可编程控制器基本工作原理课件

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1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第一节 可编程控制器基本工作原理,教学目的与要求：,掌握三种逻辑关系；熟悉可编程控制器的控制原理；了解,PC,的工作方式。,重点及难点：,重点：可编程控制器的控制原理,难点：,PC,的工作方式,概念：,是一种数字运算操作的电子系统，专为工业 环境下应用而设计。,可编程控制器：,它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输出和输入，控制各种类型机械的生产过程。,可编程控制器与继电器控制电路相比具有以下特点：,1,、可靠性高

2、，抗告饶性能强；,PC,的供电电源及输入线路采用了多种形式滤波，内部主要核心部件采用直流,5V,电源供电，并有电压调整电路，保证供电电压的稳定。,PC,中的主要部件，还采用了导电、导磁性能良好的材料进行屏蔽；,PC,的主电路与外接电路采用光电隔离措施，有效防止了外界干扰引起的误动作。,2,、控制程序使用方便，功能完善。,可编程控制器的编程方式采用了类似继电器控制电路的“梯形图”，程序简单、直观，与计算机相比，编程方便，易于接收。,PC,在使用过程中，当生产工艺改变或生产线设备更新需要改变控制过程时，只要按新的控制要求改变程序，不必更换,PC,即可满足要求。,可编程控制器除能完成继电器逻辑控制功

3、能外，还能进行算术运算、定时、计算、通讯、人机对话、自检、记录等功能，使控制系统更加完善。,PC,具有结构紧凑、坚固耐用、体积小巧等特点，容易装入机械设备内部，实现所谓“机电一体化,”,产品。,PC,与计算机联网，可构成集中管理的自动化控制系统。,第一节 可编程控制器基本工作原理,一、可编程控制器的控制原理,继电器控制电路,输入,控制,输出,由按钮开关、行程开关灯主令电器组成，其作用是用于发出控制指令。,由中间继电器、时间继电器及各种接点等元件组成，其作用是实现生产工艺要求的控制过程。,由接触器、电磁铁，信号灯等执行电器组成，其作用是用于控制电器的工作状态。,由于继电器的输入输出之间满足一定的

4、因果关系，故称为继电器逻辑电路。下面讲几种常用的逻辑关系：,“与”逻辑,如图,4-1a,所示的继电器控制电路，当,X,1,、,X,2,都闭合后，继电器,Y,才动作。其逻辑表达式为：,“或”逻辑,如图,4-1b,所示，当接点,X,1,或,X,2,有一个闭合时，继电器,Y,就动作。其逻辑关系为：,“非”逻辑,如图,4-1c,所示，继电器,Y,0,的两个输出接点,Y,01,、,Y,02,互为相反状态，导致继电器,1Y,、,2Y,为不同的输出状态，故接点,Y,01,与,Y,02,之间和继电器,1Y,与,2Y,之间的关系成为“非”逻辑关系，其表达式为：,X,1,X,2,Y,X,1,X,2,Y,X,1,Y

5、,0,Y,02,Y,01,2Y,1Y,可编程控制器利用了这三种逻辑运算，以实现对生产机械的控制。下面讲述可编程控制器的控制原理：,可编程控制器,用于收集和保存被控制设备实际运行过程中的数据和信息，如被控设备的各种开关信息和操作指令。,利用各种逻辑运算，按生产工艺要求处理输入部分所采集的各种信息，并将处理结果传送到输出部分。,将逻辑部分的运算结果，通过输出电路去控制接触器、电磁铁等执行元件，以实现对生产过程的控制。,输入部分,逻辑部分,输出部分,可编程控制器和继电器控制系统的优缺点：,1,、继电器控制系统是由各种继电器硬件及其触点和线路安某种方式固定连接在一起的线路，所以，它不能灵活变更逻辑控制

