PLC原理及应用(讲义)上(5)

2019-06-02 17:00

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它的输出还受用户程序的控制。

7.中断控制模块

它适用于要求快速响应的控制系统,接收到中断信号后,暂停正在运行的PLC用户程序,运行相应的中断子程序,执行完后再返回来继续运行用户程序。

8.PID调节模块

过程控制常采用PID控制方式,PID调节模块是一种智能模块,它可脱离PLC独立执行PID调节功能,实际上可看成1台或多台PID调节器,P、I、D参数可调。

通常的输入信号种类是:①直流电压(0-10v / 1-5v)、②直流电流(0-10mA / 4-20mA)、③热电偶 / 热电阻、④脉冲 / 频率以及有控制作用的开关量I/O。

9.位置控制模块

位置控制模块是用来控制物体的位置、速度、加速度的智能模块,可以控制直线运动(单轴)、平面运动(双轴)、甚至更复杂的运动(多轴)。

位置控制一般采用闭环控制,常用的驱动装置是伺服电机或步进电机、模块从参数传感器得到当前物体所处的位置,速度/加速度,并与设定值进行比较,比较的结果再用来控制驱动装置,使物体快进、慢进、快退,慢退、加速、减速、停止等,实现定位控制。

10.轴向定位模块

轴向定位模块是一种能准确地检测出高速旋转转轴的角度位置,并根据不同的角度位置控制开关ON/OFF(可以多个开关)。

例如:美国三菱公司的F2-32RM型凸轮控制器,它可准确检测出720度/转角位置信号,同时控制32个开关ON/OFF。允许最高转速是:1°方式时为830rpm,0.5°方式时为415 rpm。

它实质上很象一种机械凸轮:共有32个凸轮盘,每轮可多至360齿。 11.通信模块

通信模块大多是带CPU的智能模块,用来实现PLC与上位机、下位机或同级的其它智能控制设备通信,常用通信接口标准有RS-232C 、RS422、RS-485、ProfiBus、以太网等几种。

四. 编程工具

编程工具是一种人机对话设备,用户用它来输入、检查、修改、调试PLC的用户程序,它还可用来监视PLC的运行情况。

PLC投入正常运行后,通常不要编程工具一起投入运行,因此,编程器都是独

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立设计的,而且是专用的,PLC生产厂家提供的专用编程器只能用在自己厂生产的某些型号的PLC。专用编程器分为简易编程器和图形编程器。

1.简易编程器

它类似于计算器,上面有命令键、数字键、功能键及LED显示器 / LCD显示屏。使用时可直接插在PLC的编程器插座上,也可用电缆与PLC相连。调试完毕后,或取下或将它安在PLC上一起投入运行。用简易的编程器输入程序时,先将梯形图程序转换为指令表程序,再用键盘将指令程序打入PLC。

2.图形编程器

常用的图形编程器是液晶显示图形编程器(手持式的),它有一个大型的点阵式液晶显示屏。除具有简易型的功能外,还具有可以直接打入和编辑梯形图程序,使用起来更方便,直观。但它的价格较高,操作也较复杂。也有用CRT作显示器的台式图形编程器,它实质是一台专用计算机,它的功能更强,使用更方便,但价格也十分昂贵。

3.用专用编程软件在个人计算机(PC)上实现编程功能

随着PC的日益普及,最新发展趋势是使用专用的编程软件,在通用的PC上实现图形编程器的功能。这一编程方法的最大特点是:充分利用PC机的软、硬件资源(如:硬盘、打印及各种功能软件),大大降低了编程器的成本,同时也大大增强了编程器的功能,使用十分方便。一般的PC添置一套专用的“编程软件”后就可进行编制、修改PLC的梯形图程序,存贮、打印程序文件(清单),与PLC联机调试及系统仿真等。并且用户程序可在PC、PLC之间互传。具有以上功能后,PLC的程序(特别是大型程序)编程、调试就显得十分方便和轻松。

五. 电源

电源是PLC最重要的部分之一,是正常工作的首要条件。当电网有强烈波动遭强干扰时,输出电压要保持平稳。因此在PLC的电源中要加入许多稳压抗扰措施,如浪涌吸收器、隔离变压器、开关电源技术等。

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第三节. PLC的工作原理

与其它计算机系统一样,PLC的CPU以分时操作方式处理各项任务,程序要按指令逐条执行,PLC的输入、输出就有时差。整个PLC的程序执行时问有多长?输入 / 输出的响应时间有多大?我们要很好地应用PLC,就必须对这些有清楚的认识。

一. PLC的工作过程

PLC是采用循环扫描方式工作的,图2-6为一般PLC的工作流程框图: 其循环过程为: ①内部处理

③输入刷新 ⑤输出刷新。

1.内部处理:

CPU对PLC内部的硬件作故障检查,复位WDT等。 2.通信服务:

与外围设备、编程器、网络设备等进行通信。 3.输入刷新:

图2-6 PLC工作流程图

②通迅服务 ④执行用户程序

内部处理 通迅服务 RUN? Y N 输入刷新 执行用户程序 输出刷新 将接在输入端子上传感器、开关、按钮等输入元件状态读入,并保存在“输入状态表” (I/O映像存储器)中,给本扫描周期用户程序运行时提供最新的输入信号。

4.执行用户程序:

