可编程控制器的组成与工作原理

可编程控制器的结构和工作原理可编程控制器的构成多种多样。 但是，其结构的-一般原理基本上是相对的，都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅依赖硬件的作用，还依赖软件的支持。 实际上可编程控制器是一种新型的工业控制计算机。第1节可编程控制器的构成可编程控制器主要包括中央处理单元(CPU )、存储器(RAM、ROM )、输入输出单元(I/O )、由电源和编程箱等几个部分构成，其结构框图如图2-1所示另一方面，中央处理装置(CPU ) )可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机、双极位微处理器三种。 通用微处理器8080、8086、80286、808085等)、单片机8031、8096等)、位微处理器(AM2900、AM 2901、AM2093等)。 可编程控制器的等级越高，CPU的位数也越多，运算的进度也越快，功能越强。 FX2系列可编程控制器使用的微处理器是l 6位的8096单片机。二、内存可编程控制器中搭载了系统内存和用户内存两种内存。 在系统存储器中存储系统管理程序，在用户存储器中存储用户制作的控制程序。 小型可编程控制器的内存容量-通常在8K字节以下。 一般的存储器有CMOS RAM和EPROM、EEPROM。 CMOS RAM可以在可读写的随机访问存储器中存储用户程序，生成用户数据区域，并且可以简单地变更存储在RAM中的用户程序。 CMOS RAM内存是高密度、低功耗、廉价的半导体存储器，可以将锂电池作为备用电源使用。 停电时，可以有效地保持积蓄的信息。 锂电池他的寿命一般是(530 )年，只要经常有负荷就能维持(2-5)年。 EPROM、EEPROM都是只读存储器。 在许多情况下，可使用这些类型的存储器来固化系统管理程序和用户程序，EEPROM存储器可写为E2PROM，其为电可擦除且可编程只读存储器。 也可以以字节为单位删除。 也有可以完全删除的功能。三、输入输出单元(I/O单元)实际生产过程中的信号电平多种多样，外部致动器所需的电平也有偏差，但可编程控制器的CPU处理的信号只有标准电平。 这些信号电平的变换由输入输出单元来实现。 I/O单元实际上是在PLC和被控制对象之间传输输入输出信号的接口部件。 I/O单元具有良好的电隔离和过滤作用。 连接在PLC上的输入接口上的输入设备有各种开关、按钮、传感器等。 PLC的各种输出控制设备多为电磁阀、接触器、继电器，继电器有交流型和直流型、高电压型和低电压型、电压型和电流型。(1)输入接口电路各PLC的输入电路几乎相同，通常有直流(12-24)v输入、交流(100-120)v输入、(200-240)V输入、交流(12-24)v输入三种。 外部输入设备是无源接点或有源传感器的集电极开路的晶体管，这些外部输入设备的信道PLC的输入端子与PLC连接。 PLC发送器电路有光电耦合器绝缘。 具备去除输入接点的抖动和外部干扰的干扰的RC滤波器。 输入开关闭合时，一次电路中流过电流，输入灯点亮，光电耦合器被激活，晶体管从截止状态变化为饱和导通状态的是数据输入过程。 图2-2是直流输入端的内部布线图。(2)输出接口电路PLC的输出有继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出比三种形式。 图2-3表示PLC的输出电路图。 继电器输出型是最常用的。 PLC输出后，将输出电路的继电器线圈on/off，将继电器的接点on/off，用该接点控制外部负载电路的on/off。 继电器电路的输出表明，利用继电器的接点和线圈，使PLC的内部电路和外部负载电路电绝缘。 晶体管输出型通过PLC的光耦合使晶体管截止或饱和来控制外部负载电路，使PLC内部电路和输出晶体管电路同时电气绝缘。 三是双向晶闸管输出型，采用光电触发晶闸管。 三种输出形式是继电器类型，响应最慢。 输出电路的负载电源由外部供给。 负载电流一般不超过2A。 在实际应用中，输出电流额定与负载的性质有关。 例如FX2型FLC继电器输出的负载能力。 电源电压在250v AC以下时，电阻负载相对于2A/点电感性负载为80V *A； 灯的负荷是100W。