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1、第16章可编程控制器16.1PLC概述及其工作原理16.2PLC的指令系统和编程元件16.3梯形图的时序设计方法返回１６.１PLC概述及其工作原理１６.１.１PLC的硬件结构PLC的型号众多,功能和指令集也不尽相同.但是,它们的硬件结构和工作原理都是基本相似的.PLC控制系统与一般的计算机控制系统一样,也是由硬件和软件两大部分构成.其中硬件包括中央处理器CPU、存储器、输入/输出单元、电源、编程器等部分组成.中央处理器CPU、存储器、输入/输出单元为PLC的基本组成部分.可选部件由编程器、外存储器、模拟数字I/O接口、通信接口、扩展接口、测试设备等组成.软件
2、指管理PLC的系统软件、用户编写的PLC应用程序、编程语言和编程支持工具等.其硬件结构如图１６-１所示.下一页返回１６.１PLC概述及其工作原理１．CPU模块CPU模块是可编程控制器的核心,它相当于一般计算机系统的主板,它由中央处理器CPU芯片、存储器、通信接口、系统总线等构成.１)CPU芯片CPU芯片是PLC的控制中枢,它由逻辑控制器和逻辑运算器构成.其中逻辑控制器是用来统一指挥和控制PLC工作的部件.运算器则是进行逻辑、算术等运算的部件.CPU的具体作用如下:(１)执行接收、存储用户程序的操作指令.(２)以扫描方式接收来自输入单元的数据和状态信息,并存入
3、相应的数据存储区.(３)执行监控程序和用户程序.完成数据和信息的处理,产生相应的内部控制信号,完成用户指令规定的各种操作.上一页下一页返回１６.１PLC概述及其工作原理(４)诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误.(５)响应外部设备(如编程器、打印机)的请求并将运算结果送到输出端口,去驱动各种外围设备的运行.各公司的可编程控制器采用的CPU芯片的类型不同.大部分采用８位或１６位CPU.典型CPU如:通用处理器:如Intel８０８６、８０１８６及Pentium系列芯片.单片微处理器:如IntelMCS－９６系列、MotorolaMC６８B０９
4、系列等.位片式微处理器:如AMD２９００系列.上一页下一页返回１６.１PLC概述及其工作原理对大型PLC,一些厂家采用了冗余技术,即采用双CPU或三CPU工作,进一步提高了系统的可靠性.２)存储器PLC的存储器主要分为系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器,用于存放系统程序、用户程序和数据等.(１)系统程序存储器PLC系统程序决定了PLC的基本功能,该部分程序由PLC制造厂家编写并固化在系统程序存储器中,主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等部分.系统管理程序主要控制PLC的运行,使PLC按正确的次序工作;用户指令解释程序将PLC
5、的用户指令转换为机器语言指令,传输到CPU内执行;功能程序与系统程序调用则负责调用不同的功能子程序及其管理程序.上一页下一页返回１６.１PLC概述及其工作原理系统程序属于需长期保存的重要数据,所以其存储器采用ROM或EPROM.ROM是只读存储器,该存储器只能读出内容,不能写入内容,ROM具有非易失性,即电源断开后仍能保存已存储的内容.EPROM为电可擦除只读存储器,须用紫外线照射芯片上的透镜窗口才能擦除已写入内容.此外,系统程序存储器比较常用电可擦除可编程只读存储器E２PROM.(２)用户程序存储器用户程序存储器用于存放用户所编写的PLC应用程序,载入初期
6、的用户程序因需修改与调试,所以称为用户调试程序,存放在可以随机读写操作的随机存取存储器RAM内以方便用户修改与调试.上一页下一页返回１６.１PLC概述及其工作原理通过修改与调试后的程序称为用户执行程序,由于不需要再作修改与调试,所以用户执行程序就被固化到EPROM内长期使用.(３)数据存储器PLC运行过程中需生成或调用中间结果数据(如输入/输出元件的状态数据、定时器、计数器的预置值和当前值等)和组态数据(如输入/输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等),这类数据存放在工作
7、数据存储器中,由于工作数据与组态数据不断变化,且不需要长期保存,所以采用随机存取存储器RAM.RAM是一种高密度、低功耗的半导体存储器,可用锂电池作为备用电源,一旦断电就可通过锂电池供电,保持RAM中的内容.上一页下一页返回１６.１PLC概述及其工作原理２.输入/输出(I/O)模块输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块,是PLC与工业生产现场之间的连接部件.PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据,以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据;同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象,以实现控制目的.I/O模块直接与系统现场设备相连,I/
8、O模块上各I/O点通断状态用发光二极管显示,外部接线
