任务三认识PLC控制系统的软件教学课件 电气控制与PLC应用技术高教版.ppt
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1、YCF任务三 认识PLC控制系统的软件教学课件 电气控制与PLC应用技术 高教版任务任务三 认识认识PLC控制系统的软件控制系统的软件【任务目标任务目标】知识目标:1.了解PLC软件系统的基本组成 2.理解梯形图、指令表和流程图等基本概念 3.掌握三菱FX2N系列PLC编程软件FXGP_WIN-C 的安装方法 4.认识FX编程编程软件,掌握FX编程软件的编程方法能力目标:1.能利用FX编程软件正确编辑PLC控制程序 2.能利用FX编程软件改写、转换、保存PLC控制程序 3.能利用FX编程软件向PLC写入、读取控制程序素质目标:1.学习过程中要善于发现问题,逐步培养解决问题的能力 2.学习过程中
2、要培养勤学苦练,精益求精的工匠精神【任务【任务呈现呈现】在编程软件FXGP_WIN-C中编写如图1-3-1所示的梯形图控制程序,编写完成后将梯形图转换成如图1-3-2所示对应的指令表,并保存程序。图1-3-1 梯形图控制程序对应的制令表:对应的制令表:图1-3-2指令表程序【知识解析知识解析】一、一、PLC软件系统的组成软件系统的组成 PLC的软件系统由系统程序(又称系统软件)和用户程序(又称应用软件)两大部分组成。1.系统程序系统程序 系统程序由PLC的制造企业编制,固化在PROM或EPROM中,安装在PLC上,随产品提供给用户。系统程序包括系统管理程序、用户指令解释程序和供系统调用的标准程
3、序模块等。系统管理程序:用于系统管理,包括PLC的运行管理(各种操作的时间分配),存储空间的管理(生成用户数据区)和系统自诊断管理(如电源、系统出错、程序语法等)。用户指令解释程序:解释程序用于将编程语言变成机器语言,以便CPU操作。标准子程序模块:为提高运行速度,在程序执行中,某些信息处理(如I/O处理)或特殊运算等,是通过调用标准子程序来完成的。2.用户程序用户程序 用户程序是根据生产过程控制的要求由用户使用制造企业提供的编程语言自行编制的应用程序。用户程序包括开关量逻辑控制程序、模拟量运算程序、闭环控制程序和操作站系统应用程序等。PLC的编程语言多种多样,不同的PLC厂家,不同系列的PL
4、C采用的编程语言不尽相同,常用的编程语言有梯形图、指令表、顺序功能图等几种。用户程序是通过专业的编程软件编写的,各PLC厂商均开发了针对自己产品的专业编程软件,如西门子公司的STEP 7软件、ABB公司的Freelance 800F软件、三菱公司的FXGP_WIN-C软件和GX Developer软件等。二、plc的工作过程的工作过程 当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间,PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。如图1-3-3所示:图1-3-3 PLC的工作过程示意图1.输入采样
5、阶段输入采样阶段 PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。2.用户程序执行阶段用户程序执行阶段 PLC按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,
6、刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即,在用户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化,而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化,而且排在上面的梯形图,其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反,排在下面的梯形图,其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。当扫描用户程序结束后,PLC就进入输出刷新阶段。在此期间,CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新