通常，PLC制造商向用户提供各种用途的I/O单元。 从数据型来看，有开关量和模拟量的电压电平来看，有直流和交流，速度上有低速和高速。从分数上看，有各种类型，从距离上来看，分为本地I/O和远程I/O。 远程I/O单元经由电缆与CPU单元连接，并可位于离CPU单元数百米远的位置处。四、电源单元PLC的电源一般是商用的，直流24v也能供给。 PLC对电源稳定性的要求不高，一般来说电源电压额定在10%-15%的范围内变动。 PLC有稳定化电源，向PLC的CPU单元和I/O单元供电。 小型PLC电源和CPU单元多为一体，中大型PLC有专用电源单元，一部分PLC电源部以24v DC输出，为外部传感器供电，电流多为毫安级。五、编程箱手持编程器是PLC最重要的外围设备，利用手持编程器将用户程序发送到PLC的存储器，可以在手持编程器中检查程序，或修改程序。通过手持编程器监视PLC的动作状态手持式编程箱一般来说，简易型编程箱、智能型编程箱、小型PLC中常用的简易型编程箱.在中规模到大规模的PLC中，智能型CRT编程箱被大量使用可以用电脑对PLC进行编程。 将微机作为编程器使用，可以直接制作梯形图并显示。第2节可编程控制器的编程语言PLC是一种工业控制计算机。 不仅是硬件，软件也是必要的，说到软件和编程语言有关系。 制造商，甚至型号不同的PLC的编程语言，只能适应自己的产品。 目前，PLC常用的编程语言有梯形语言、命令句表编程语言、功能图编程语音、高级编程功能语言四种。 梯形编程的形象直观，与电气控制系统的继电器控制电路图相似，逻辑关系明确的命令句表编程语言虽然不像梯形编程语言那么直观，但是具有容易输入的优点的功能图编程语言和高级编程语言一、梯形语言这个语言被称为梯子。 梯形沿袭了继电器控制电路的形式，梯形编程语言是电气控制系统中常用的继电器。 可以说是在接触器的逻辑控制下符号进化了。 形象、直觉、实用、电气技术人员容易接受，是目前使用最多的PLC编程语言。 继电器接触器的电气控制电路图和PLC梯形图如图2-4所示，从图中可以看出两种控制电路图的逻辑意义，具体表现方法有本质上的差异。 PLC梯形图的继电器、计时器、计数器不是物理继电器、物理计时器、物理计数器，因为这些设备实际上是内存中的内存，所以称为软件设备。 表示相应位为“1”的状态下，继电器线圈是通电、常开接点闭合还是常闭接点断开。PLC的梯形是影像化的编程语言，梯形左右两端的母线不接通电源。 梯子上没有实际的物理电流流过。 不仅是概念电流的虚电流和虚拟电流。 假设PLC梯形图的左路线是电源相线，右母线是电源接地线：假设电流仅从左向右流动。 阶层的变更只能上下变更。 虚拟电流是在执行用户程序时满足输出执行条件的图像理解。在PLC梯形图中，每个网络由多个步骤构成。 每个步骤输出一个或多个分支组件。 输出-输入/输出组件，但右侧的组件必须是输出组件。 例如，图2-4b的梯形由两个步骤构成，步骤1 )中有四个编程元件(X1、X2、Y1、Y2 )，最右边的Y1是输出元件。梯形的各编程元件必须以一定的规则加上字母数字串，不同的编程元件经常用不同的字母符号和-决定的数字串表示，不同制造商的PLC使用的符号和数字串通常不同。二、命令句表编程语言此编程语言以与计算机汇编语言类似的汇编编程方式，用由一系列操作命令构成的语句表来记述控制流，通过编程框发送给PLC。 另外，不同制造商的PLC命令语句表中使用的助记符号不同，因此是相同功能的梯形图。 写的文表不一样。 表2-1是三菱电机公司FX型PLC命令文完成图24b功能的程序。命令语句表是由多个语句组成的程序。 语句是程序的最小独立单元。 每个操作功能由一个或多个语句执行。 PLC的句子表现形式与微机的句子表现形式相似。 由操作码和操作数两部分构成。 操作码用助记表执行执行的功能，将逻辑运算的and、OR、not等操作传递给PLC (L1取、OR表示等)。 算术运算的加法、减法、乘法、除法时间和条件控制中的计时、计数、移位等功能。 操作数通常由标识符和参数组成。 标识符表示操作数的种类，例如表示输入继电器、输出继电器、计时器、计数器、数据寄存器等。 参数表示操作数的地址或预先设置的值。三、功能图编程语言这是一种新的编程方法。 