1.3 PLC工作过程及特点（课件）《PLC技术及应用》（高教版·第2版）同步精品课堂

任务1.3 PLC工作过程及特点 《PLC技术及应用》（高教版·第2版） 同步精品课堂—中职专业课 学习目标 01 03 02 准确掌握 PLC 工作过程的核心阶段，能清晰描述公共处理阶段（硬件自检、清除 watchdog 定时器）、用户程序扫描阶段（顺序执行指令、读取输入映像区状态、运算结果暂存输出映像区）的具体操作内容。 明确扫描周期的定义（完成 “输入采样 - 用户程序扫描 - 输出刷新” 一次循环的总时间），能列举 3 个及以上影响扫描周期的因素。 系统梳理 PLC 本体的 4 个核心特点，能结合具体硬件组成（如 CPU、存储器、I/O 接口）说明特点的实现原理。 学习目标 课前导入 为什么 PLC 能解决继电器控制系统的这些问题？它内部是如何工作的，能实现灵活的逻辑修改和稳定运行？它的工作过程包含哪些关键步骤，这些步骤如何保障控制的准确性？今天这节课，我们就围绕 “PLC 工作过程及特点” 展开，一起揭开 PLC 的 “工作秘密”，同时对比它与继电器控制系统的核心差异，理解其在工业控制中的优势所在。 三菱 FX3GC (1)PLC公共处理 ① 内部处理 PLC通电后，将对其内部进行自诊断，如电源检测、内部硬件是否正常、程序语法是否有错等。一旦有错或异常，根据其类型和程度发出信号，或进行相应的出错处理，使PLC停止扫描或强制变成 STOP 状态。 PLC 工作过程的具体操作 ② 通信服务 在这一阶段，PLC完成与其他外部设备的通信，即检查是否有编程器、计算机或上位 PLC 等通信请求，若有，则进行相应处理，完成数据通信任务。 PLC 工作过程的具体操作 (2)PLC用户程序扫描 ① 输入处理 如图所示，PLC 首先扫描所有的输入端子，并按顺序将所有输入端子的 ON(1)/0FF(0)状态读人(图中①)输人映像区:完成上述输人刷新后，关闭输人通道，接着转人程序执行阶段。 程序执行过程中即使输人发生变化，输入映像区的内容也不会变化，而是在执行下一个循环的输人处理时再读取该变化。 PLC 工作过程的具体操作 ② 程序执行 PLC按顺序从0步开始，逐条执行用户程序，直到END/FNED指令才结束。 在程序执行过程中根据程序执行需要，从输入映像区和其他软元件映像区中，将有关元件的状态、数据读出(②)，按程序要求进行运算，并将运算结果写人(③)软元件映像区中。因此，各软元件映像区随着程序的执行逐步改变其内容。 PLC 工作过程的具体操作 ③ 输出处理 当程序中所有指令执行完毕，输出映像区中的0N/0FF状态会传送(④)至输出锁存器中，并通过一定方式输出(⑤)，驱动外部负载，这就形成了 PLC 的实际输出。 PLC 工作过程的具体操作 PLC在运行状态时，执行1次扫描操作(如图1-8中，①所示的“5 个阶段”)所需的时间称为1个“扫描周期”。一般来说，1个“扫描周期”中，自检、通信、输人取样和输出刷新所占时间较少，程序执行的时间是影响“扫描周期”长短的主要因素，而它取决于 CPU 执行速度、程序长短和程序执行情况。 扫描周期 PLC技术的高速发展，除了得益于工业自动化的客观需求外，主要是由于它具有许多适合工业控制的独特优点，较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。 PLC 的特点 (1)PLC本体的特点(如图1-10所示) PLC 的特点 ① 可靠性高、抗干扰能力强 可靠性高、抗干扰能力强是 PLC最重要的特点之一，这主要是由于它采用了一系列硬件和软件结合的抗干扰措施。 ②编程简单、使用方便 考虑到企业中一般电气技术人员和技术工人的传统读图习惯与微机应用水平，PLC均采用在继电器控制原理图基础上产生的梯形图语言。这是一种直接面向生产、面向用户的图形编程语言，操作人员只需几天的简单培训，就可以熟悉并编制用户程序。 PLC 的特点 ③ 功能完善、通用性好 现代 PLC 除了具备逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制等功能，还能完成模拟量的处理、数据通信、人机对话、记录和显示等功能，使设备控制水平大大提高，应用范围更广泛。 PLC 的特点 (2)PLC与继电器控制系统相比较(如图1-11所示) PLC 的特点 ① 体积小、重量轻、能耗低 由于 PLC 采用了半导体集成电路，因此具有结构紧凑、体积小、重量轻的特点，易于装人机械设备内部，组成机电一体化的设备。同时，PLC一般采用低压供电，硬件耗电少，与传统的继电器相比能耗更低。 