PLC綜合應用技術

童克波項目1PLC概述任務2PLC的軟件構成學習任務1．了解PLC系統管理程序的功能。2．熟悉PLC的工作原理。相關知識1．PLC的軟件構成PLC的軟件既是PLC的系統程序，又稱系統監控程序，是由PLC制造者設計的，用于PLC的運行管理。系統監控程序分系統管理程序、用戶指令解釋程序和專用標準程序塊等。系統管理程序系統管理程序用于整個PLC的運行管理，管理程序又分為三部分：1）運行管理?？刂瓶删幊炭刂破骱螘r輸入、何時輸出、何時運算、何時自檢、何時通訊等等，進行時間上的分配管理。2）進行存貯空間的管理。即生成用戶環境，由它規定各種參數、程序的存放地址，將用戶使用的數據參數存貯地址轉化為實際的數據格式及物理存放地址。它將有限的資源變為用戶可直接使用的元件。例如，它將有限個數的CTC擴展為幾十至上百個用戶時鐘和計數器。通過這部分程序，用戶看到的就不是實際機器存貯地址和PIO、CTC的地址了，而是按照用戶數據結構排列的元件空間和程序存貯空間了。3）系統自檢程序。它包括各種系統出錯檢驗、用戶程序語法檢驗、句法檢驗、警戒時鐘運行等。用戶指令解釋程序系統監控程序的第二部分為用戶指令解釋程序。任何計算機最終都是根據機器語言來執行的，而機器語言的編制又是很麻煩的。為此，在可編程控制器中采用梯形圖編程，將人們易懂的梯形圖程序變為機器能懂的機器語言程序，即將梯形圖程序逐條翻譯成相應的一串機器碼，這就是解釋程序的任務。事實上，為了節省內存，提高解釋速度，用戶程序是以內碼的形式存貯在可編程控制器中的。用戶程序變為內碼形式的這一步是由編輯程序實現的，它可以插入、刪除、檢查、查錯用戶程序，方便程序的調試。標準程序模塊和系統調用系統監控程序的第三部分就是標準程序模塊和系統調用，這部分是由許多獨立的程序塊組成的，各自能完成不同的功能，有些完成輸入、輸出，有些完成特殊運算等?？删幊炭刂破鞯母鞣N具體工作都是由這部分程序來完成的，這部分程序的多少，就決定了可編程控制器性能的強弱。整個系統監控程序是一個整體，它質量的好壞很大程度上影響了可編程控制器的性能。因為通過改進系統監控程序就可在不增加任何硬件設備的條件下大大改善可編程控制器的性能，所以國外可編程控制器廠家對監控程序的設計非常重視，實際售出的產品中，其監控程序一直在不斷地完善。相關知識2．可編程控制器用戶程序用戶程序是用戶根據控制要求，用PLC的軟元件和編程語言（如梯形圖、指令表、高級語言、匯編語言等）編制的應用程序，其助記符形式隨可編程控制器型號的不同而略有不同。用戶通過編程器或PC機寫入到PLC的RAM內存中，可以修改和更新。當PLC斷電時被鋰電池保持。用戶程序是線性地存貯在監控程序指定的存貯區間內，它的最大容量也是由監控程序確定的。。相關知識梯形圖語言

梯形圖語言形象直觀，類似電氣控制系統中繼電器控制電路圖。邏輯關系明顯，電氣技術人員容易接受。是目前使用最廣泛的編程語言。

1）梯形圖程序簡介①梯形圖程序按行從上至下，每一行從左到右順序編寫。PLC程序執行順序與梯形圖的編寫一致，如圖1-6所示。圖1-6梯形圖與助記符（指令表）(a)梯形圖(b)助記符（指令表）語言相關知識梯形圖語言

②梯形圖左邊垂直線稱左母線，右邊垂直線稱為右母線。右母線可以不畫出來。左母線右側放置輸入接點和內部繼電器觸點。梯形圖觸點有兩種，即常開觸點和常閉觸點。這些觸點可以是PLC的輸入觸點或內部繼電器觸點，也可以是內部寄存器、定時器/計數器的狀態。梯形圖的最右側必須放置輸出器件。PLC的輸出器件用圓圈表示，圓圈可以表示內部繼電器線圈，輸出繼電器線圈或定時/計數器的邏輯運算結果。輸出線圈直接與右母線相連，輸出線圈與右母線之間不能連有觸點。梯形圖程序中的觸點可以任意串、并聯，而輸出線圈只能并聯不能串聯。輸出線圈只能對應輸出映像區的相應位，而不能直接驅動現場設備。該位的狀態，只有在程序執行結束，在輸出刷新階段進行輸出。刷新后的輸出控制信號經I/O接口對應的輸出模塊驅動負載工作。⑥梯形圖中每個編程元件應按一定的規則加標字母數字串。相關知識

梯形圖與繼電器-接觸器控制的區別梯形圖語言形象直觀，類似電氣控制系統中繼電器控制電路圖。邏輯關系明顯，電氣技術人員容易接受。對于同一控制電路，繼電器控制原理圖和梯形圖的輸入、輸出信號、控制過程等效，如圖1-7所示即為繼電器控制線路和梯形圖。(a)繼電器電氣控制線路圖(b)梯形圖圖1-7電機正反轉電氣控制線路圖及梯形圖相關知識梯形圖與繼電器-接觸器控制的區別

