可編程控制器基本工作原理課件

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,*,第一節(jié) 可編程控制器基本工作原理,教學(xué)目的與要求：,掌握三種邏輯關(guān)系；熟悉可編程控制器的控制原理；了解,PC,的工作方式。,重點(diǎn)及難點(diǎn)：,重點(diǎn)：可編程控制器的控制原理,難點(diǎn)：,PC,的工作方式,概念：,是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè) 環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。,可編程控制器：,它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸出和輸入，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程。,可編程控制器與繼電器控制電路相比具有以下特點(diǎn)：,1,、可靠性高

2、，抗告饒性能強(qiáng)；,PC,的供電電源及輸入線路采用了多種形式濾波，內(nèi)部主要核心部件采用直流,5V,電源供電，并有電壓調(diào)整電路，保證供電電壓的穩(wěn)定。,PC,中的主要部件，還采用了導(dǎo)電、導(dǎo)磁性能良好的材料進(jìn)行屏蔽；,PC,的主電路與外接電路采用光電隔離措施，有效防止了外界干擾引起的誤動(dòng)作。,2,、控制程序使用方便，功能完善。,可編程控制器的編程方式采用了類似繼電器控制電路的“梯形圖”，程序簡(jiǎn)單、直觀，與計(jì)算機(jī)相比，編程方便，易于接收。,PC,在使用過(guò)程中，當(dāng)生產(chǎn)工藝改變或生產(chǎn)線設(shè)備更新需要改變控制過(guò)程時(shí)，只要按新的控制要求改變程序，不必更換,PC,即可滿足要求。,可編程控制器除能完成繼電器邏輯控制功

3、能外，還能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)算、通訊、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄等功能，使控制系統(tǒng)更加完善。,PC,具有結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用、體積小巧等特點(diǎn)，容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)所謂“機(jī)電一體化,”,產(chǎn)品。,PC,與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，可構(gòu)成集中管理的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。,第一節(jié) 可編程控制器基本工作原理,一、可編程控制器的控制原理,繼電器控制電路,輸入,控制,輸出,由按鈕開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)燈主令電器組成，其作用是用于發(fā)出控制指令。,由中間繼電器、時(shí)間繼電器及各種接點(diǎn)等元件組成，其作用是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝要求的控制過(guò)程。,由接觸器、電磁鐵，信號(hào)燈等執(zhí)行電器組成，其作用是用于控制電器的工作狀態(tài)。,由于繼電器的輸入輸出之間滿足一定的

4、因果關(guān)系，故稱為繼電器邏輯電路。下面講幾種常用的邏輯關(guān)系：,“與”邏輯,如圖,4-1a,所示的繼電器控制電路，當(dāng),X,1,、,X,2,都閉合后，繼電器,Y,才動(dòng)作。其邏輯表達(dá)式為：,“或”邏輯,如圖,4-1b,所示，當(dāng)接點(diǎn),X,1,或,X,2,有一個(gè)閉合時(shí)，繼電器,Y,就動(dòng)作。其邏輯關(guān)系為：,“非”邏輯,如圖,4-1c,所示，繼電器,Y,0,的兩個(gè)輸出接點(diǎn),Y,01,、,Y,02,互為相反狀態(tài)，導(dǎo)致繼電器,1Y,、,2Y,為不同的輸出狀態(tài)，故接點(diǎn),Y,01,與,Y,02,之間和繼電器,1Y,與,2Y,之間的關(guān)系成為“非”邏輯關(guān)系，其表達(dá)式為：,X,1,X,2,Y,X,1,X,2,Y,X,1,Y

5、,0,Y,02,Y,01,2Y,1Y,可編程控制器利用了這三種邏輯運(yùn)算，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的控制。下面講述可編程控制器的控制原理：,可編程控制器,用于收集和保存被控制設(shè)備實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)和信息，如被控設(shè)備的各種開(kāi)關(guān)信息和操作指令。,利用各種邏輯運(yùn)算，按生產(chǎn)工藝要求處理輸入部分所采集的各種信息，并將處理結(jié)果傳送到輸出部分。,將邏輯部分的運(yùn)算結(jié)果，通過(guò)輸出電路去控制接觸器、電磁鐵等執(zhí)行元件，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制。,輸入部分,邏輯部分,輸出部分,可編程控制器和繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)：,1,、繼電器控制系統(tǒng)是由各種繼電器硬件及其觸點(diǎn)和線路安某種方式固定連接在一起的線路，所以，它不能靈活變更邏輯控制