7、所有的输出锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设。这时,才是PLC的真正输出。3.输出刷新阶段输出刷新阶段 同样的若干条梯形图,其排列次序不同,执行的结果也不同。三、三、PLC的编程语言的编程语言 根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准(IEC1131-3),PLC的编程语言包括以下五种:梯形图语言(LD)、指令表语言(IL)、功能模块图语言(FBD)、顺序功能流程图语言(SFC)及结构化文本语言(ST)。1.梯形图语言(梯形图语言(LD)梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉,梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和
8、应用。梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是,梯形图中的能流不是实际意义的电流,内部的继电器也不是实际存在的继电器,是虚拟的继电器,但功能与继电器相同,应用时,需要与原有继电器控制的概念区别对待。图1-3-4 三菱FX2N PLC的梯形图示例 梯形图编程语言的特点是:与电气操作原理图相对应,具有直观性和对应性;与原有继电器控制相一致,电气设计人员易于掌握。如图1-3-4所示,为三菱FX2N PLC的梯形图示例。2.指令表语言(指令表语言(IL)图1-3-5 三菱FX2N PLC的指令表示例 指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言,和汇编语言一样由操作码和操作数组成。在无计算机的
9、情况下,适合采用PLC手持编程器对用户程序进行编制。同时,指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应,在PLC编程软件下可以相互转换。例如图1-3-4所示的梯形图相对应的指令表程序如图1-3-5所示。指令表编程语言的特点是:采用助记符来表示操作功能,具有容易记忆,便于掌握;在手持编程器的键盘上采用助记符表示,便于操作,可在无计算机的场合进行编程设计;与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本一致。3.功能模块图语言(功能模块图语言(FBD)功能模块图语言是与数字逻辑电路类似的一种PLC编程语言。采用功能模块图的形式来表示模块所具有的功能,不同的功能模块有不同的功能。功能模块图编程语言的特点:
10、功能模块图程序设计语言的特点是:以功能模块为单位,分析理解控制方案简单容易;功能模块是用图形的形式表达功能,直观性强,对于具有数字逻辑电路基础的设计人员很容易掌握的编程;对规模大、控制逻辑关系复杂的控制系统,由于功能模块图能够清楚表达功能关系,使编程调试时间大大减少。4.顺序功能流程图语言(顺序功能流程图语言(SFC)顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流程动作的过程分成步和转换条件,根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配,一步一步的按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务,用方框表示。在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。这种编程语言使程序
11、结构清晰,易于阅读及维护,大大减轻编程的工作量,缩短编程和调试时间。用于系统的规模校大,程序关系较复杂的场合。顺序功能图表示方法如图1-3-6所示。1-3-6 顺序功能图表示方法 顺序功能流程图编程语言的特点:以功能为主线,按照功能流程的顺序分配,条理清楚,便于对用户程序理解;避免梯形图或其他语言不能顺序动作的缺陷,同时也避免了用梯形图语言对顺序动作编程时,由于机械互锁造成用户程序结构复杂、难以理解的缺陷;用户程序扫描时间也大大缩短。5.结构化文本语言(结构化文本语言(ST)结构化文本语言是用结构化的描述文本来描述程序的一种编程语言。它是类似于高级语言的一种编程语言。在大中型的PLC系统中,常
12、采用结构化文本来描述控制系统中各个变量的关系。主要用于其他编程语言较难实现的用户程序编制。结构化文本编程语言采用计算机的描述方式来描述系统中各种变量之间的各种运算关系,完成所需的功能或操作。大多数PLC制造商采用的结构化文本编程语言与BASIC语言、PASCAL语言或C语言等高级语言相类似,但为了应用方便,在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。结构化文本编程语言的特点:采用高级语言进行编程,可以完成较复杂的控制运算;需要有一定的计算机高级语言的知识和编程技巧,对工程设计人员要求较高。直观性和操作性较差。四、四、PLC使用的数据结构使用的数据结构 在PLC内部结构和用户应用程序中使用着
