[信息與通信]第二章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí)ppt課件

1、 ? PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用?第二章第二章 PLC的根底知識(shí)的根底知識(shí) 第二章第二章 PLC的根底知識(shí)的根底知識(shí) n可編程序控制器的根本概念可編程序控制器的根本概念 n可編程序控制器的根本組成可編程序控制器的根本組成 n可編程序控制器的擴(kuò)展構(gòu)成可編程序控制器的擴(kuò)展構(gòu)成n可編程序控制器的工作方式可編程序控制器的工作方式 2.1可編程序控制器的根本概念可編程序控制器的根本概念 2.1.1存儲(chǔ)程序控制存儲(chǔ)程序控制 1、接線程序控制：通過電器元器件的固定接線來實(shí)現(xiàn)控制邏輯，完成控制任務(wù)。制造周期較長(zhǎng)，造價(jià)相應(yīng)較高，維修也不方便，靈敏性和通用性較低，故障率較高 2、支配控制系統(tǒng)工作的程序存放在存儲(chǔ)器

2、中，利用程序來實(shí)現(xiàn)控制邏輯，完成控制任務(wù)。具有通用、靈敏、可靠性高等特點(diǎn) 可編程序控制器構(gòu)成的存儲(chǔ)程序控制系統(tǒng)的組成部分： 輸入部分：它們直接承受來自操作臺(tái)上的操作命令，或來自被控對(duì)象上的各種狀態(tài)信息，如按鈕、開關(guān)、傳感器等。 輸出部分：它們用來承受程序執(zhí)行結(jié)果的狀態(tài)，以操作各種被控對(duì)象，如電動(dòng)機(jī)、電磁閥、狀態(tài)指示部件等。 控制部分：采用微處理器和存儲(chǔ)器，執(zhí)行按照被控對(duì)象的實(shí)際要求編制并存入程序存儲(chǔ)器的程序，來完成控制任務(wù)。軟繼電器的概念：對(duì)于使用者來說，在編制應(yīng)用程序時(shí)，可以不考慮微處理器和存儲(chǔ)器的復(fù)雜構(gòu)成及其使用的計(jì)算機(jī)語言，而把PLC看成是內(nèi)部由許多“軟繼電器組成的控制器，用提供給使用者

3、的近似于繼電器控制線路圖的編程語言進(jìn)展編程。 PLC內(nèi)部的繼電器并不是實(shí)際的物理繼電器，它本質(zhì)上是存儲(chǔ)器中的某些觸發(fā)器，該位觸發(fā)器狀態(tài)為“1時(shí)，相當(dāng)于繼電器接通；該位觸發(fā)器狀態(tài)為“0時(shí)，相當(dāng)于繼電器斷開。 “軟繼電器的線圈、常開接點(diǎn)、常閉接點(diǎn)PLC為用戶提供的繼電器一般是：輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、特殊功能繼電器、移位存放器、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器等。其中輸入輸出繼電器一般與外部輸入、輸出設(shè)備相連接，而其他繼電器與外部設(shè)備沒有直接聯(lián)絡(luò)，因此可統(tǒng)稱為內(nèi)部繼電器。 線圈 常開接點(diǎn) 常閉接點(diǎn) 內(nèi)部“軟接線”（用程序?qū)崿F(xiàn)） 輸入繼電器線圈 繼電器接點(diǎn) 內(nèi)部 繼電器線圈 負(fù)載電源 輸出公共端 輸出接點(diǎn) C

4、OM COM 輸入公共端 輸入端 用戶輸出設(shè)備 （接觸器、電磁閥等）用戶輸入設(shè)備（按鈕、限位開關(guān)等）PLC控制系統(tǒng)的組成 2.1.2 PLC 常用術(shù)語常用術(shù)語 1位 是PLC中邏輯運(yùn)算的根本元素，通常也稱為內(nèi)部繼電器。2I/O點(diǎn) 常用I/O點(diǎn)數(shù)來表征PLC的規(guī)模。 3通道 一個(gè)通道含16位，或者說含16個(gè)繼電器。4區(qū) 一樣類型通道的集合。數(shù)據(jù)區(qū)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器區(qū)、內(nèi)部繼電器區(qū)等 數(shù)字 2 數(shù)字 3 數(shù)字 1 數(shù)字 0 左字節(jié) 右字節(jié) 15 141312111098765432102.2 可編程序控制器的根本組成可編程序控制器的根本組成 2.2.1 PLC的硬件組成的硬件組成 外部設(shè)備盒式磁帶機(jī)