6、功能。,2,、可編程控制器是通過(guò)特定的邏輯符號(hào)和語(yǔ)句，按生產(chǎn)工藝不同的要求，編制不同的程序，可靈活實(shí)現(xiàn)不同的控制功能。,可編程控制器一般為使用提供以下幾種繼電器：,1,、輸入繼電器；,2,、輸出繼電器；,3,、內(nèi)部繼電器。,梯形圖：,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,梯形圖：,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,輸入繼電器,PC,輸出接點(diǎn),可編程控制器的控制原理示意圖,可編程控制器的工作原理：,1,、可編程控制器的組成：,外存接口,其他接口,編程器,擴(kuò)張單元,中央處理,器,CPU,程序系統(tǒng),存儲(chǔ)器,用戶存,儲(chǔ)器,輸入接口,光電耦合,輸出接口,繼店器,晶體管 輸出,晶閘管,A/D,、,D/A,計(jì)算機(jī),其他設(shè)備,各類存儲(chǔ)器,對(duì)于整體式的,PC,，這些部件都在同一個(gè)機(jī)殼內(nèi)。而對(duì)于模塊式結(jié)構(gòu)的,PC,，各部件獨(dú)立封裝，稱為

8、模塊，各模塊通過(guò)機(jī)架和電纜連接在一起。,可編程控制器硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖,4-4,所示。,PC,的主機(jī)由微處理器,(CPU),、存儲(chǔ)器、輸入,/,輸出模塊、外設(shè),I/O,接口、通信接口及電源組成。,下面分別介紹,PC,各組成部分及其作用，以便進(jìn)一步了解,PC,的控制原理和工作過(guò)程。,1,）,中央處理器,(,CPU,),中央處理器又稱微處理器，簡(jiǎn)稱,CPU,，它是,PC,的核心。,CPU,的,作用,是按照生產(chǎn)廠家預(yù)先編制的系統(tǒng)程序,接收并存儲(chǔ)編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，采用掃描工作方式接收現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)，從存儲(chǔ)器逐條讀取并執(zhí)行用戶程序，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果實(shí)現(xiàn)輸出控制。,2,）存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)器：用來(lái)存

9、放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其 它信息。,PC,使用的存儲(chǔ)器有只讀存儲(chǔ)器,ROM,、讀寫(xiě)存儲(chǔ)器,RAM,和用戶固化程序存儲(chǔ)器,E2PROM,。,ROM,存放,PC,制造廠家編寫(xiě)的系統(tǒng)程序，具有開(kāi)機(jī)自檢、工作方式選擇、信息傳遞和對(duì)用戶程序的解釋翻譯功能。,ROM,存放的信息是永遠(yuǎn)留駐的。,若,PC,失電，,RAM,存放的內(nèi)容會(huì)丟失。如果有些內(nèi)容失電后不容許丟失，可以把它放在斷電保持的,RAM,存儲(chǔ)單元中。這些存儲(chǔ)單元接上備用鋰電池供電，具有斷電保持能力。如果用戶經(jīng)調(diào)試后的程序要長(zhǎng)期使用，可以通過(guò),PC,將程序?qū)懭霂в?E2PROM,芯片的存儲(chǔ)卡中，從而長(zhǎng)期保存。,RAM,一般存放用戶程序和邏

10、輯變量。,用戶程序在設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程中要不斷進(jìn)行讀寫(xiě)操作。讀出時(shí)，,RAM,中內(nèi)容保持不變。寫(xiě)入時(shí)，新寫(xiě)入的信息將覆蓋原來(lái)的信息。,3,）輸入,/,輸出接口（,I/O,）,輸入部分的,作用是把從輸入設(shè)備來(lái)的輸入信號(hào)送到可編程序控制器。輸入設(shè)備一般包括各類控制開(kāi)關(guān),(,如按鈕、行程開(kāi)關(guān)、熱繼電器觸點(diǎn)等,),和傳感器,(,如各類數(shù)字式或模擬式傳感器,),等，這些量通過(guò)輸入接口電路的輸入端子與,PC,的微處理器,CPU,相連。,數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸入單元分為直流輸入和交流輸入兩種類型，常用的輸入電路有干接點(diǎn)式、直流輸入式和交流輸入式三種,輸入輸出接口都采用光電隔離電路。輸入,/,輸出接口有數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量

11、）輸入,/,輸出單元，模擬量輸入,/,輸出單元。,數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸出單元又分為,繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出,三種形式。繼電器輸出可接交流負(fù)載或直流負(fù)載，晶體管輸出只能接直流負(fù)載，晶閘管輸出只能接交流負(fù)載，輸出負(fù)載必須外接電源。,4,）編程器,編程器用于程序的編制、調(diào)試、檢查和監(jiān)視，并可通過(guò)鍵盤(pán)調(diào)用和顯示,PC,內(nèi)部的各種狀態(tài)及系統(tǒng)參數(shù)；還可通過(guò)接口電路實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。,5,）擴(kuò)展單元,當(dāng)可編程控制器承擔(dān)較大的空置量時(shí)，可接入擴(kuò)展單元，以擴(kuò)充輸入、輸出端口。擴(kuò)展單元內(nèi)部沒(méi)有,CPU,及存儲(chǔ)器，所以不能單獨(dú)使用。,6,）外部設(shè)備,PC,的外圍設(shè)備有手打印機(jī)、盒式錄音機(jī)、持編程器、便攜式圖形