PLC 的特点 ②设计、安装容易，维护工作量少 PLC采用软件功能取代了继电器控制系统中的各类继电器，使控制柜的设计、安装和接线工作量大大减少。同时，大部分用户程序可以在实验室进行模拟调试，调试完成后再进行现场联机调试使控制系统设计及建造的周期大为缩短。 当PLC或外部的输人装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或在线编程器上提供的信息，迅速地查明原因维护极为方便。 PLC 的特点 课堂练习 1.关于 PLC 与继电器控制系统的抗干扰能力，以下说法正确的是（ ） A. 两者抗干扰能力相同 B. 继电器控制系统抗干扰能力更强 C. PLC 抗干扰能力更强 D. 无法比较 答案：C 解析：PLC 内部采用 “光电隔离”“滤波电路” 等抗干扰设计，能有效抑制电网波动、电磁辐射等干扰信号；而继电器控制系统依赖机械触点，易受触点氧化、电磁感应等干扰，因此 PLC 抗干扰能力远优于继电器控制系统。 课堂练习 2.PLC 用户程序扫描阶段，若需要读取输入信号状态，会从哪里获取？（ ） A. 输入端子实时读取 B. 输入映像区 C. 输出映像区 D. 程序存储器 答案：B 解析：PLC 采用 “映像区” 机制，输入采样阶段将输入端子状态存入输入映像区后，用户程序扫描阶段不再直接读取输入端子，而是从输入映像区获取输入状态，确保程序执行过程中输入状态不随外部信号波动而变化，提升控制逻辑的稳定性。 课堂练习 3.以下哪项不属于 PLC 本体的组成部分？（ ） A. CPU（中央处理器） B. 中间继电器 C. 存储器（ROM、RAM） D. I/O 接口电路 答案：B 解析：PLC 本体的核心组成包括 CPU（运算控制核心）、存储器（存储程序和数据）、I/O 接口电路（连接外部设备）；中间继电器是继电器控制系统的核心元件，PLC 中通过 “内部软继电器”（程序中的虚拟继电器）实现类似功能，无需实体中间继电器。 课堂练习 4.PLC 的扫描周期通常在什么范围内？（ ） A. 微秒级（μs） B. 毫秒级（ms） C. 秒级（s） D. 分钟级（min） 答案：B 解析：PLC 的扫描周期受程序复杂度影响，对于常规中小型 PLC（如西门子 S7-200 SMART、三菱 FX 系列），简单程序的扫描周期通常为几十毫秒（ms），复杂程序可能达到几百毫秒，远高于微秒级（μs，通常是单条指令的执行时间），也远低于秒级（s）。 课堂练习 5.与继电器控制系统相比，PLC 在控制逻辑修改方面的特点是（ ） A. 修改难度大，需专业人员接线 B. 修改灵活，仅需修改程序 C. 修改后需长时间调试 D. 无法修改控制逻辑 答案：B 解析：继电器控制系统的控制逻辑与硬件接线绑定，修改需重新拆线、接线，难度大且易出错；PLC 的控制逻辑通过软件程序实现，修改时只需在编程软件中调整程序代码，无需改动硬件，修改后调试周期短，灵活性极强。 课堂练习 6.在 PLC 输出刷新阶段，输出映像区的状态会被传递到（ ） A. 输入端子 B. 程序存储器 C. 输出端子 D. 数据存储器 答案：C 解析：输出刷新阶段是 PLC 工作过程的最后一步，其任务是将用户程序扫描阶段计算出的 “输出状态”（存储在输出映像区）一次性传递到输出端子，再由输出端子驱动外部执行设备（如接触器、指示灯等），完成控制动作。 课堂练习 7.以下哪项体现了 PLC “可靠性高” 的特点？（ ） A. 平均无故障工作时间（MTBF）长 B. 需频繁更换易损件 C. 受环境温度影响大 D. 触点易氧化导致故障 答案：A 解析：PLC 采用无触点逻辑控制，减少了机械磨损和触点氧化等故障源，平均无故障工作时间（MTBF）通常可达几万甚至几十万小时，可靠性远高于继电器控制系统（依赖机械触点，易出现故障）。B、C、D 选项均是继电器控制系统的缺点，而非 PLC 的特点。 课堂练习 8.当 PLC 执行用户程序时，若外部输入信号发生变化，输入映像区的状态会（ ） A. 立即更新 B. 在下一次输入采样阶段更新 C. 保持不变 D. 自动清零 答案：B 解析：PLC 的 “输入采样 - 用户程序扫描 - 输出刷新” 是循环进行的，输入映像区的状态仅在输入采样阶段更新，用户程序扫描阶段即使外部输入信号变化，输入映像区的状态也不会改变，需等到下一个扫描周期的输入采样阶段才会更新，确保程序执行的连贯性。 课后作业 PLC 本体具有哪些主要特点？ 与继电器控制系统相比，PLC 在控制逻辑实现方式上有何不同？ 为什么说 PLC 的抗干扰能力比继电器控制系统更强？ 课堂小结 $