第2章 PLC工作原理及FX系列PLC的认识

PLC的组成和工作原理 可编程控制器的硬件组成 中央处理器 CPU 存储器I O电源扩展接口编程器接口编程器 中央处理器 CPU CPU是可编程控制器的核心 它根据系统程序赋予的功能指挥可编程控制器有条不紊地进行工作 其主要任务是 接收 存储用户程序和数据 并通过显示器显示出程序的内容和存储地址 检查 校验用户程序 对输入的用户程序进行检查 发现语法错误立即报警 并停止输入 在程序运行过程中若发现错误 则立即报警或停止程序的执行 接收 调用现场信息 将接收到现场输入的数据保存起来 在需要数据的时候将其调出 并送到需要该数据的地方 执行用户程序 PLC进入运行状态后 CPU根据用户程序存放的先后顺序 逐条读取 解释并执行程序 完成用户程序中规定的各种操作 并将程序执行的结果送至输出端口 以驱动可编程控制器的外部负载 故障诊断 诊断电源 可编程控制器内部电路的故障 根据故障或错误的类型 通过显示器显示出相应的信息 以提示用户及时排除故障或纠正错误 储存器 可编程控制器的存储器可以分为系统程序存储器 用户程序存储器及工作数据存储器等三种 系统程序存储器 用户程序存储器 工作数据存储器 I O 输入接口对输入信号进行滤波 隔离 电平转换等 把输入信号的逻辑安全可靠地输入到PLC的内部 输出接口是把程序执行的结果输出到PLC的外部 输出接口是把程序执行的结果输出到PLC的外部 输出接口具有隔离PLC内部电路和外部执行元件的作用 还具有功率放大的作用 电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用 如果没有一个良好的 可靠得电源系统是无法正常工作的 因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视 一般交流电压波动在 10 15 范围内 可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 如FX1S额定电压AC100V 240V 而电压允许范围在AC85V 264V之间 允许瞬时停电在10ms以下 能继续工作 电源输出分为两部分 一部分供PLC内部电路工作一部分向外提供给现场传感器等的工作电源 其他部件 PLC还可配有盒式磁带机 EPROM写入器 存储器卡等其他外部设备 PLC的特点 通用性强 使用方便功能强 适应面广可靠性高 抗干扰能力强编程方法简单 容易掌握PLC控制系统的设计 安装 调试和维修工作量少 极为方便 控制程序变化方便 具有很好的柔性 体积小 重量轻 功耗低 PLC的应用 开关量逻辑控制定时控制功能计数控制功能步进控制功能数据处理功能过程控制功能通信联网功能停电记忆功能故障诊断功能 可编程控制器的软件系统和编程语言 系统程序是PLC赖以工作的基础 采用汇编语言编写 在PLC出厂时就已固化于ROM型系统存储器中 不需要用户干预 系统程序分为系统监控程序和解释程序 用户程序又称为应用程序 是用户为完成某一特定任务而利用PLC的编程语言而编制的程序 编写语言1 指令表编程语言以 LD AND OUT 2 梯形图编程语言3 SFC顺序功能图编程语言 可编程控制器的工作原理 PLC是从继电器控制系统发展而来的 它的梯形图程序与继电器系统电路图相似 梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称 例如输入继电器 输出继电器等 这种用计算机程序实现的 软继电器 与继电器系统中的物理继电器在功能上有某些相似之处 由于以上原因 在介绍PLC的工作原理之前 首先简要介绍物理继电器的结构和工作原理 1 继电器电路原理PLC可看成是由普通继电器 定时器 计数器等组合而成的电气控制系统 注意 PLC内部的继电器实际上是指存储器中的存储单元 称为软继电器 逻辑状态为1时 则表示相应继电器的线圈通电 其常开触点闭合 常闭触点断开 而当输入到存储单元的逻辑状态为0时 则表示相应继电器的线圈断电 其常开触点断开 常闭触点闭合 所以这些软继电器体积小 功耗低 无触点 速度快 寿命长 并且具有无限多的常开 常闭触点供程序使用 2 执行程序工作原理 1 基本工作模式 PLC有运行模式和停止模式 运行模式 分为内部处理 通信操作 输入处理 程序执行 输出处理五个阶段 停止模式 当处于停止工作模式时 PLC只进行内部处理和通信服务等内容 2 PLC工作过程 分为内部处理 通信服务 输入处理 程序处理 输出刷新阶段 运行模式 输入采样阶段在输入采样阶 PLC首先扫描所有输入端子 并将各输入状态存入内存中和对应的输入映像寄存中 此时 输入映像寄存器被刷新 程序执行阶段根据PLC梯形图程序扫描原则 CPU按先左后右 先上后下的步序语句逐句扫描 当指令中涉及输入 输出状态时 PLC就从输入映像寄存器诗篇上一阶段的对应输入端子状态 从元件映像寄存器读入对应元件 软继电器 的当前状态 