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可编程控制器原理与应用实验部分许少伦主要内容PLC简介1PLC软件介绍及使用2实验装置介绍3实验应用41.1PLC简介传统的继电接触控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中广泛应用。但这类控制装置体积大，耗电较多，功能少，特别是靠硬件连接构成系统，接线复杂，通用性和灵活性差。PLC是一种新型的电气控制装置，它将传统的继电控制技术和计算机控制技术融为一体，进入80年代，随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程控制器的功能已远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，它具有数据运算、传送与处理功能和可以进行模拟量控制、位置控制，特别是远程通讯功能的实现，易于实现柔性加工和制造系统，被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制。1.2PLC硬件系统结构CPU电源部件输入接口部件输出接口部件存储器1.3PLC各部分作用PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式，这个过程可分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段，整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。1.主机主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，一切逻辑运算及判断都是由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是我们常说的电脑芯片。内部存储器有两类：一类是系统程序存储器，另一类是用户程序及数据存储器。系统程序存储器：主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家固定，用户不能更改。用户程序及数据存储器：主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。2.输入/输出（I/O）接口输入接口用于接收输入设备（如：按钮、行程开关、传感器等）的控制信号。输出接口用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备（如:接触器、电磁阀、指示灯等）。1.3PLC各部分作用3.电源电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源。4.编程器编程器是PLC很重要的外部设备，它主要由键盘、显示器组成。编程器分简易型和智能型两类。小型PLC常用简易编程器，大、中型PLC多用智能编程器。编程器的作用是编制用户程序并送入PLC程序存储器。利用编程器可检查、修改、调试用户程序和在线监视PLC工作状况。现在许多PLC采用和计算机联接，并利用专用的工具软件进行编程和监控。1.4PLC的工作原理PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式，这个过程可分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段，整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。1、输入采样阶段PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态或输入数据，并将此状态存入输入状态寄存器，即输入刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。2、程序执行阶段PLC在执行阶段，按先左后右，先上后下的步序，执行程序指令。其过程如下：从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通/断状态，并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的状态寄存器中。3.输出刷新阶段在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通/断状态，在输出刷新阶段转存到输出寄存器，去控制各物理继电器的通/断，这才是PLC的实际输出。由PLC的工作过程可见，在PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会立即改变，要等到下一个周期输入处理阶段才能改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，等到一个循环周期结束，CPU集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的CPU输出。因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。1.5TWDLCAE40DRF本设备为一体型40I/O控制器，主要配置如下：具有24个数字量输入（24VDC），14个继电器（2A）和2个晶体管（1A）输出具有2个模拟电位器输入具有1个集成的串行口具有一个支持附加串行口的插槽内置RTC具有一个用户可更换电池的电池盒最多连接7个扩展I/O模块最多连接2个AS-InterfaceV2总线接口模块可连接1个CANopen现场总线接口模块连接一个可选内存插卡(32KB或64KB)可连接一个可选的操作器显示模块本实验采用TwidoPLC，型号为TWDLCAE40DRF，采用电源：24VDC，100…240VAC，通讯协议：Modbus，CANopen，Ethernet（两种40点一体型本体内置）。2.TwidoSoftTwidoSoft是一个为Twido可编程控制器建立、配置和维护应用程序的图形化开发环境。TwidoSoft是一款32位的基于Windows的程序，可在操作系统是MicrosoftWindows98第二版和MicrosoftWindows2000Professional的个人计算机运行。TwidoSoft1.13或更高版本也可以在MicrosoftWindowsXP上运行。本实验所使用的软件版本是TwidoSoftV3.2。2.1主窗口TwidoSoft主窗口为菜单和命令、窗口和工具栏以及应用程序的查看提供了轻松的访问方法。