12、編程器及通過(guò)專用編程軟件實(shí)現(xiàn)圖形編程的個(gè)人計(jì)算機(jī)。這些外圍設(shè)備都通過(guò)專用的接口與,PC,主機(jī)相連。使控制系統(tǒng)功能更加完善。,綜上所述，,PC,由以上幾部分組成，相當(dāng)于一臺(tái)工業(yè)用微機(jī)。它通過(guò)外圍設(shè)備可以進(jìn)行主機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械之間、主機(jī)與人之間的信息交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程以及對(duì)某些工藝參數(shù)的自動(dòng)控制。,可編程序控制器的工作原理,PC,是依靠執(zhí)行用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求的。我們把使,PC,進(jìn)行邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、輸入和輸出步驟的助記符稱為指令，把實(shí)現(xiàn)某一控制要求的指令的集合稱為,程序,。,PC,在執(zhí)行程序時(shí)，首先逐條執(zhí)行程序命令，把輸入端的狀態(tài)值,(,接通為,1,，斷開(kāi)為,0),存放于輸入,映象寄存器,

13、中，在執(zhí)行程序過(guò)程中把每次運(yùn)行結(jié)果的狀態(tài)存放于輸出映象寄存器中。,圖,1,為,可編程控制器的工作原理,圖,原理流程圖,循環(huán)掃描,PC,采用循環(huán)掃描工作方式，這個(gè)工作過(guò)程一般包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，其工作過(guò)程如圖,1,所示。,當(dāng),PC,方式開(kāi)關(guān)置于,RUN,（,運(yùn)行）時(shí)，執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式開(kāi)關(guān)置于,STOP,（,停止）時(shí)，不執(zhí)行后,3,個(gè)階段，此時(shí)可進(jìn)行通信處理，如對(duì),PC,聯(lián)機(jī)或離線編程。,PC,執(zhí)行的五個(gè)階段，稱為一個(gè)掃描周期，,PC,完成一個(gè)周期后，又重新執(zhí)行上述過(guò)程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。,圖,1,PC,執(zhí)行程序是以循環(huán)掃描方式進(jìn)行

14、的。每一掃描過(guò)程主要分為三個(gè)階段：,輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段,。,1.,輸入采樣階段,在每一個(gè)掃描周期開(kāi)始時(shí)，,PC,順序讀取全部輸入端信號(hào)，把輸入端的通斷狀態(tài)存放于輸入映象寄存器中。,2.,程序執(zhí)行階段,PC,按梯形圖從左向右、從上向下逐條對(duì)指令進(jìn)行掃描，并從輸入映象寄存器和內(nèi)部元件讀入其狀態(tài)，進(jìn)行邏輯運(yùn)算。運(yùn)算的結(jié)果送人輸出映象寄存器中。每個(gè)輸出映象寄存器的內(nèi)容將隨著程序掃描過(guò)程而作相應(yīng)變化。但在此階段中，如輸入端子狀態(tài)發(fā)生改變，輸入映象寄存器的狀態(tài)也不會(huì)改變,(,它的新?tīng)顟B(tài)會(huì)在下一次掃描中才被讀入,),。,執(zhí)行階段圖,當(dāng)?shù)诙A段完成之后，輸出映象寄存器中各輸出點(diǎn)的通斷狀態(tài)

15、將通過(guò)輸出部分送到輸出鎖存器，去驅(qū)動(dòng)輸出繼電器線圈，執(zhí)行相應(yīng)的輸出動(dòng)作。,3.,輸出刷新階段,完成上述過(guò)程所需的時(shí)間稱為,PC,的掃描周期。,PC,在完成一個(gè)掃描周期后，又返回去進(jìn)行下一個(gè)掃描，讀入下一周期的輸入點(diǎn)狀態(tài)，再進(jìn)行運(yùn)算、輸出。,PC,掃描周期的長(zhǎng)短，取決于,PC,執(zhí)行一個(gè)指令所需的時(shí)間和有多少條指令。如果執(zhí)行每條指令所需的時(shí)間是,1us,，程序有,800,條指令，則這一掃描周期的時(shí)間就為,0.8ms,。,PC,控制與繼電器控制的區(qū)別,傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)，是由輸入設(shè)備,(,按鈕、開(kāi)關(guān)等,),、控制線路,(,由各類繼電器、接觸器、導(dǎo)線連接而成，執(zhí)行某種邏輯功能的線路和輸出設(shè)備,(,接觸器線圈、指示燈等,),三部分組成。這是一種由物理器件聯(lián)接而成的控制系統(tǒng)。,PC,的梯形圖雖與繼電器控制電路相類似，但其控制元器件和工作方式是不一樣的，主要區(qū)別有以下幾個(gè)方面。,元器件不同,2.,工作方式不同,3.,元件觸點(diǎn)數(shù)量不同,4.,控制電路實(shí)施方式不同,