13、大量的数据。这些数据从结构或数制上具有以下几种形式:1.十进制数十进制数 十进制数在三菱PLC中又称字数据。它主要存在于定时器和计数器的设定值K;辅助继电器、定时器、计数器、状态继电器等的编号;定时器和计数器当前值等区域。2.二进制数二进制数 一位二进制数在PLC中又称位数据。它主要存在于各类继电器、定时器、计数器的触点及线圈。3.八进制数八进制数 FX系列PLC的输入继电器、输出继电器的地址编号采用八进制。4.十六进制数十六进制数 十六进制数用于指定应用指令中的操作数或指定动作。5.BCD码码 BCD码是以4位二进制数表示二进制数各位09数值的方法。在三菱PLC中常将十进制数以BCD码的形式
14、出现,它还常用于BCD输出形式的数字开关或七段码的显示器控制等方面。6.常数常数K、H 常数是三菱PLC内部定时器、计数器、应用指令不可分割的一部分。十进制常数K是定时器、计数器的设定值;十进制常数K与十六进制常数H也是应用指令的操作数。软元件简称元件。三菱PLC的输入输出端子及内部存储器的每一个存储单元均称为元件。当元件产生的是继电器功能时,称这类元件为软继电器,简称继电器。其它各类继电器、定时器、计数器、指针均为此类软元件。五、软元件五、软元件(继电器继电器)1.软元件的概念软元件的概念 2.软元件的分类软元件的分类(1)位元件 X:输入继电器,用于输入给PLC的物理信号;Y:输出继电器,
15、从PLC输出的物理信号;M(辅助继电器)和S(状态继电器):PLC内部的运算标志。位元件说明:a.位单元只有ON和OFF两种状态,可用“0”和“1”表示。b.元件可以通过组合使用,4个位元件为一个单元,通用表示方法是由Kn加起始的软元件号组成,n为单元数。例如K2 M0表示M0M7组成两个位元件组(K2表示2个单元),它是一个8位数据,M0为最低位。数据寄存器D:模拟量检测以及位置控制等场合存储数据和参数。2.字元件字元件字节(BYTE)、字(WORD)、双字(DOUBLE WORD)六、六、PLC的内部编程元件的内部编程元件 三菱FX2N系列PLC内部的编程元件,按通俗叫法分别称为继电器、定
16、时器、计数器等,但它们与真实元件有很大的差别,一般称它们为“软继电器”。这些编程用的继电器在不同的指令操作下,其工作状态可以无记忆,也可以有记忆,还可以作脉冲数字元件使用。一般情况下,X代表输入继电器,Y代表输出继电器,M代表辅助继电器,T代表定时器,C代表计数器,S代表状态继电器,D代表数据寄存器。输入输出继电器在任务二中已经做了介绍,不再重复。FX2N 系列PLC辅助继电器主要有通用辅助继电器、断电保持辅助继电器、特殊辅助继电器等几种。1、辅助继电器(、辅助继电器(M)PLC内有很多的辅助继电器,也称中间继电器,是一种虚拟的继电器。它有常开、常闭触点,可以无数次使用,但线圈只有一个,它没有
17、向外的任何联系,只供内部编程使用。它不是物理实体,不能用于直接驱动外部负载。(1)通用辅助继电器()通用辅助继电器(M0M499)FX2N系列PLC共有500点通用辅助继电器。通用辅助继电器在PLC运行时,如果电源突然断电,则全部线圈均OFF。当电源再次接通时,除了因外部输入信号而变为ON的以外,其余的仍将保持OFF状态,它们没有断电保护功能。通用辅助继电器常在逻辑运算中作为辅助运算、状态暂存、移位等。根据需要可通过程序设定,将M0M499变为断电保持辅助继电器。(2)断电保持辅助继电器()断电保持辅助继电器(M500M3071)FX2N系列PLC共有2572个断电保持辅助继电器。它与普通辅助
18、继电器不同的是具有断电保护功能,即能记忆电源中断瞬时的状态,并在重新通电后再现其状态。其中M500M1023可由软件将其设定为通用辅助继电器。(3)特殊辅助继电器特殊辅助继电器 FX2N系列中有256个特殊辅助继电器,他们用来表示PLC的某些状态,可分成触点型和线圈型两大类。a触点型 特殊辅助继电器其线圈由PLC自动驱动,用户只可使用其触点。例如:M8000:运行监视,当PLC执行用户程序时为ON,停止执行时为OFF。M8002:初始脉冲(仅在运行开始时瞬间接通),M8003与M8002相反逻辑。M8011、M8012、M8013和M8014分别是产生10ms、100ms、1s和1min时钟脉
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