PLC簡介及基礎知識.ppt

一 PLC簡介及基礎知識 目錄 PLC是什么 01 PLC的產生 02 PLC的分類 03 PLC基本結構 04 PLC工作方式 05 PLC的發(fā)展趨勢 06 可編程序控制器 ProgrammableLogicController 簡稱PLC 是以微處理器為基礎 綜合了計算機技術 自動控制技術和通訊技術而發(fā)展起來的一種新型 通用的自動控制裝置 01 PLC是什么 目錄 PLC是什么 01 PLC的產生 02 PLC的分類 03 PLC基本結構 04 PLC工作方式 05 PLC的發(fā)展趨勢 06 02 PLC的產生 繼電器控制 PLC控制 PLC最初是為了替代繼電器控制繼電器控制 用弱電信號控制強電信號 故障查找與排除非常困難 改造工期長 費用高 美國通用汽車公司 GM 為了適應汽車型號不斷更新的需要 提出了十條技術指標在社會公開招標 制造一種新型的工業(yè)控制裝置 首先提出 可編程序控制器 1969年 美國數據設備公司 DEC 研制成功 并在GM公司汽車生產線上首次應用成功 02 PLC的產生 02 PLC的產生 繼電器控制系統和PLC控制系統的比較 目錄 PLC是什么 01 PLC的產生 02 PLC的分類 03 PLC基本結構 04 PLC工作方式 05 PLC的發(fā)展趨勢 06 按I O點數和存儲容量可以分為小型PLCI O點數在256點以下 存儲容量為2k 中型PLCI O點數在256 2048點之間 存儲容量為2 8k 大型PLCI O點數在2048點以上 存儲容量達8k以上 03 PLC的分類 按PLC的結構分類根據PLC的結構形式 可將PLC分為整體式和模塊式兩類 1 整體式整體式PLC是將電源 CPU I O接口等部件都集中裝在一個機箱內 具有結構緊湊 體積小 價格低的特點 小型PLC一般采用這種整體式結構 整體式PLC由不同I O點數的基本單元 又稱主機 和擴展單元組成 03 PLC的分類 基本單元內有CPU I O接口 與I O擴展單元相連的擴展口 以及與編程器相連的接口等 擴展單元內只有I O和電源等 沒有CPU 基本單元和擴展單元之間一般用扁平電纜連接 整體式PLC一般還可配備特殊功能單元 如模擬量單元 位置控制單元等 使其功能得以擴展 03 PLC的分類 按PLC的結構分類2 模塊式PLC模塊式PLC是將PLC各組成部分 分別作成若干個單獨的模塊 如CPU模塊 I O模塊 電源模塊 有的含在CPU模塊中 以及各種功能模塊 模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成 模塊裝在框架或基板的插座上 這種模塊式PLC的特點是配置靈活 可根據需要選配不同規(guī)模的系統 而且裝配方便 便于擴展和維修 大 中型PLC一般采用模塊式結構 03 PLC的分類 目錄 PLC是什么 01 PLC的產生 02 PLC的分類 03 PLC基本結構 04 PLC工作方式 05 PLC的發(fā)展趨勢 06 電源模塊 PS 中央處理器 CPU 信號模塊 SM 功能模塊 FM 接口模塊 IM 通信處理器 CP 04 PLC基本結構 1 電源模塊 PS 電源模塊的作用是把外部電源 通常是220V交流電源 轉換成內部工作電壓 能適應電網波動 溫度變化的影響 對電壓具有一定的保護能力 對于整體式結構的PLC 電源通常封裝在機箱內部 對于模塊式PLC 有的采用單獨的電源模塊 有的將電源與CPU封裝到一個模塊中 04 PLC基本結構 2 中央處理器 CPU CPU一般由控制電路 運算器和寄存器組成 它通過地址總線 數據總線 控制總線與存儲單元 輸入 輸出接口電路連接 CPU在系統程序的控制下工作 通過掃描方式 將外部輸入信號的狀態(tài)寫入輸入映像寄存器區(qū)域 PLC進入運行狀態(tài)后 從存儲器逐條讀取用戶指令 按指令規(guī)定的任務進行數據的傳送 邏輯運算 算術運算等 然后將結果送到輸出映像寄存器區(qū)域 系統程序是可編程控制器制造商所編制的程序 它包括監(jiān)控程序 解釋程序 自診斷程序 標準子程序以及各種管理程序 系統程序用來管理 協調可編程序控制器各部分的工作 翻譯和解釋用戶程序 進行故障診斷等 04 PLC基本結構 3 信號模塊 SM 信號模塊又稱為I O模塊 是PLC與工業(yè)現場連接的接口 PLC通過I O模塊可以檢測被控生產過程的各種參數 并以這些現場數據作為控制信息對被控對象進行控制 同時通過I O模塊將控制器的處理結果送給被控設備或工業(yè)生產過程 從而驅動各種執(zhí)行機構來實現控制 信號模塊種類 04 PLC基本結構 目錄 PLC是什么 01 PLC的產生 02 PLC的分類 03 PLC基本結構 04 PLC工作方式 05 PLC的發(fā)展趨勢 06 PLC是按什么樣的工作方式工作的 它的工作過程分哪幾個階段 在每個階段完成哪些控制任務 05 PLC工作方式 PLC是按集中輸入 集中輸出 周期性循環(huán)掃描的方式進行工作的 PLC掃描的工作方式主要分三個階段 即輸入采樣階段 用戶程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段 