1、可编程控制器应用技术,三菱FX2N系列PLC教学课件,模块一：PLC的结构与工作原理 项目11 FX2N系列可编程控制器软硬件介绍 项目1-2 PLC工作方式的研究 项目1-3 编程软件的使用,学习目标,PLC的扫描工作方式 PLC输入输出响应的滞后 PLC程序输出执行过程的分析 程序动态时序图绘制,一、情景模拟,如图1-1-1所示的小车自动往返控制系统，其控制的梯形图如图1-1-18所示，若将其设计如1-2-1所示的梯形图，试分析并验证其能否完成以下的控制要求。,图1-2-1 小车控制梯形图,【引导问题】,可编程控制器是一种工业控制计算机，故它的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，即是在
2、系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。但是个人计算机与PLC的工作方式有所不同，计算机一般采用等待命令的工作方式。如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，当键盘有键按下或I/O有信号输入时则中断转入相应的子程序。而PLC在装入了专用程序后成为一种专用机，它采用循环扫描工作方式，程序的执行是按程序顺序依次完成相应各输出机构的动作。由于PLC运算速度很高，各输入输出的动作看似在同时完成，而实际输入/输出的响应是有所滞后的。下面将举例来说明PLC工作方式及程序的执 行过程。,二、知识准备,PLC的工作过程采用串行扫描的工作方式，其工作过程分三个阶段进行。1、输入采样阶段(集中输入）在程序执行
3、之前，将所有输入信号的状态（ON/OFF）写入到输入映像寄存器中。2、程序执行阶段PLC在程序执行阶段，总是按先左后右，先上后下的顺序对每条指令进行扫描。每执行一条指令时，所需要的输入状态或其他元件的状态，分别从输入映像寄存器或元件映像寄存器中读取，而将执行结果写入到元件映像寄存器中。,补充：PLC的逻辑运算,补充1、PLC的编程元件的“1”、“0”状态的含义： （1） PLC的编程元件：和继电接触器的元件类似，也有常开、常闭触点和线圈。 编程元件实质上是PLC内的相应的存储单元。 （2）编程时使用常开、常闭触点的含义：使用常开触点，实质上只是读取该元件的状态（0或1）；使用常闭触点，实质上是
4、读取该元件的状态再取反。 （3）PLC编程元件的常开、常闭触点可以无限次地使用：因为对于存储单元,可以无限次地访问。,。,（4）PLC编程元件的状态的决定因素，分三种: 输入继电器的状态:完全取决于相应输入端子上所接的外部信号，外部信号接通，则为“1”状态；外部信号断开，为“0”状态。 其他编程元件（特殊继电器除外）的状态:由程序决定，逻辑运算结果为“1”，相应编程元件为“1”状态，实质是所指定的PLC内的存储单元置“1”；逻辑运算结果为“0”，相应编程元件为“0”状态，实质是所指定的PLC内的存储单元置“0”。 特殊继电器的状态：由系统程序及相关的条件决定,。,补充：PLC的逻辑运算,补充：
5、PLC的逻辑运算,补充2、PLC实现逻辑运算的方法：“与”运算：用触点 “串联”；“或”运算：用触点的“并联”；“非”运算：用常闭触点或“取反”； 复杂的逻辑运算：用多个触点的串、并联。,图3-3 基本逻辑运算,3、 输出刷新阶段（集中输出）当整个程序执行完以后，将输出元件映像寄存器中元件的ON/OFF状态传送到输出锁存电路，再驱动输出线圈，这才是PLC的实际输出。PLC反复执行上述三个阶段。因为计算机每一瞬间只能做一件事，因此工作的次序是输入第一步运算第二步运算最后一步运算输出。这种工作方式成为扫描工作方式。每重复一次的时间就是程序的一个扫描周期。,PLC执行程序的过程,图 PLC执行程序的
6、过程,【举例分析】,以图1-2-2为例，分析程序执行过程的三个周期中，各个阶段输入映像寄存器、输出映像寄存器及输出端的状态（接通为ON，断开为OFF）。,图 1-2-2 程序执行过程分析用梯形图,设X000在程序执行的第一周期接通（已过输入采样阶段），根据程序执行三个阶段的作用，可知X000映像寄存器，Y002、Y000、Y001映像寄存器及输出端的状态，如表1-2-1所示。,表1-2-1 各寄存器状态表,设X000在程序执行的第一周期接通（已过输入采样阶段），根据程序执行三个阶段的作用，可知X000映像寄存器，Y002、Y000、Y001映像寄存器及输出端的状态，如表1-2-1所示。,表1-
7、2-1 各寄存器状态表,设X000在程序执行的第一周期接通（已过输入采样阶段），根据程序执行三个阶段的作用，可知X000映像寄存器，Y002、Y000、Y001映像寄存器及输出端的状态，如表1-2-1所示。,表1-2-1 各寄存器状态表,（1）分析三个扫描周期,1）第一周期输入采样阶段 X000尚未接通，因此写入X000映像寄存器的状态为OFF。程序执行阶段 程序按顺序执行，读出Y000-1为OFF，因此Y002为OFF，其结果写入Y002映像寄存器；读出Y000-2为OFF，因此Y001为OFF，其结果写入Y001映像寄存器。输出刷新阶段 程序执行完毕，Y000、Y001和Y002映像寄存器