然后 进行相应的运算 运算结果再存入元件映像寄存器中 输出刷新阶段在所有指令执行完毕后 元件映像寄存器中所有输出继电器Y的状态在输出刷新阶段默契到输出锁存器中 通过隔离电路 驱动功率放大电路使输出端子向外界发出控制信号 驱动外部负载 3 PLC工作方式与特点 工作方法可以分为 集中采样 集中输出 循环扫描 特点 集中采样 集中输出的扫描工作方式使PLC在工作的大部分时间与外设隔离 从根本上提高了系统的抗干扰能力 增强了系统的可靠性 PLC编程器件概述 PLC内部有很多具有不同功能的器件 实际上这些器件是由电子电路和存储器组成的 例如 输入继电器X由输入电路和映像输入触点的存储器组成 输出继电器Y由输出电路和映像输出点的存储器组成 定时器T 计数器C 辅助继电器M 状态器S 数据寄存器D 变址寄存器V Z等都由存储器组成 为了把它们与通常的硬器件区分开 通常把上面的称为软器件 是等效概念抽象模拟的器件 并非实际的物理器件 FX2N系列PLC的编程器件 1 输入 输出继电器 X Y 2 辅助继电器 M 辅助继电器有开无数个常开触点与常闭触点 在写程序时无数次随意使用 但是 该触点不能直接驱动外部负载 外部负载只能通过输出继电器Y驱动 通用型辅助继电器M0 M99在逻辑运算中需要一些中间继电器作为辅助运算用 用作状态暂存 中间过渡等 特点 线圈通电 触点动作 线圈断电 触点复位 当系统断电时 所有的状态也复位 断电保持型辅助继电器M500 M1023 M1024 M3071 1 触点利用特殊辅助继电器 M8000运行监控 PLC在运行中 该触点总是接通的 M8002初始脉冲 每次PLC开始运行瞬间接通 接通时间是一个扫描周期 M8012100ms时钟脉冲 PLC运行时 每100ms接通一次 接通时间是50ms 2 线圈驱动型特殊辅助继电器 如查用户将其线圈驱动 则PLC作特定运动如M8033停止保持输出M8034标上PLC所有输出M8039恒扫描 见手册FX2NP66 3 状态器 S 状态器是构成状态转移图的重要软器件 它与后述的步进顺序指令配合使用 状态器的常开触点和常闭触点在PLC内可以无数次随意使用 不用步进顺控指令时 状态器可以像辅助继电器M一样在程序中使用 4 定时器 普通定时器T0 T199当定时器通电时 将100ms时钟脉冲相加计数 当等于设定值时 定时器的输出触点就动作 4 定时器 积算型定时器如果定时器线圈T250的驱动输入X024接通 则T250用的当前值计数器将100ms时钟脉冲相加计算 如果当前值等于设定值K345 则定时器的输出触点动作 在计算过程中即使输入X024断开或停电 当前值不会复位 当再动作时 继续计算 其计算动作时间为34 5S 如果复位输入X020接通 定时器复位 输出点复位 4 定时器 4 定时器 3 程序内注意事项 1 在子程序与中断程序内采用T192 T199定时器 这种计时器在执行线圈指令执行END指令时计时 如果计时达到设定值 则在执行线圈指令或END指令 2 如果在子程序或中断程序采用1ms积算型定时器 在其达到设定值后 必须注意的是 在执行最初的线圈指令时 输出触点工作 4 定时器 4 定时器的动作细节和定时精度定时器在其线圈被驱动后开始计时 到达设定值后 在执行第一线圈指令时 其输出触点动作 从驱动定时器线圈到其触点动作称为定时器触点动作精度时间t T为定时器设定时间 单位为s T0为扫描周期 单位为S 为定时器的时钟周期 1ms 10ms 100ms的定时器对应为0 001s 0 01s 0 1s 如果编程时定时器触点写在线圈指令之前 在最坏的情况下 定时器输出触点动作的误差为 2T0 5 计数器 PLC的计数器分内部信号计数器和高速计算器 内部信号计数器是在执行扫描操作时对内部器件 如X Y M S T和C 的信号进行计数 其接通时间和断开时间应比PLC的扫描周期 而高速计数器是对外部输入的高速脉冲信号 从X0 X5输入 进行计数 脉冲信号的周期可以小于扫描周期 高速计数器是以中断的方式工作 16位递加计数器 32位双向计数器 高数计数器 高事计数器共有21点 地址编号C235 C255 高速计数器的脉冲输入只有6点X0 X5 6 数据寄存器 在进行数据和模拟量控制及位置控制时 需要许多数据寄存器存储数据和参数 数据寄存器为16bit 最高位为符号位 可用两个数据寄存器合并起来存放32bit数据 最高位仍为符号位 数据寄存器的各类见表2 7 数据寄存器 7 变址寄存器 V Z 变址寄存器变址V与Z和普通用途的数据寄存器一样 是进行数据的完稿和读出的16位数据寄存器 进行32位运算时 将两者组合使用 指定Z变址寄存器 即Z为低位 V为高位 V和Z的主要功能是能够修改软器件的地址 能够修改的软器伯有X Y M S P C D K H KnX KnY KnM KnS 7 变址寄存器 V Z 8 指针 指针用的地址号如表2 8所列分支指令用指针P0 P127 共128点 用来指定条件跳