第3章 PLC組成與工作原理

1、可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用1/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用2/16 1.1 PLC的基本組成的基本組成 l可編程控制器主機(jī)的硬件電路： 由CPU，存儲(chǔ)器，基本I/O接口電路，外 設(shè)接口，電源等五大部分。 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用3/16 1.1 PLC的基本組成的基本組成 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用4/16 PLC的基本組成的基本組成 l中央處理單元（CPU） （1）通用處理器：8086、80286、80386 （2）單片

2、機(jī)芯片：8031、8096 （3）位片式微處理器：AMD-2900 l小型PLC多采用8位微處理器或單片機(jī)作為CPU l中型PLC多采用16位微處理器或單片機(jī)作為CPU l大型PLC多采用高速位片式微處理器 l存儲(chǔ)器： RAM：存儲(chǔ)各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào) 試的程序。 ROM：存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序。 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用5/16 PLC的基本組成的基本組成 輸入、輸出接口：輸入、輸出接口：采用光電隔離，減小采用光電隔離，減小 了電磁干擾。了電磁干擾。 輸出三種形式輸出三種形式：繼電器繼電器 - 低速大功率低速大功率 可控硅可控

3、硅 - 高速大功率高速大功率 晶體管晶體管 - 高速小功率高速小功率 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用6/16 1.2 輸入設(shè)備邏輯接線輸出設(shè)備 被控系統(tǒng) 輸入設(shè)備程序存儲(chǔ)器輸出設(shè)備 被控系統(tǒng) 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用7/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用8/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用9/16 l輸入設(shè)備：由各類(lèi)按鈕開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi) 關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等主令電器構(gòu)成。 主令電器:自動(dòng)控制系統(tǒng)中用於發(fā)送控制指令的 電器。 l邏輯接

4、線：由各種繼電器及其觸點(diǎn)組成的實(shí)現(xiàn)一 定邏輯功能的控制線路。 繼電器:一種根據(jù)某種輸入信號(hào),接通或斷開(kāi)控 制電路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和保護(hù)電力拖動(dòng)裝置的自 動(dòng)電器。 l輸出設(shè)備：由各種電磁閥線圈，接通電動(dòng)機(jī)的各 種接觸器和信號(hào)指示燈等執(zhí)行元件構(gòu)成。 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用10/16 l繼電接觸器控制系統(tǒng)（布線邏輯）繼電接觸器控制系統(tǒng)（布線邏輯）：由導(dǎo)線、 繼電器、接觸器、開(kāi)關(guān)和觸點(diǎn)等器件按一定的 邏輯關(guān)系連接起來(lái)。 l優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：電路圖直觀形象、價(jià)格低廉、容易操作 l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：設(shè)備體積大、開(kāi)關(guān)動(dòng)作慢、組合復(fù)雜、 功能較少、維修不便、可靠性差、系統(tǒng) 接線

5、固定，沒(méi)有通用性和靈活性。適用于要求 不高的專(zhuān)用邏輯控制場(chǎng)合。 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用11/16 PLC PLC控制系統(tǒng)由輸入、程序控制、輸出控制系統(tǒng)由輸入、程序控制、輸出3 3部部 分組成。對(duì)應(yīng)的分組成。對(duì)應(yīng)的“器件器件”是內(nèi)部是內(nèi)部“軟繼電器軟繼電器”， 對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的“導(dǎo)線導(dǎo)線”是是“程序程序”。PLCPLC是通過(guò)是通過(guò)“程序程序” 控制內(nèi)部控制內(nèi)部“軟繼電器軟繼電器”的的“軟件程序軟件程序”控制系控制系 統(tǒng)。統(tǒng)。 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用12/16 硬件組成：硬件組成：微處理器、存儲(chǔ)器、接口芯片、

6、各種模塊?？煽闯捎稍S多軟繼電器組成的控 制器。 PLCPLC內(nèi)部等效軟繼電器分為：內(nèi)部等效軟繼電器分為：輸入繼電器、 中間繼電器、輸出繼電器。 中間繼電器包括：中間繼電器包括：輔助繼電器、特殊功能繼 電器、移位寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用13/16 P0000 P000的常閉觸點(diǎn) P0000 P000的常開(kāi)觸點(diǎn) 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用14/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用15/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）

