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| 三菱PLC教案与实验 课题 (3) |
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课题三:可编程控制器的基本工作原理
【教学目的】:1、理解可编程控制器的基本工作原理
2、PLC的基本指标及可编程控制器的分类
【教学重点】:理解可编程控制器的基本工作原理
【教学难点】:理解可编程控制器的基本工作原理
【课型】:新授课
【课时】:2课时
【讲授内容】
PLC的扫描工作方式
1、原因：
PLC在运行时需要处理许多操作；
PLC的CPU却不能同时执行多个操作，每一时刻只能执行一个操作。
2、解决方法：采用分时操作即扫描的工作方式
由于CPU的运算速度很高，从宏观上而言似乎所有的操作都是及时、迅速地完成的。
3、PLC的一个扫描过程包含五个阶段
1）内部处理：检查CPU等内部硬件是否正常，对监
视定时器复位，其它内部处理。
2）通信服务：与其它智能装置（编程器、计算机）通
信。如：响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。
3）输入采样
以扫描方式按顺序采样所有输入端的状
态，并存入输入映象寄存器中。（输入寄存器被刷新）。
4）程序执行
PLC梯形图程序扫描原则：先左后右、先上后下的步序，
逐句扫描。并将结果存入相应的寄存器。
5）输出刷新：输出状态寄存器（Y）中的内容转存到输出
锁存器输出，驱动外部负载。
扫描周期：整个过程扫描一次所需的时间。
扫描周期：与CPU时钟频率、指令类型（扫描速度）、程序长短有关。
扫描周期是PLC一个很重要的指标
一般小型PLC的扫描周期为十几毫秒到几十毫秒。
注：当PLC处于STOP状态时，只完成内部处理和通信服务工作。
当PLC处于RUN状态时，应完成全部五个阶段的工作。
PLC扫描工作方式的特点：
1、特点：集中采样、集中输出、循环扫描
集中采样：对输入状态的扫描只在输入采样阶段进行。即在程序执行阶段或输出阶段，即使输入端状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变，只有到下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入（响应滞后）。
2）集中输出：在一个扫描周期内，只有在输出处理阶段才将元件映象寄存器中的状态输出，在其它阶段，输出值一直保存在元件映象寄存器中。
注：在用户程序中，如果对输出多次赋值，则仅最后一次是有效的，即应避免双线圈输出。
2、优点：提高系统的抗干扰能力。
集中采样、集中输出的扫描工作方式使PLC在工作的大部分时间与外设隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性
3、缺点：响应滞后，降低系统的响应速度。
输入/输出滞后时间又称为系统响应时间。
1）输入模块滞后时间：输入模块RC滤波电路的时间常数，典型值为10ms左右。
2）输出模块滞后时间
继电器型输出：10ms左右；
晶闸管型输出：通电滞后时间约1ms，断电滞时的最大滞后时间10ms；
晶体管型输出：1ms以下。
3）扫描工作方式引起的滞后时间最长可达两个扫描周期。
PLC总的响应延迟时间一般为几十ms。
但由于PLC的扫描速度极快，故对一般工业控制而言，此响应上的滞后完全允许。
注：在中、大型PLC中所需处理的I/O点数较多，用户程序较长，还采用分时分批的扫描方式或中断等的工作方式，以缩短循环扫描的周期和提高实时控制。
三、PLC的基本指标：
（一）、输入输出点数
输入输出点数（I/O点数）：输入、输出接线端的个数。
OMRON公司生产的CPM1A型I/O比为3:2
三菱的FX2N系列为1:1
（二）、扫描速度
1、执行1000步指令所需的时间来衡量，单位为毫秒/千步。
2、执行一步指令时间计，单位为微秒/步。
（三）、存储器容量
PLC的存储容量一般指用户程序存储器的容量。
通常用“字”或“步”来描述。
OMRON的CPM1A型PLC的存储容量为2048字。
三菱的FX2N系列PLC的存储容量为8K步（可扩至16K步）。
（四）、编程语言
不同厂家生产PLC的编程语言是不同的。
PLC的编程语言：用梯形图（LAD）、指令表（STL）、顺序功能图（SFC）、状态转移图、逻辑功能图、高级语言。
梯形图以其直观、编程容易而成为主要编程语言，梯形图程序可直接输入PLC，无需写出指令表。
手持式编程器进行编程时，要输入指令表语句。
（五）、指令功能
可编程控制器的指令种类越多，则其软件的功能就越强，使用这些指令完成一定的控制目标的就越容易。
四、可编程控制器的类型
（一）、按I/O点数分
小型PLCI/O点数为256点以下的为小型PLC，（其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC）
中型PLCI/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC
大型PLCI/O点数为2048以上的为大型PLC，（其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）
（二）、按结构形式分
整体式PLC将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。
模块式PLC将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。
紧凑式PLC还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。
（三）、按功能分
低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。
中档PLC具有低档PLC功能外，增加模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能。
高档PLC具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能。
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