6、功能。,2,、可编程控制器是通过特定的逻辑符号和语句，按生产工艺不同的要求，编制不同的程序，可灵活实现不同的控制功能。,可编程控制器一般为使用提供以下几种继电器：,1,、输入继电器；,2,、输出继电器；,3,、内部继电器。,梯形图：,SB,1SB,2SB,2K,2,2K,1,1K,2,2K,1,2KM,1KM,2K,1K,1K,1,X,2,Y,1,Y,2,X,1,SB,X,0,Y,2,Y,2,Y,1,Y,1,1K,1,梯形图：,SB,1SB,2SB,2K,2,2K,1,1K,2,2K,1,2KM,1KM,2K,1K,1K,1,SB,X402,1K,1,M100,M101,Y431,X403,Y

7、431,M101,T451,Y432,X,2,Y,2,X,1,X,0,Y,1,Y,1,Y,1,X,0,X,1,X,2,SB,1SB,2SB,DC,DC,AC,Y,2,Y,2,1KM,2KM,输入继电器,PC,输出接点,可编程控制器的控制原理示意图,可编程控制器的工作原理：,1,、可编程控制器的组成：,外存接口,其他接口,编程器,扩张单元,中央处理,器,CPU,程序系统,存储器,用户存,储器,输入接口,光电耦合,输出接口,继店器,晶体管 输出,晶闸管,A/D,、,D/A,计算机,其他设备,各类存储器,对于整体式的,PC,，这些部件都在同一个机壳内。而对于模块式结构的,PC,，各部件独立封装，称为

8、模块，各模块通过机架和电缆连接在一起。,可编程控制器硬件系统的基本结构框图如图,4-4,所示。,PC,的主机由微处理器,(CPU),、存储器、输入,/,输出模块、外设,I/O,接口、通信接口及电源组成。,下面分别介绍,PC,各组成部分及其作用，以便进一步了解,PC,的控制原理和工作过程。,1,）,中央处理器,(,CPU,),中央处理器又称微处理器，简称,CPU,，它是,PC,的核心。,CPU,的,作用,是按照生产厂家预先编制的系统程序,接收并存储编程器输入的用户程序和数据，采用扫描工作方式接收现场输入信号，从存储器逐条读取并执行用户程序，根据运算结果实现输出控制。,2,）存储器,存储器：用来存

9、放系统程序、用户程序、逻辑变量和其 它信息。,PC,使用的存储器有只读存储器,ROM,、读写存储器,RAM,和用户固化程序存储器,E2PROM,。,ROM,存放,PC,制造厂家编写的系统程序，具有开机自检、工作方式选择、信息传递和对用户程序的解释翻译功能。,ROM,存放的信息是永远留驻的。,若,PC,失电，,RAM,存放的内容会丢失。如果有些内容失电后不容许丢失，可以把它放在断电保持的,RAM,存储单元中。这些存储单元接上备用锂电池供电，具有断电保持能力。如果用户经调试后的程序要长期使用，可以通过,PC,将程序写入带有,E2PROM,芯片的存储卡中，从而长期保存。,RAM,一般存放用户程序和逻

10、辑变量。,用户程序在设计和调试过程中要不断进行读写操作。读出时，,RAM,中内容保持不变。写入时，新写入的信息将覆盖原来的信息。,3,）输入,/,输出接口（,I/O,）,输入部分的,作用是把从输入设备来的输入信号送到可编程序控制器。输入设备一般包括各类控制开关,(,如按钮、行程开关、热继电器触点等,),和传感器,(,如各类数字式或模拟式传感器,),等，这些量通过输入接口电路的输入端子与,PC,的微处理器,CPU,相连。,数字量（开关量）输入单元分为直流输入和交流输入两种类型，常用的输入电路有干接点式、直流输入式和交流输入式三种,输入输出接口都采用光电隔离电路。输入,/,输出接口有数字量（开关量