7、原理及應(yīng)用16/16 P0020P0020 P020的常開(kāi)觸點(diǎn) P020的常閉觸點(diǎn) P020的線圈 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用17/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用18/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用19/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用20/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用21/16 l所有對(duì)象連接在一起并與其它對(duì)象沒(méi)有 連接的組 (除電源母線以外) 稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)或 梯級(jí). l連接至左邊

8、電源母線的梯級(jí)，其處理順 序?yàn)閺纳现料?(與左邊電源母線連接). 程 序段內(nèi)互相獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)按照位置順序處 理 (從上至下) 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用22/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用23/16 l繼電接觸控制全部用硬器件、硬觸點(diǎn)和繼電接觸控制全部用硬器件、硬觸點(diǎn)和“硬硬”線連線連 接，為全硬件控制；接，為全硬件控制；PLCPLC內(nèi)部大部分采用內(nèi)部大部分采用“軟軟”電電 器、器、“軟軟”接點(diǎn)和接點(diǎn)和“軟軟”線連接，為軟控制。線連接，為軟控制。 l繼電接觸控制系統(tǒng)體積大；繼電接觸控制系統(tǒng)體積大；PLCPLC系

9、統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體 積小。積小。 l繼電接觸控制全為機(jī)械式觸點(diǎn)，動(dòng)作慢；繼電接觸控制全為機(jī)械式觸點(diǎn)，動(dòng)作慢；PLCPLC內(nèi)部?jī)?nèi)部 全為全為“軟接點(diǎn)軟接點(diǎn)”，動(dòng)作快。，動(dòng)作快。 l繼電接觸控制功能改變，需拆線，接線乃至更換元繼電接觸控制功能改變，需拆線，接線乃至更換元 器件，比較麻煩；器件，比較麻煩；PLCPLC控制功能改變，一般僅修改控制功能改變，一般僅修改 程序即可，及其方便。程序即可，及其方便。 lPLCPLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工與調(diào)試比繼電接觸控制控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工與調(diào)試比繼電接觸控制 系統(tǒng)周期短。系統(tǒng)周期短。 lPLCPLC控制的自檢和監(jiān)控功能比繼電接觸控制的強(qiáng)?？刂频淖?/p>

10、檢和監(jiān)控功能比繼電接觸控制的強(qiáng)。 lPLCPLC的使用范圍比繼電接觸控制的廣泛。的使用范圍比繼電接觸控制的廣泛。 lPLCPLC可靠性比繼電接觸控制的高。可靠性比繼電接觸控制的高。 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用24/16 lPLC與繼電接觸器的異同 l相同點(diǎn)： 圖形結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系相同。 l不同點(diǎn)： （1）實(shí)現(xiàn)原理不同 （2）工作方式不同 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用25/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用26/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原

11、理及應(yīng)用27/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用28/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用29/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用30/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用31/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用32/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用33/16 I/O映象區(qū)的大小與系統(tǒng)控制的規(guī)模有關(guān)映象區(qū)的大小與系統(tǒng)控制的規(guī)模有關(guān) 。 輸入點(diǎn)總有輸入映象區(qū)的某

12、一位與之相對(duì)應(yīng)。輸入點(diǎn)總有輸入映象區(qū)的某一位與之相對(duì)應(yīng)。 PLC工作時(shí)，將采集到的輸入信號(hào)狀態(tài)存放在輸入映象區(qū)工作時(shí)，將采集到的輸入信號(hào)狀態(tài)存放在輸入映象區(qū) 對(duì)應(yīng)的位上；將運(yùn)算的結(jié)果存放到輸出映象區(qū)對(duì)應(yīng)的位上對(duì)應(yīng)的位上；將運(yùn)算的結(jié)果存放到輸出映象區(qū)對(duì)應(yīng)的位上 。PLC在執(zhí)行用戶程序時(shí)所需在執(zhí)行用戶程序時(shí)所需“輸入繼電器輸入繼電器”、“輸出繼輸出繼 電器電器”的數(shù)據(jù)取用于的數(shù)據(jù)取用于I/O映象區(qū)，而不直接與外部設(shè)備發(fā)映象區(qū)，而不直接與外部設(shè)備發(fā) 生關(guān)系生關(guān)系 。 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用34/16 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)