CPU逐条解释并执行用户程序。根据I/O状态表(属数据表状态存储器)中ON / OFF信息,按用户程序给定的逻辑关系运算,将运算结果写入I/O状态表。

注意:“I/O状态表”这个概念,用户程序中的部分输入、输出“元件”是它,但它当前的状态值和与它对应I/O端子上的元件之状态不一定相同。(这点在学过I/O响应时间之后就明白了)。

5.输出刷新

将“输出状态表” (I/O映像存储器)中的内容输出到接口电路,以驱动输出端子上的输出元件,实现控制。“输出状态表”中的内容是本次扫描周期用户程序运行的结果。

现举例说明如下。若程序经前一扫描周期的运行的I/O点状态被刷新成如图2-7中所示。

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× X00 输入端子I/O状态表 点 状态 X00 0 用户程序 Y01 X00 Y01 LD Y01 OUT Y00 LD X00 OUT Y00 LD Y01 OUT Y02 HL Y00 Y01 02 KA1 KA2 Y输出端子……Y00 0 Y01 0 Y02 0 I/O刷新 程序执行

Y00 Y01 Y02 输入信号X00点的状态在后续的5个扫描周期中分别被刷新为1,1,0,0,0,试分析输出点Y00—Y02的输出状况情况:

分析:已知,第0扫描周期中:I/O点状态被刷新为 X00(0)—0

Y00(0)—0

Y01(0)—0

Y02(0)—0

在每一扫描周期内,用户程序是按梯形图,从头开始由左→右,由上→下,逐条执行,直至程序结束。根据梯形图逻辑 每个周期程序执行的结果是:

Y00(N)=Y01(N-1) 已知: X00(0)=1

Y01(N)=X00(N) X00(1)=1

X00(3)、(4)、(5)=0 所以:第一周期的结果是

Y00(1)—0 Y01(1)—1 Y02(1)—1 ( Y00(1)=Y01(0)=0; Y01(1)=X00(1)=1; Y02(1)=Y01(1)=1) 同理可得:第2--5周期的输出结果是:

Y00(2)=1 Y00(3)=1 Y00(4)=0 Y00(5)=0

Y01(2)=1 Y01(3)=0 Y01(4)=0 Y01(5)=0

Y02(2)=1 Y02(3)=0 Y02(4)=0 Y02(5)=0

用状态表列出(见表2-1)。

二. 扫描周期的计算方法

扫描周期的长短,对PLC系统的性能有一定的影响,例如较长的扫描时间对I/O响应时间,对系统运行的精确性均会产生不利的影响。见表2-2。

…… 图2-7 扫描过程示意图

表2-1 状态表

I/O 周期号 0 1 2 3 4 5 Y02(N)=Y01(N) X00(2)=1

X00 0 1 1 0 0 0 Y00 0 0 1 1 0 0 Y01 0 1 1 0 0 0 Y02 0 1 1 0 0 0

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表2-2 PLC扫描时间对内部功能的影响 扫描时间ms >10 >100 >200 >6500 产生的不利影响 内部0.01s时钟脉冲不起作用 内部0.1s时钟脉冲不起作用 内部0.2s时钟脉冲不起作用 超过WDT定时值,迫使CPU停机 扫描周期(T)的计算公式是:

扫描周期(T)= 内部处理时间 + 通信服务时间 + 输入刷新时间

+ 用户程序时间 + 输出刷新时间

其中:

错误!未找到引用源。内部处理时间:是固定的(例OMRON C200H为2.6ms) 错误!未找到引用源。通信服务时间:若系统安装了外设、网络通信等模块,则有固定的时间(例OMRON C200H为0.8ms(max) 、8ms(max)),否则为0。 错误!未找到引用源。输入刷新时间:将接在输入端子上元件的状态读入,并保存在“输入状态表” (I/O映像存储器)中所耗费的时间。(例OMRON C200H输入0.07ms/8点,三菱FX2N输入50μs/8点)。

错误!未找到引用源。用户程序执行时间:取决于程序的长度和指令的种类,一般PLC均提供各指令的执行时间表。(例OMRON C200H LD、OUT指令,其执行时间分别为0.75、1.13μs;三菱FX2N基本指令0.08μs/条,应用指令1.52 ~ 数100μs/条)

错误!未找到引用源。输出刷新时间:将“输出状态表” (I/O映像存储器)中的内容输出到接口电路中所耗费的时间。(例OMRON C200H输出0.04ms/8点)

[例1]. C200H PLC配置:4个8点输入模块+2个16点输入模块O、 5个8点输出模块+2个16点输出模块、

程序5K个地址(且仅使用LD、OUT指令,其执行时间分别为0.75、1.13μs)

解:当编程器要在上面运行时:

T = 2.6+0.8 + (0.75+1.13) / 2 × 5.120 + 0.07 × 8 + 0.04× 9 = 9.1 ms 没有外设:T = 2.6 + (0.75+1.13) / 2×5.120 + 0.07× 8 + 0.04×9 = 8.3ms

三. 系统响应时间

PLC系统的响应时间是指输入信号有效后,到输出元件动作所需要的时间。所以系统响应时间的长短与系统的扫描周期、输入响应时间、输出响应时间有关。

例如图2-8,如当SB接通有效后,直到与Y00对应的输出元件有效输出的时


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