11、）输入,/,输出单元，模拟量输入,/,输出单元。,数字量（开关量）输出单元又分为,继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出,三种形式。继电器输出可接交流负载或直流负载，晶体管输出只能接直流负载，晶闸管输出只能接交流负载，输出负载必须外接电源。,4,）编程器,编程器用于程序的编制、调试、检查和监视，并可通过键盘调用和显示,PC,内部的各种状态及系统参数；还可通过接口电路实现人机对话。,5,）扩展单元,当可编程控制器承担较大的空置量时，可接入扩展单元，以扩充输入、输出端口。扩展单元内部没有,CPU,及存储器，所以不能单独使用。,6,）外部设备,PC,的外围设备有手打印机、盒式录音机、持编程器、便携式图形

12、编程器及通过专用编程软件实现图形编程的个人计算机。这些外围设备都通过专用的接口与,PC,主机相连。使控制系统功能更加完善。,综上所述，,PC,由以上几部分组成，相当于一台工业用微机。它通过外围设备可以进行主机与生产机械之间、主机与人之间的信息交换，实现对工业生产过程以及对某些工艺参数的自动控制。,可编程序控制器的工作原理,PC,是依靠执行用户程序来实现控制要求的。我们把使,PC,进行逻辑运算、数据处理、输入和输出步骤的助记符称为指令，把实现某一控制要求的指令的集合称为,程序,。,PC,在执行程序时，首先逐条执行程序命令，把输入端的状态值,(,接通为,1,，断开为,0),存放于输入,映象寄存器,

13、中，在执行程序过程中把每次运行结果的状态存放于输出映象寄存器中。,图,1,为,可编程控制器的工作原理,图,原理流程图,循环扫描,PC,采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括五个阶段：内部处理、与编程器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理，其工作过程如图,1,所示。,当,PC,方式开关置于,RUN,（,运行）时，执行所有阶段；当方式开关置于,STOP,（,停止）时，不执行后,3,个阶段，此时可进行通信处理，如对,PC,联机或离线编程。,PC,执行的五个阶段，称为一个扫描周期，,PC,完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。,图,1,PC,执行程序是以循环扫描方式进行

14、的。每一扫描过程主要分为三个阶段：,输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段,。,1.,输入采样阶段,在每一个扫描周期开始时，,PC,顺序读取全部输入端信号，把输入端的通断状态存放于输入映象寄存器中。,2.,程序执行阶段,PC,按梯形图从左向右、从上向下逐条对指令进行扫描，并从输入映象寄存器和内部元件读入其状态，进行逻辑运算。运算的结果送人输出映象寄存器中。每个输出映象寄存器的内容将随着程序扫描过程而作相应变化。但在此阶段中，如输入端子状态发生改变，输入映象寄存器的状态也不会改变,(,它的新状态会在下一次扫描中才被读入,),。,执行阶段图,当第二阶段完成之后，输出映象寄存器中各输出点的通断状态

15、将通过输出部分送到输出锁存器，去驱动输出继电器线圈，执行相应的输出动作。,3.,输出刷新阶段,完成上述过程所需的时间称为,PC,的扫描周期。,PC,在完成一个扫描周期后，又返回去进行下一个扫描，读入下一周期的输入点状态，再进行运算、输出。,PC,扫描周期的长短，取决于,PC,执行一个指令所需的时间和有多少条指令。如果执行每条指令所需的时间是,1us,，程序有,800,条指令，则这一扫描周期的时间就为,0.8ms,。,PC,控制与继电器控制的区别,传统的继电接触器控制系统，是由输入设备,(,按钮、开关等,),、控制线路,(,由各类继电器、接触器、导线连接而成，执行某种逻辑功能的线路和输出设备,(,接触器线圈、指示灯等,),三部分组成。这是一种由物理器件联接而成的控制系统。,PC,的梯形图虽与继电器控制电路相类似，但其控制元器件和工作方式是不一样的，主要区别有以下几个方面。,元器件不同,2.,工作方式不同,3.,元件触点数量不同,4.,控制电路实施方式不同,