 1nstructionList 简称IL 指令语句表也叫做语句表 指令表语言和梯形图有严格的对应关系 对指令表编程不熟悉的人可先画出梯形图 再转换为语句表 另一方面 程序编制完毕装入机器内运行时 简易编程器都不具备直接读取梯形图的功能 梯形图程序只有改写为指令表才有可能送人PLC内运行 需要指出的是 不同厂家的PLC指令语句表使用的助记符不相同 因此 一个功能相同的梯形图 不同厂家的语句表并不相同 表2 3是完成图2 4功能的通用电气公司 三菱电机公司和西门子公司PLC指令语句表程序表达式 表2 3语句表程序举例 语句表是由若干条语句组成的程序 语句是程序的最小独立单元 每个控制功能由一条或多条语句组成的用户程序来完成 语句是规定CPU如何动作的指令 它的作用和微机的指令一样 PLC的一条指令语句由两部分组成 即操作码和操作数 操作码用助记符表示 如LD 或者STR表示逻辑行开始 OR表示或等 用来说明要执行的功能 告诉CPU该进行什么操作 操作数一般由标识符和参数组成 要说明的是 有的语句只有操作码 而没有操作数 称为无操作数指令 操作数中的标识符是表示操作数的类别 I是输入 Q是输出 T是定时器 C是计数器等等 参数表示操作数的地址或一个预先设定值 操作数内包含为执行该操作所必需的信息 告诉CPU用什么地方的数据来执行该操作 操作数的选用原则是让CPU区别不同的编程软器件 每一个独立的编程软器件应指定一个互不重复的地址 而且所指的地址必须在该型号PLC允许的范围之内 超出这个范围 PLC不予响应 并以出错处理 三 功能块图编程语言 FunctionBlockDiagram 简称FBD 功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言 熟悉数字电路的人比较容易掌握 该编程语言用类似与门 或门的框来表示逻辑运算关系 框的左侧为逻辑运算的输入变量 右侧为输出变量 信号自左向右流动 就像电路图一样 它们被 导线 连在一起 功能块图的实例示在图2 5上 图2 5功能块图与指令表 四 顺序功能图编程语言 SequentialFunctionChart 简称SFC 顺序功能图属于图形语言 用它经常编制顺序控制类程序 J顷序功能图的一个实例示于图2 6上 用它可显示其顺序并行执行来述一个PLC程序的结构 SFC含有步 STEP 执行和转换三个要素 顺序功能图编程法可将一个复杂的控制过程分解为一些小的工作状态 对这些小状态的功能分别处理后再把这些小状态依一定的顺序控制要求连接组合成整体的控制程序 图2 6中 S0 S3是执行部分 t1 t5是转换条件 顺序功能图体现了一种编程思想 在步进顺序控制中应用广泛 图2 6顺序功能图 五 结构化文本编程语言 StructuredText 简称ST 在PLC许多的复杂功能中用梯形图编程会很不方便 而使用结构化文本语言ST就可以解决这种复杂的控制功能 ST被称为PASCAL和C语言一样的高级编程语言 ST不是采用低级的 面向机器的操作符而是以高度压缩的方式提供大量描述复杂功能的抽象语句 与语句指令表比相比 5T语言的优点是明显的 编程任务高度压缩化的表达格式在语句块中有清晰的程序结构 表2 4是ST语言的一些关键宇汇总说明 表2 4ST语言关键字汇总说明 表2 4ST语言关键字汇总说明 以上PLC的五种编程语言是由国际电工委员会 1EC 在IEC61131 3标准中 经过1996 2001年的修订后推荐的 其中指令表IL和结构化文本ST属文字编程语言 而梯形图LD 功能块FBD和功能块SFC共3种属于图形化编程语言 IL是接近于机器码的语言 ST属于高级语言 LD适合于布尔 二进制 逻辑运算 FBD在图形表达中既可用于布尔逻辑运算 也可用于算术运算编程 PLC的编程语言是编制PLC应用程序的工具 对于任何一种具体的PLC 生产厂商可在这五种编程语言中提供其中的几种供用户选择 也就是说 并不是所有的PLC都支持全部的五种编程语言 例如 三菱电机公司的FX2NPLC就推荐使用IL LD SFC三种编程语言 三 可编程序控制器的工作原理 PLC是一种工业控制计算机 