13、用）原理及應(yīng)用35/16 工作方式：工作方式： 周期循環(huán)掃描工作方式周期循環(huán)掃描工作方式 工作過(guò)程：自診斷、輸入采樣、程序掃描、工作過(guò)程：自診斷、輸入采樣、程序掃描、 輸出刷新幾個(gè)階段。輸出刷新幾個(gè)階段。 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用36/16 a. 輸入刷新階段-CPU從輸入電路的輸出端讀 出各路狀態(tài)，并將其寫(xiě)入輸入映像寄存器； X0 X1 X0Y0 Y0Y1 讀讀 寫(xiě)寫(xiě) Y0 Y1 讀讀 寫(xiě)寫(xiě) 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用37/16 輸入電路濾波時(shí)間，它由輸入電路濾波時(shí)間，它由RC濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定。濾波電

14、路的時(shí)間常數(shù)決定。 改變時(shí)間常數(shù)可調(diào)整輸入延遲時(shí)間。改變時(shí)間常數(shù)可調(diào)整輸入延遲時(shí)間。 輸出電路的滯后時(shí)間，它與輸出電路的輸出方式有關(guān)。輸出電路的滯后時(shí)間，它與輸出電路的輸出方式有關(guān)。 繼電器輸出方式的滯后時(shí)間為繼電器輸出方式的滯后時(shí)間為10ms左右；雙向晶閘管輸出左右；雙向晶閘管輸出 方式，在接通負(fù)載時(shí)滯后時(shí)間約為方式，在接通負(fù)載時(shí)滯后時(shí)間約為1ms，切斷負(fù)載時(shí)滯后，切斷負(fù)載時(shí)滯后 時(shí)間小于時(shí)間小于10ms；晶體管輸出方式的滯后時(shí)間小于；晶體管輸出方式的滯后時(shí)間小于1ms。 PLC循環(huán)掃描的工作方式循環(huán)掃描的工作方式 PLC對(duì)輸入采樣、輸出刷新的集中處理方式對(duì)輸入采樣、輸出刷新的集中處理方式

15、用戶程序中語(yǔ)句的安排用戶程序中語(yǔ)句的安排 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用38/16 CPU讀輸入讀輸入 輸入輸入/輸出輸出 刷新時(shí)間刷新時(shí)間 最短響應(yīng)時(shí)間最短響應(yīng)時(shí)間=輸入延遲時(shí)間輸入延遲時(shí)間+一個(gè)掃描周期一個(gè)掃描周期+輸出延遲時(shí)間輸出延遲時(shí)間 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用39/16 CPU讀輸入讀輸入 輸入輸入/輸出輸出 刷新時(shí)間刷新時(shí)間 最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間=輸入延遲時(shí)間輸入延遲時(shí)間+兩個(gè)掃描時(shí)間兩個(gè)掃描時(shí)間+輸出延遲時(shí)間輸出延遲時(shí)間 可編程序控制器（可編程序控制器（PLCPLC）原理及應(yīng)用）原理及應(yīng)用40/

16、16 說(shuō)明說(shuō)明:輸入信號(hào)在第一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段之后才出現(xiàn)，故在第一個(gè)掃輸入信號(hào)在第一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段之后才出現(xiàn)，故在第一個(gè)掃 描周期內(nèi)，各映像寄存器的均為描周期內(nèi)，各映像寄存器的均為“0”狀態(tài)，使?fàn)顟B(tài)，使Y0、Y1、Y2輸出端的狀態(tài)為輸出端的狀態(tài)為 OFF（“0”）狀態(tài)）狀態(tài) Q0.0 M2.0 I0.2 Q0.0 Q0.0 M2.1 輸入信號(hào)輸入信號(hào)I0.2 I0.2 Q0.0 M2.1 M2.0 輸入采樣輸入采樣 程序執(zhí)行程序執(zhí)行 輸出處理輸出處理 出現(xiàn)信號(hào)出現(xiàn)信號(hào) 第一周期第一周期 輸入采樣輸入采樣 程序執(zhí)行程序執(zhí)行 輸出處理輸出處理 第二周期第二周期 說(shuō)明說(shuō)明:在第二個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，輸入繼電器在第二個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，輸入繼電器X0的狀態(tài)為的狀態(tài)為ON（“1”） 狀態(tài)，程序執(zhí)行階段，狀態(tài)，程序執(zhí)行階段，Y1、Y2依次接通，故依次接通，故Y1、Y2輸出端的狀態(tài)為輸出端的狀態(tài)為ON （“1”