5、打印機(jī) EPROM寫入器 圖形監(jiān)控系統(tǒng) PC或上位計(jì)算機(jī) 輸入單元 外設(shè)I/O接口 微處理器（CPU） 運(yùn)算器 控制器 輸出單元 存儲(chǔ)器 EPROM (系統(tǒng)程序 ) RAM （用戶程序） I/O擴(kuò)展接口 電源 I/O擴(kuò)展機(jī) 編程器 用戶輸出設(shè)備用戶輸入設(shè)備1主機(jī)CPU模塊在主機(jī)內(nèi)部，由微處理器MPU通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線以及輔助電路連接存儲(chǔ)器、接口及I/O單元，診斷PLC的硬件狀態(tài)；借助編程器接收用戶鍵入的程序和數(shù)據(jù)；讀取、解釋并執(zhí)行用戶程序；按規(guī)定的時(shí)序接收輸入狀態(tài)、刷新輸出狀態(tài)，與外部設(shè)備交換信息等。總之，由主機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)PLC的控制和管理。 1微處理器MPU：PLC 中常用的M

6、PU主要采用通用微處理器、單片機(jī)等。 2存儲(chǔ)器：PLC的存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)系統(tǒng)程序，一般采用ROM或EPROM；用戶程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)用戶的應(yīng)用程序。 3I/O接口：I/O接口是MPU與外部設(shè)備、I/O模塊等的連接部件，用于擴(kuò)大PLC總線的驅(qū)動(dòng)才能和扇入扇出點(diǎn)數(shù)。2電源 PLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源，電源的交流輸入端一般接有尖峰脈沖吸收電路，以進(jìn)步抗干擾才能。小型PLC電源的交流輸入電壓范圍一般較寬，如有的小型PLC可在l60VAC260VAC范圍內(nèi)正常工作。3輸入輸出模塊 是PLC與現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件。 輸入模塊用于調(diào)理輸入信號(hào)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)

7、展濾波、隔離、電平轉(zhuǎn)換等，把輸入信號(hào)的邏輯值平安可靠地傳遞到PLC內(nèi)部。輸出模塊用于把用戶程序的邏輯運(yùn)算結(jié)果輸出到PLC外部，輸出模塊具有隔離PLC內(nèi)部電路和外部執(zhí)行元件的作用，還具有功率放大的作用。 1直流開關(guān)量輸入模塊： 輸入 輸入選擇器 COM R1 C R2 D DC 24V 圖2-4直流開關(guān)量輸入模塊原理圖 T 濾波 濾波 2交流開關(guān)量輸入模塊： 圖2-5 交流開關(guān)量輸入模塊原理圖 輸入選擇器 COM C R3 D R2 R1 AC 200240V 濾波 濾波 T 輸入 3直流開關(guān)量輸出模塊 圖2-6 直流開關(guān)量輸出模塊原理圖 輸出鎖存器 D2 DC 24V 負(fù)載 COM F D3

8、T1 D1+V L8 L1 4交流開關(guān)量輸出模塊 輸出鎖存器 AC 250V COM F 圖2-7 交流開關(guān)量輸出模塊原理圖 L0 負(fù)載 L11 D1 R1 R2 K1 R3C A .5繼電器輸出模塊 圖2-8 繼電器輸出模塊原理圖 輸 出 鎖 存 器 J1 J1 J8 COM 負(fù)載 L1 L8 J8 D1 .6開關(guān)量輸入輸出模塊等效電路： 00100 00101 00111B0B1B11 COM 圖2-10 輸出模塊等效電路A0A100001 外部輸入信號(hào) 內(nèi)部繼電器（即位）A15圖2-9 輸入模塊等效電路00000000154功能模塊 除開關(guān)量輸入/輸出外，PLC的其他輸入/輸出功能由功能