8、的状态均为OFF，传送到输出锁存电路，使Y000、Y001和Y002输出为OFF。,2）第二周期输出采样阶段 将X000的ON状态写入X000映像寄存器。程序执行阶段 程序按顺序执行，读出Y000-1为OFF，因此Y002为OFF，其结果写入Y002映像寄存器；读出Y000-2为ON，因此Y001为ON，其结果写入Y001映像寄存器。输出刷新阶段 程序执行完毕，Y000和Y001映像寄存器的状态为ON，Y002映像寄存器状态为OFF，其结果传送到输出锁存电路，使Y000和Y001输出ON，Y002输出为OFF。,3）第三周期 输出采样阶段 将X000的ON状态重新写入X000的映像寄存器。 程
9、序执行阶段 程序按顺序执行，读出Y000-1为ON，因此Y002为ON，其结果写入Y002映像寄存器；读出X000为ON，因此Y000为ON，其结果写入Y000映像寄存器；读出Y000-2为ON，因此Y001为ON，其结果写入Y001映像寄存器。 输出刷新阶段 程序执行完毕，Y000、Y001和Y002映像寄存器的状态均为ON，其结果传送到输出锁存电路，使Y000、Y001和Y002输出为ON。,（2）画出程序执行过程中各元件状态时序图。根据以上分析，作出程序执行过程中各元件状态时序图，如图1-2-3所示。,图 1-2-3 程序执行过程各元件状态时序图,（3）分析输出响应的滞后现象由图1-2-
10、3可见，虽然X000在第一周期程序执行开始为ON，但X000的ON状态真正是第二周期输入采样阶段读入的，因此Y00和Y001的输出，是在第二周期程序执行完毕输出刷新阶段为ON；而Y000-1为ON的状态是在第三周期程序执行阶段读取，所以Y002的输出是在第三周期程序执行完毕输出刷新阶段为ON。由此可见，Y000和Y001输出响应滞后于输出X000,约两个扫描周期，而Y002输出响应滞后与X000约三个扫描周期。,输入/输出滞后时间又称为系统响应时间，是指从PLC外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻止之间的间隔。它由输入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间和因扫描工
11、作方式产生的滞后时间三部分组成。,PLC总的响应延迟时间一般为数十毫秒，对于一般的控制系统无关紧要。但对于少数系统对响应时间有特别的要求，这时就需选择扫描时间快的PLC，或选择专门的高速输入输出端口以及采用使输出与扫描周期脱离的控制方式（如中断的工作方式）来解决。,三、任务实施,1、工作过程分析分析小车为什么不能按照设想的控制要求运行,试使用PLC执行过程即扫描工作方式的原理来说明原因。如图1-1-18（项目1-1）所示，按下启动按钮SB，X000接通，Y001得电并自锁，台车前进；台车前进至位置1解除Y001自锁，Y001失电，台车停止前进；同时启用二次启动服务电路，使M100常开触点接通，
12、为二次启动做好准备；又通过X001常开触点使Y002得电并自锁，台车反向启动，台车后退。,图 1-1-18 小车控制的梯形图及指令表,台车后退至位置2解除Y002自锁，台车停止，并启用延时电路；经5s延时后，T0常开触点接通，实现二次启动，Y001得电并自锁，台车前进；台车前进至位置3解除Y001自锁，台车停止，同时接触二次启动服务电路的自锁；又通过X003常开触点使Y002得电并自锁，台车反向启动，台车后退。为了使台车在二次返回途中经位置1时不启用二次启动服务电路，在该电路中增设Y002的常闭触点以实现位置互锁，这样可保证台车下次前进至位置1停而不是位置3停，以满足控制要求。,图 1-1-1
13、8 小车控制的梯形图及指令表,如果将台车控制的梯形图1-1-18设计成图1-2-1（项目1-2）所示的梯形图，即将二次启动服务电路与后退电路的次序换以下，由于PLC在程序执行阶段，总是按先左后右，先上后下的顺序每条指令进行扫描，所以PLC在扫描程序时，二次启动服务电路中X001常开触点的动作滞后于后退电路中X001常开触点的动作，由于Y002常闭触点首先实现了位置互锁，台车在位置1不能启用二次启动服务电路，所以台车二次启动后，就不可能达到预定位置3了。,图1-2-1 小车控制梯形图,2、实训内容,初学者可以使用时序图的方法来分析和理解程序。时序图反映了随时间变化PLC输出随输入变化的关系，通过
14、时序图的绘制可以弄清楚PLC梯形图程序的工作过程。试通过时序图方法分析图1-2-4定时点灭电路的动作过程,图1-2-4 定时点灭电路梯形图,(1) 借助以下表格写出以上程序中各元件的状态（ON/OFF）（如表1-2-2所示）,表1-2-2 各元件状态表,(2) 根据分析结果可画出T5及Y5的动作时序图（如图1-2-5所示）,图1-2-5 T5及Y5的动作时序图,3、评分标准,表123 PLC工作方式研究评分标准,四、作业,1、某同学在设计用2个按钮控制一个灯的练习时，仿真调试时发现不对，请分析错误原因，并提出指导意见。控制要求：任意按下2个按钮中的一个，灯都亮。学生的方案：用FX学习软件进行编
15、程学习，见程序1 ，仿真调试时发现，按下X20所接的按钮，灯不亮；但按下X21所接的按钮，灯能亮。,作业1：程序1的控制效果（提示：扫描工作方式）,四、作业,2、 11电气班一位同学 ，在设计交通灯控制系统程序时，出现如下情况，请你分析为什么程序1不能满足要求？情况：一个交通灯控制系统，要求按按钮后红灯亮2秒，然后红灯灭，黄灯亮。一位同学所编写的程序1，用FX学习软件D-3交通灯的动画仿真软件对程序进行模拟调试时，发现红灯能按要求亮灭，但黄灯却不亮。老师检查后提示：该同学对PLC的循环扫描工作方式没有透彻地理解好，经过老师指导，全班同学共同努力，对程序进行修改， 见程序2，终于满足了控制要求。,程序1的控制效果：红灯2秒后灭，但黄灯不亮,程序2的控制效果：满足要求,