它以类似控制系统流程图的功能图来表现控制过程，目前国际电工协会(IEC )正在实施和发展这一新的编程标准。 制造商不同，PLC在该编程语言中使用的符号和名称也不同。 三菱PLC被称为功能图编程语言，西门子PLC被称为控制系统流程图编程语言。 图2-5是“与”后的“或”操作的功能图编程语言图。四、高级语言编程近年发售的PLC，特别是大型PLC，开始用高级语言编程，也有采用了PASCAL语言这样的专用语言的PLC，系统软件具有这种专用语言的自动编译程序。 用高级语言编程后，用户就能像普通的微型计算机一样操作PLC。 不仅可以完成逻辑功能，还可以进行PID调整、数据采集和处理、与上位机的通信等。第三节可编程控制器的工作原理一、PLC的编程设备的概要PLC内部有很多具有不同功能的卡，实际上是由电子电路和存储器构成的。 输出继电器y由输出电路和影像输出接点存储器构成，计时器t、计数器c、辅助继电器m、状态机s、数据寄存器d、索引寄存器V/Z等全部由存储器构成。 为了将它们与普通硬设备区分开来，我们通常将上述设备称为软设备，是等效概念抽象仿真的设备。 不是实际的物理设备。 从工作过程来看，我们只重视设备的功能。 由装置的功能进行命名，例如，输入继电器x、输出继电器y等，并且在各装置中具有确定的地址号码。 这对程序设计非常重要特别应该指出的是，根据制造商的不同，还有根据制造商型号的不同，PLC编程设备的数量和种类也不同。 以下，以FX小型PLC为基础，介绍编程设备。二、FX 2系列PLC编程设备(1)输入继电器(X177 )输入继电器连接到PLC的输入侧，是PLC接收外部开关信号的接口。 连接在传送端子上的输入继电器是光电隔离的电子继电器，其线圈、常开接点、常间接点与现有的硬件继电器的显示方法相同，如图2-6的左侧所示。 这里，常开接点、常闭接点的使用次数没有限制，这些接点可以在PLC内自由使用，FX2型PLC输入继电器可以使用八进制地址编号，X0X177最多可以使用128点。 输入继电器必须由外部信号驱动。 不能用程序驱动。(2)输出继电器Y0Y177输出继电器的外部输出接点与PLC的输出端子连接，输出继电器是PLC向外部负载传送信号的设备，如图2-6右所示。 各输出继电器有外部输出的常开接点。 内部的软接点无论常开还是常关，都可以无限次自由使用。 输出继电器的地址编号也是8进制数。 Y0Y177，最多128分。(2)辅助继电器mPLC内部有很多辅助继电器，其常开常闭接点在PLC内部编程时可以无限次自由使用。 但是，这些接点不能直接驱动外部负载。 外部负载必须由输出继电器的外部接点驱动。在逻辑运算中，继电器被用作辅助运算，这些设备通常被用于状态的临时、位移等的运算。 另外，辅助继电器还具有特殊的功能。 以下是一些常见的辅助继电器。1 .通用辅助继电器M0M499通用辅助继电器的十进制地址编号M0M499合计500点(FX型PLC中除输入输出继电器以外的所有设备为十进制编号)。2 .停电保持辅助继电器M500M1023(524点)PLC运行中发生停电时，输出继电器通用的辅助继电器全部处于断开状态。 电源接通后，除了在PLC运行中通过外部输入信号变为on以外都是off。 很多控制系统要求保持关闭电源瞬间的状态。 停电保持辅助继电器在这种情况下，停电保持由内置在PLC中的锂电池支持。3 .特殊辅助继电器M80008255(256点)PLC内有256个特殊辅助继电器，这些特殊辅助继电器分别具有特定的功能有两类：1 .只能利用该接点的特殊辅助继电器。 线圈由PLC自动驱动，用户只能使用其接口。 比如说M8000在运行监视用. PLC运行时接通M8000。M8002是仅在运行开始瞬间on的初始脉冲特殊辅助继电器。M8012是发生100ms时钟脉冲的特殊辅助继电器。2 .能够驱动线圈型特殊辅助继电器，在用户对线圈励磁后，FLC进行特定的动作。 示例：M8030是锂电池电压指示灯特殊辅助继电器，锂电池电压下降时灯亮，通知PLC的维护人员有必要早点更换锂电池。M8033是PLC停止时的输出保持特殊辅助继电器。M8034不输出所有特殊辅助继电器。M8039是定时扫描特殊辅助继电器。此外，未定义的特殊辅助继电器不能在用户程序中使用。辅助继电器的常开常闭触点可以