3.4PLC工作原理及主要技术指标（课件）-《电器与PLC控制技术》同步教学(高教版)

进行采样、运算、判断、结果输出等； 系统运行监控、应急处理。 第四节 PLC工作原理及主要技术指标 一、PLC工作原理 I端子 I映像区 O映像区 O锁存电路 O端子 PLC内部控制电路 输入部分 输出部分 1. PLC等效电路 将现场器件的状态、参数输入PLC内电路 的桥梁和纽带。 寄存现场器件状态的变化，供CPU调用。 存放CPU运算的结果。 存放CPU运算一个周期后的最终结果并输出。 为现场执行器件提供信号通路。 第四节 PLC工作原理及主要技术指标 一、PLC工作原理 可编程控制器是在硬件的支持下，通过执行反映控制要求的用户程序实现对系统的控制。PLC采用循环扫描的工作原理，具体工作过程主要有：初始化处理、处理输入信号、程序处理、输出处理 第四节 PLC工作原理及主要技术指标 2. PLC工作原理 ⑴ 对程序的执行方式 ① 计算机对程序的执行方式 ⅰ 查询方式； ⅱ 每次操作只能调用一条可执行语句； ⅲ 对满足条件的结果即时执行，没有滞时。 ② PLC对程序的执行方式 ⅰ 巡回扫描方式； ⅱ 扫描周期可变，有限操作； ⅲ 运算结果的执行时间由用户程序决定。 第四节 PLC工作原理及主要技术指标 ③ PC执行程序流程 有 报警处理 上 电 清零、复位 检查I/O连接 复位系统定时器 检查系统硬件、存储器 与网络信息交换 判定 用户工作 状态 执行用户程序 停止I/O 服务？ I 读操作 O 写操作 检查结果正常？ 错误类型 异常处理 网络端口检查 与外设信息交换 报警 异常 无 停止 运行 是 否 否 正常 第四节 PLC工作原理及主要技术指标 ⑵ 对程序的执行方式——指在一个周期内对程序的执行过程 PLC采用“巡回扫描”的工作方式，在一个周期内对程序 的执行方式可分为输入采样，程序执行、输出刷新三个阶段。 I端子 I映像区 输入刷新 输入采样阶段 ① 输入采样阶段 PLC在输入采样阶段，以扫描方式，在指定时间段里顺序读入所有输入端的通/断状态或输入数据，并将此状态存入输入状态寄存器，即输入刷新。故，此阶段又称为定期集中采样。 第四节 PLC工作原理及主要技术指标 I映像区 O映像区 程序执行 2ms 2ms 输入刷新 输出刷新 PLC按先上后下，从左到右的顺序，从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中依次“读取”有关元件的通/ 断状态，并根据用户程序进行逻辑运算、分析、判断，将需要输出的运算结果，及时存入对应的输出状态寄存器。一旦本阶段结束，输出状态寄存器中的状态不再改变。此阶段又称为顺序扫描运算。 ② 程序执行阶段 第四节 PLC工作原理及主要技术指标 O映像区 O锁存电路 O端子 输出刷新阶段 输出刷新 ③ 输出刷新阶段 在所有指令执行完毕后，运算结果全部存入输出状态 寄存器后，CPU通过锁存电 路将所有的结果一次性的输 出并转换成为现场执行元件 所需的各种信号，借助输出 端子，去控制现场执行元件 的状态。故，此阶段又称为 集中输出刷新。 第四节 PLC工作原理及主要技术指标 由此，PLC自动地、周而复始地执行着由这三个阶段构成的工作周期。简言之，PLC的工作原理是：定期集中采样、顺序扫描运算、集中输出刷新。 I端子 I映像区 O映像区 O锁存电路 O端子 一个周期 输入采样阶段 输出刷新阶段 程序执行 2ms 2ms 输入刷新 输出刷新 一个扫描周期 CPU自检及 公共操作 处理通讯请求 I/O扫描 执行程序 读输入 输出刷新 输 出 输入刷新 第四节 PLC工作原理及主要技术指标 ⑶ PLC的扫描周期 通过前面介绍可知：PLC的扫描周期由三部分组成： ① 保证系统安全的自检及公共操作； ② 与外围设备/网络的信息交换； ③ 用户程序的执行。 其中：ⅰ 第一部分的时间 随机型而异外，基本保持不变； ⅱ 第二部分的时间 并不是每次扫描都必须执行的； ⅲ 第三部分的时间 用户程序影响最大，因为: a)受控 对象的复杂程度及对控制的要求；b)编程人员的能力 与水平；c)指令的选取及程序逻辑顺序的合理性等。 因此，PLC的扫描周期实际上是一个变化量，一般要求在100～200ms以内。 