2.2应用程序浏览器2.3状态条2.4首选项2.5梯形图浏览器窗口梯形图编辑器窗口指令表梯级编辑器窗口指令表梯级编辑器是一个可以从梯形图浏览器中打开的二级程序编辑器，用于编辑无法转化为梯形图语言的梯级。此对话框包含两个部分：*上部分区域包含了不能转化为梯形图语言的指令表程序段。*下部分区域包含了程序错误和可逆性警告。指令表编辑器此指令表编辑器是一个简单的创建和修改指令列表程序的行编辑器。配置编辑器使用配置编辑器对软件资源和一些硬件资源(见配置编辑器工具栏以确定哪些资源能被配置)进行浏览和配置。变量符号编辑器使用变量符号编辑器创建和管理程序中使用的变量符号。变量符号编辑器在在线和离线模式都可以被使用，但在监测模式下不可用。变量符号表包含符号，注释和地址栏，以电子表格的形式进行组织，每行定义一个变量符号。对象浏览器此对象浏览器对话框是在使用变量符号编辑器时用来插入或编辑变量符号。程序错误、交叉引用浏览器此程序错误浏览器窗口在分析程序时显示程序错误和警告，分析程序可以通过选择主菜单的程序→分析程序实现从主菜单。此交叉引用浏览器显示操作数，变量符号，行或梯级数和操作符列表。在应用程序的修改和调试中便于找到相应的项。动态数据表编辑器使用动态数据表编辑器查看变量值，当PC连接到处于运行或停止状态的控制器时。动态数据表用于在线调试和调整程序。程序运行时，查看变量的变化以比较实际值和期望值。存储器编辑器：显示页利用存储器编辑器可浏览和最优化PLC的存储器资源。它分为两个页面：显示页，编辑页此查看页包括所有和PLC存储器使用相关的信息。存储器编辑器：编辑页编辑页列出了应用程序使用和可用的数据对象的列表。所有经配置和使用的数据对象都占用存储空间。因此，配置应用程序实际需要的数据对象的数量就有可能使PLC的存储器需求最优化。主要概念应用程序浏览器使用应用程序浏览器查看、配置、编制和维护应用程序。同样的命令也可以方便地从菜单中获得。可用图形化的方式来配置控制器，扩展I/O和选件。存储器分配通过状态栏中的存储器使用状态（在存储器编辑器中也可见）来查看程序已使用存储器的百分比。当可用存储器低到一定程度时，会发出警告在线和离线操作离线操作中，TwidoSoft未与控制器相连，所以只能改变PC存储器中的应用程序。使用离线操作来创建和配置应用程序。在线操作中，TwidoSoft直接与控制器相连，所以能改变控制器存储器中的应用程序。使用在线操作来运行控制器和调试修改应用程序。应用程序保护应用程序可以被保护，以防止未授权的查看，修改和复制。工作模式TwidoSoft操作可以是在线或离线，这取决于PC和控制器的连接情况。1、在线操作时，PC连接到控制器上。2、离线操作时，PC和控制器断开。使用离线操作开发应用程序。PC和控制器断开。只对PC存储器中的应用程序作出修改。修改后，应用程序必须从PC存储器传输到控制器存储器并在控制器上运行。使用在线模式调试和修改应用程序。PC与控制器相连。PC存储器中的应用程序等同于控制器存储器中的应用程序。修改会直接传到控制器的存储器中。工作状态工作状态指示TwidoSoft的离线或在线状态，并指定允许的操作。有四种工作状态：1、初始2、离线3、在线4、监测当前的工作状态显示在状态栏的最右端。连接PC到Twido控制器连接PC到Twido控制器需要通讯电缆。可以用以下任意一种方式来连接：1、使用特殊的多功能电缆将PC的COM或USB串行口与控制器的端口1相连：*TSXPCX1031(2.5m)电缆实现在RS-485和RS-232间的信号转换，*TSXPCX3030(2.5m)电缆实现在RS-485和USB间的信号转换。2、使用电话线连接两个调制解调器，一个调制解调器接到控制器的端口1，另一个接到PC的COM串口(或是内置调制解调器)。3、如果使用支持以太网的模块(比如TWDLCAE40DRF)，你可以用SFTPCat5RJ45以太网电缆把PC和控制器RJ-45连接到集线器或交换机上(hub/switch)。所有Twido控制器的端口1都是内置的RS-485端口，必须使用此端口与TwidoSoft编程软件进行通讯。当把通讯电缆连至端口1时，自动进入与TwidoSoft通讯需要的通讯协议的工作模式。TSXPCX1031和TSXPCX3030编程电缆配有四位旋转开关以用于不同模式。将开关置于位置2即为TwidoSoft软件编程模式。TSXPCX1031或TSXPCX3030通讯电缆电话线连接通过以太网连接编程和配置TwidoSoft可使用梯形图、列表和Grafcet编程语言对Twido可编程控制器进行编程。你可以选择指令表或梯形图方法来编程，选择哪一种方法是个人喜好问题，并不影响应用程序的结果。1、梯形图语言同时包含图形和文本。2、指令表语言是一种基于文本的指令集。无论使用指令表语言还是梯形图语言，依照逻辑顺序编写程序以便控制机器或进程。可以自动转换或逆转梯形图指令成为指令表指令。如果程序结构和指令与转换规则吻合，也可将指令表指令转换为梯形图指令。无论使用哪种语言，都可以对程序作注释。梯形图语言由梯形图语言编写的程序包含相连的图形元件组成的网络，这些元件组织成为梯级并由控制器顺序执行。梯形图是梯形图程序的图形化表示，类似于继电器逻辑图。每个梯级包含一个相连的图形化元件网络，组织在以左右两条母线栏开始和结束的可编程网格中。图形化元件代表：1、控制器输入和输出，如传感器，按钮，和继电器。2、算术，逻辑，比较和数字操作。3、预定义系统功能，如定时器和计数器。4、控制器内部变量，如位和字。每个梯级包含：1、梯级头表示梯级的目的。2、编程网格单元最多包含七行十一列。每个单元一行高一行宽。图形元件插入到由水平和垂直连接线构成的网格中。编程网格梯形图编程网格分为两个区：1、测试区包括动作发生所必须具备的条件。包括列1-10，由触点，功能模块，和比较模块组成。2、动作区包括测试区相关测试条件所引起的输出或操作。由列9-11组成并包括线圈和操作模块。梯形图图形单元触点图形单元用于测试区编程且占据一个单元（一行一列）。图形连接单元用于连接测试和动作图形单元。梯形图图形单元线圈单元用于动作区编程且占据一个单元（一行一列）。梯形图图形单元功能模块的图形单元在测试区被调用，需要四行两列单元（除了超高速计数器需要五行两列）。比较模块在测试区被调用，操作模块在动作区被调用。梯形图编程原则1、PLC编程元件的触点在编程过程中可以无限次使用，每个继电器的线圈在梯形图中可以有多重涉及，但只有最后的结果才能更新硬件的输出。2、梯形图的每一逻辑行皆起始于左母线，终止于右母线。线圈总是处于最右边，且不能直接与左边母线相连。3、编制梯形图时，应尽量做到“上重下轻、左重右轻”。4、两个或两个以上的线圈可以并联，但不可以串联。5、同一梯级头中只