所以它的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致的 也就是说 PLC是在系统程序的管理下 通过运行应用程序完成用户任务 实现控制目的 但是通用计算机与PLC的工作方式有所不同 计算机一般是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 当键盘有键按下或I O口有信号输入时 则中断转入相应的子程序 而PLC是采用循环扫描的工作方式 即顺序地逐条地扫描用户程序的操作 根据程序运行的结果 一个输出的逻辑线圈应按通或断开 但该线圈的触点并不立即动作 而必须等用户程序全部扫描结束后 才将输出动作信息全部送出执行 也就是说 PLC系统的工作任务管理和应用程序执行都是以循环扫描方式完成的 一 循环扫描技术 二 PLC扫描周期的中断处理 三 PLC的I O响应时间 四 PLC的I O寻址方式 一 循环扫描技术 PLC投入运行后 都是以重复的方式执行的 执行用户程序不是只执行一遍 而是一遍一遍不停地循环执行 这里每执行一遍我们称为扫描一次 扫描一遍用户程序的时间叫扫描周期 扫描一次 PLC内部要进行一系列操作 可分为五大类 以故障诊断 通信处理为主的公共操作 联系工业现场的输入采样操作 执行用户程序的操作 输出刷新操作以及服务外围设备 编程器服务等 的操作 图2 7是PLC的扫描运行方式工作说明 很明显 完成上述五个阶段称作一个扫描周期 图2 7PLC扫描运行方式 下面重点把输入采样 程序执行和输出刷新三步操作重点加以说明 图2 8是这三步的流程示意图 图2 8PLC的扫描工作过程 1 输入采样阶段当PLC投入运行时 PLC以扫描方式依次读人所有输入端子口的状态和数据 并把这些数据存人 I 映像区的相应单元内 输入采样结束后 转入用户程序执行和输出刷新阶段 在这两个阶段中 即使输入状态和数据发生变化 I 映像区中相应单元的状态和数据也不会改变 因此 如果输入是脉冲信号 则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期 才能保证该输入信号不被丢失 2 程序执行阶段PLC在用户程序执行阶段 CPU总是按由上而下的顺序依次扫描用户的梯形图程序 扫描每一条梯形图支路时 又是由左到右 先上后下的 顷序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算 并根据逻辑运算的结果 刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态 或者刷新该输出线圈在I O映像区中对应位钓状态 或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令 要指出的是 在执行用户程序阶段 只有输入点在I O映像区内的状态和数据不会发生变化 而其他输出点和软器件在I O映像区或系统RAM存储区内的状态和数据都可能发生变化 排在上面的梯形图 其被刷新的逻辑线圈或输出线圈的状态或数据对排在下面的凡是用到这些线圈的触点或数据的梯形图起作用 相反 排在下面的梯形图 其被刷新的逻辑线圈或输出线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面用到这些线圈的触点或数据的梯形图起作用 3 输出刷新阶段PLC的CPU扫描用户程序结束后 PLC就进入输出刷新阶段 在此期间 CPU按照I O映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路 再经输出电路驱动相应的被控负载 这才是PLC的真正输出 图2 9给出了两个梯形图程序 图2 9a和b执行的结果完全一样 但扫描执行过程 扫描用的时间不一样 图a程序只用一个扫描周期 就可完成对M4的刷新 图b程序要用4个扫描周期才能完成对M4的刷新 图2 9两个梯形图程序a 梯形图b 梯形图 严格讲 PLC的扫描时间还应包括系统管理 自诊断 系统通信等用的时间 图2 7PLC扫描运行方式图表明 一个扫描周