但兩者有本質區別：繼電器控制原理圖使用的是硬件繼電器和定時器，靠硬件連接組成控制線路。同一元件的常開、常閉觸點動作具有同一性，沒有先后順序之分。而PLC的梯形圖使用的是內部繼電器、定時器/計數器等，靠軟件實現控制。同一元件常開、常閉觸點的動作有先后順序之分。因為PLC執行梯形圖時，是按指令的掃描順序執行的，故同一個元件的常開、常閉觸點動作有先后順序之分。相關知識助記符語言PLC的助記符語言是PLC的命令語句表達式，它與計算機匯編語言相類似。用戶可以直觀地根據梯形圖，寫出助記符語言程序，如圖1-6(b)所示為三菱PLC的助記符語言。并通過編程器（或計算機）傳送到PLC中去。不同廠家生產的PLC所使用的助記符有所不同。相關知識順序功能圖（狀態圖）語言順序功能圖（狀態圖）常用來編制順序控制類程序。它包括工步、動作、轉換驅動條件三要素。順序功能編程法可將一個復雜的控制過程分解為一些具體的工作狀態，把這些具體的功能分別處理后，再把這些具體的狀態依一定的順序控制要求，組合成整體的控制程序。順序功能圖體現了一種編程思想，在程序的編制中有很重要的意義。順序功能圖如圖1-8所示。圖1-8順序功能圖

相關知識

PLC運行程序的方式與微型計算機相比有較大的不同，微型計算機運行程序時，一旦執行到END指令，程序運行結束。而PLC從0000號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉的情況下，按存儲地址號遞增的方向順序逐條執行用戶程序，直到END指令結束。然后再從頭開始執行，并周而復始地重復，直到停機或從運行狀態（RUN）切換到停止狀態（STOP）時，程序才停止運行。我們把PLC這種執行程序的方式稱為掃描工作方式。每次從程序開始掃描到程序結束（END），就構成一個掃描周期。另外，PLC對輸入、輸出信號的處理與微型計算機不同。微型計算機對輸入、輸出信號實時處理，而PLC對輸入、輸出信號是集中批處理。PLC掃描周期主要分三個階段：輸入采樣、程序執行、輸出刷新。3．PLC的基本工作原理PLC的工作過程相關知識1）輸入采樣PLC在開始執行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序將所有輸入信號，讀入到寄存輸入狀態的輸入映像寄存器中，這個過程稱為輸入采樣。PLC在運行程序時，所需的輸入信號不是現時取輸入端子上的信息，而是取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內這個采樣結果的內容不會改變，只有到下一個掃描周期輸入采樣階段才被刷新。2）程序執行PLC完成了輸入采樣工作后，按順序從0000號地址開始的程序進行逐條掃描執行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數據進行運算處理。再將程序執行的結果寫入寄存執行結果的輸出映像寄存器中保存。但這個結果在全部程序未被執行完畢之前不會送到輸出端子上。相關知識3）輸出刷新在執行到END指令，即執行完用戶所有程序后，PLC將輸出映像寄存器中的內容送到輸出鎖存器中進行輸出，驅動用戶設備。PLC掃描過程示意圖如圖1-9所示。PLC工作過程除了包括上述三個主要階段外，還要完成內部處理、通信處理等工作。在內部處理階段，PLC檢查CPU模塊內部的硬件是否正常，將監控定時器復位，以及完成一些別的內部工作。圖1-9PLC掃描過程示意圖相關知識

輸入/輸出的滯后現象從微觀上來考察，由于PLC特定的掃描工作方式，程序在執行過程中所用的輸入信號是本周期內采樣階段的輸入信號。若在程序執行過程中，輸入信號發生變化，其輸出不能立即作出反應，只能等到下一個掃描周期開始時采樣該變化了的輸入信號。另外，程序執行過程中產生的輸出不是立即去驅動負載，而是將處理的結果存放在輸出映像寄存器中，等程序全部執行結束，才能將輸出映像寄存器的內容通過鎖存器輸出到端子上。因此，PLC最顯著的不足之處是輸入/輸出有響應滯后現象。但對于一般工業設備來說，其輸入為一般的開關量，其輸入信號的變化周期（秒級以上）大于程序的掃描周期（毫微秒級），因此，從宏觀上來考察，輸入信號一旦變化，就能立即進入輸入映像寄存器。也就是說，PLC的輸入/輸出滯后現象對一般工業設備來說是完全允許的。但對某些設備，如需要輸出對輸入作快速反映，這時可采用快速響應模塊、高速計數模塊以及中斷處理等措施來盡量減少滯后時間。相關知識從PLC的工作過程，可以總結如下幾個結論：1）以掃描的方式執行程序，其輸入/輸出信號間的邏輯關系，存在著原理上的滯后。掃描周期越長，滯后就越嚴重。2）掃描周期除了包括輸入采樣、程序執行、輸出刷新三個主要工作階段所占的時間外，還包括系統管理操作占用的時間。其中，程序執行的時間與程序的長短及指令操作的復雜程度有關，其他基本不變。掃描周期一般為毫微秒級。3）第N次掃描執行程序時，所依據的輸入數據是該次掃描周期中采樣階段的掃描值XN；所依據的輸出數據有上一次掃描的輸出值YN-—1，也有本次的輸出值YN送往輸出端子的信號，最終是本次執行全部