第四节 PLC工作原理及主要技术指标 一个扫描周期 CPU自检及 公共操作 处理通讯请求 I/O扫描 执行程序 输出刷新 输 出 读输入 输入刷新 y1 y2 y3 x1 Y2-2 Y2-1 例：分析图示程序扫描周期 y2-2 y1 y2-1 x1 y2 y3 输入 输出 执行 Ⅰ 输入 输出 执行 Ⅱ 输入 输出 执行 Ⅲ 第四节 PLC工作原理及主要技术指标 由上述分析可见， 在PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会立即改变，要等到下一个周期输入处理阶段才能改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，等到一个循环周期结束，CPU将这些输出信号集中输出给输出锁存器，这才成为实际的CPU输出。因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。 第四节 PLC工作原理及主要技术指标 二、PLC主要技术指标 1. I/O 点数 表征PLC控制规模与能力。 I/O点数一般指DI+DO的总和，对本机来说，通常I点数多于O点数。 2. 存储容量 表征PLC存储用户程序的最大容量。 常用K字、K字节、指令条数、步序为单位表示。一个步序即为一条指令，约1～5个字的长度。 3. 扫描周期 表征PLC运算速度的快慢。 一般以1ms/K字～10ms/K字或执行K条指令时间给出一个粗略指标，但厂家公认的时间是100～200ms间，并设计有监控程序及硬件WDT进行自动跟踪监视。 第四节 PLC工作原理及主要技术指标 4. 编程语言及指令功能 表征PLC能力强弱。 ⅰ 编程语言多少，表明适用性强弱； ⅱ 指令功能高低，表明PLC的数据处理与控制能力强弱。 5. 存储器数量与功能 表征PLC适用范围。 一体机由厂家固定搭配，模块机由用户自选。 6. 电源种类及输入/输出方式 一般由厂家给出多项方案，用户自选。 第四节 PLC工作原理及主要技术指标 7. 兼容性、可扩展性 表征PLC的兼容及联网能力。 ⅰ 兼容性 指同一系列产品(更新换代、改版)向下兼容、扩充能力； ⅱ 可扩展性 指本机的联网能力： a) I/O Link PLC + I/O扩展 I/O 链接 b) PLC Link PLC + PLC+‥‥‥+PLC 同位链接 c) Host Link PC、PLC + 下位PLC 上位链接 8. 智能单元 表征PLC调节控制能力。 指可接入模拟量或智能化模块的数量与种类。 本章小结 练习题： 01、PLC的输入单元通常有（直流）、（交流）、（交直流）3种类型。 02、PLC的输出方式通常有（继电器）方式、（晶体管）方式、（晶闸管）方式。 03、PLC与继电—接触器电路的重要区别是：PLC将逻辑电路部分用（软件）来实现。 04、PLC的输入/输出映像相当于继电—接触器电路中的线圈，但它们的常开、常闭触点可以在程序中（无限）次使用，所以常将其称为（软元件）。 05、输入采样阶段的任务是:将所有输入设备的当前状态保存到（输入映像寄存器）中。 本章小结 练习题： 06、输入采样阶段执行完毕后，输入刷新的结果将一直保持到（下一个循环周期）。 07、PLC在用户程序执行阶段的结果是将（输出映像寄存器）刷新。 08、PLC的继电器指令，其线圈状态由内部存储器的一个（二进制位）表示。 09、定时器指令相当于继电接触器逻辑电路中的（时间继电器），可通过软件编程实现（时间顺序）逻辑。 10、PLC存储器单元由（系统程序存储器）和（用户程序存储器）两部分组成。 本章小结 练习题： 11、PLC的运行周期一般可分为（输入采样）、（程序执行）、（输出刷新）3个阶段。 选择题： 01、PLC在输入采样阶段执行的程序是(B)。 A：用户程序 B：系统程序 C：初始化程序 02、PLC在用户程序执行阶段完成的主要工作是(C)。 A：执行系统程序 B：执行用户程序 C：解释用户程序并产生相应结果 本章小结 选择题： 03、 PLC的实际输出状态取决于(A)。 A：输出锁存器的状态 B：输出映像寄存器的状态 C：程序执行阶段的结果 04、下列哪一句话对PLC输出的描述是正确的?(C) A：输出映像寄存器的状态在程序执行阶段维持不变 B：输出锁存器的状态在输出刷新阶段保持不变 C：输出映像寄存器的状态在输出刷新阶段保持不变 本章小结 PLC的组成、各部件的作用； PLC的工作原理，充分理解何谓“巡回扫描”？ PLC性能指标的重要性； I/O模式的不同点对应用的影响； PLC与继电接触、单片机、计算机控制的异同点； PLC常用的编程语言。 $$