05 PLC工作方式 1 輸入采樣階段在輸入采樣階段 PLC以掃描方式依次讀入所有輸入狀態(tài)和數據 并將它們存入I O映象區(qū)中的相應單元內 輸入采樣結束后 轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段 在這兩個階段中 即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化 I O映象區(qū)中相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變 直到下一個掃描周期的輸入采樣階段 因此 如果輸入的是脈沖信號 則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期 才能保證在任何情況下 該輸入均能被讀入 05 PLC工作方式 2 用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段 PLC按從左到右 從上到下 逐行掃描 統一輸出的步驟順序執(zhí)行程序 然后根據邏輯運算的結果 刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài) 或者刷新該輸出線圈在I O映象區(qū)中對應位的狀態(tài) 或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令 即在用戶程序執(zhí)行過程中 只有輸入點在I O映象區(qū)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化 而其他輸出點和軟設備在I O映象區(qū)或系統RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數據都有可能發(fā)生變化 而且排在上面的梯形圖 其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用 相反 排在下面的梯形圖 其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的梯形圖起作用 05 PLC工作方式 3 輸出刷新階段當用戶程序掃描結束后 PLC就進入輸出刷新階段 在此期間 CPU按照I O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路 再經輸出電路驅動相應的外設 在下一個輸出刷新階段開始之前 輸出鎖存器的狀態(tài)不會改變 這時 才是PLC的真正輸出 05 PLC工作方式 從PLC的工作過程 可以總結如下幾個結論 以掃描的方式執(zhí)行程序 其輸入 輸出信號間的邏輯關系存在著原理上的滯后 掃描周期越長 滯后就越嚴重 掃描周期除了包括輸入采樣階段 用戶程序執(zhí)行階段 輸出刷新階段三個主要工作階段所占的時間外 還包括系統管理操作占用的時間 其中 程序執(zhí)行的時間與程序的長短及指令操作的復雜程度有關 其他基本不變 掃描周期一般為毫微秒級 第n次掃描執(zhí)行程序時 所依據的輸入數據是該次掃描周期中采樣階段的掃描值X 輸出數據有上一次掃描的輸出值Y n 1 也有本次的輸出值Yn 05 PLC工作方式 目錄 PLC是什么 01 PLC的產生 02 PLC的分類 03 PLC基本結構 04 PLC工作方式 05 PLC的發(fā)展趨勢 06 隨著PLC應用領域日益擴大 PLC技術及其產品結構都在不斷改進 功能日益強大 性價比越來越高 1 在產品規(guī)模方面 向兩極發(fā)展 一方面 大力發(fā)展速度更快 性價比更高的小型和超小型PLC 以適應單機及小型自動控制的需要 另一方面 向高速度 大容量 技術完善的大型PLC方向發(fā)展 隨著復雜系統控制的要求越來越高和微處理器與計算機技術的不斷發(fā)展 人們對PLC的信息處理速度要求也越來越高 要求用戶存儲器容量也越來越大 06 PLC的發(fā)展趨勢 2 向通信網絡化發(fā)展PLC網絡控制是當前控制系統和PLC技術發(fā)展的潮流 PLC與PLC之間的聯網通信 PLC與上位計算機的聯網通信已得到廣泛應用 相當多的大中型控制系統都采用上位計算機加可編程序控制器的方案 通過串行通信接口或網絡通信模塊 實現上位計算機與可編程序控制器交換數據信息 組態(tài)軟件引發(fā)的上位計算機編程革命 很容易實現兩者的通信 降低了系統集成的難度 節(jié)約了大量的設計時間 提高了系統的可靠性 06 PLC的發(fā)展趨勢 3 向模塊化 智能化發(fā)展為滿足工業(yè)自動化各種控制系統的需要 近年來 PLC廠家先后開發(fā)了不少新器件和模塊 如智能I O模塊 溫度控制模塊和專門用于檢測PLC外部故障的專用智能模塊等 這些模塊的開發(fā)和應用不僅增強了功能 擴展了PLC的應用范圍 還提高了系統的可靠性 智能I O模塊本身就是一個小的微型計算機系統 有很強的信息處理能力和控制功能 有的模塊甚至可以自成系統 單獨工作 它們可以完成可編程序控制器的主CPU難以兼顧的功能 簡化了某些控制領域的系統設計和