9、模塊來實(shí)現(xiàn)。一個(gè)功能模塊占用多個(gè)輸入輸出通道，因此在組合式PLC中對(duì)功能模塊的使用數(shù)量存在限制，而對(duì)開關(guān)量輸入/輸出模塊的數(shù)量不加限制。一般地，除編程器以外的外部設(shè)備需經(jīng)功能模塊才能與主機(jī)總線連接。因此，對(duì)應(yīng)于各種外設(shè)以及PLC要完成的特殊輸入輸出功能，有多種功能模塊。 常用的功能模塊有：模擬量輸入模塊模擬量輸出模塊 動(dòng)態(tài)輸入/輸出模塊 溫度傳感器模塊 高速計(jì)數(shù)模塊 PID模塊 遠(yuǎn)程I/O模塊 通訊模塊 5擴(kuò)展口擴(kuò)展口是PLC的總線接口。主機(jī)與近程擴(kuò)展機(jī)之間利用擴(kuò)展口相連接。6編程器編程器是PLC最常用的外設(shè)，也是PLC中唯一不需要通過功能模塊而直接與總線相連接的外設(shè)。 編程器上的方式選擇開關(guān)

10、 編程位置：PLC主機(jī)處于編程方式。用戶可通 過編程器向PLC輸入、查詢、修改用戶程序，但PLC不運(yùn)行用戶程序；監(jiān)控位置：PLC主機(jī)處于監(jiān)控方式。PLC已運(yùn)行用戶程序，用戶不能輸入和修改用戶程序，但可查詢用戶程序，干預(yù)戶程序運(yùn)行。運(yùn)行位置：PLC主機(jī)處于運(yùn)行方式。PLC運(yùn)行用戶程序，用戶不能輸入和修改用戶程序，也不能干預(yù)用戶程序的運(yùn)行情況，只能查詢用戶程序并監(jiān)視其狀態(tài)。 7其他外設(shè)PLC可帶打印機(jī)、CRT顯示器、鍵盤等外設(shè)，這些外設(shè)需通過相應(yīng)的功能模塊與PLC連接。 2.2.2 PLC的軟件系統(tǒng)的軟件系統(tǒng) 1系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序是PLC賴以工作的根底，采用匯編語言編寫，在PLC出廠時(shí)就已固化于RO

11、M型系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中，不需要用戶干預(yù)。系統(tǒng)程序分為系統(tǒng)監(jiān)控程序和解釋程序。 2用戶程序用戶程序又稱為應(yīng)用程序，是用戶為完成某一特定的控制任務(wù)而利用PLC的編程語言編制的程序。用戶程序通過編程器輸入到PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。 3編程語言各種型號(hào)的PLC都有其自己的編程語言，但這些編程語言根本可分為兩類：梯形圖語言和語句表語言。語句表語言類似于計(jì)算機(jī)匯編語言，是用指令助記符來編程的。 梯形圖語言是類似于繼電器控制線路圖的一種編程語言，它面向控制過程，直觀易懂，是PLC編程語言中應(yīng)用最多的一種語言。 2.3 可編程序控制器的擴(kuò)展構(gòu)成可編程序控制器的擴(kuò)展構(gòu)成 在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常遇到僅用主機(jī)不能滿足控

12、制要求的情況。例如，有的場(chǎng)合控制規(guī)律不太復(fù)雜，但信號(hào)較多，這時(shí)僅用主機(jī)就可能出現(xiàn)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)不夠用，而選用高檔PLC雖然輸入/輸出點(diǎn)數(shù)夠用，但本錢較高。在這種情況下，應(yīng)考慮采用主機(jī)帶擴(kuò)展機(jī)的方式。 2.3.1 近程擴(kuò)展方式近程擴(kuò)展方式 當(dāng)CPU主機(jī)上的I/O點(diǎn)數(shù)不能滿足需要時(shí)，或組合式PLC選用的模塊較多在主機(jī)上安裝不開時(shí)，可通過擴(kuò)展口進(jìn)展近程擴(kuò)展。 CPU 主機(jī)箱1 號(hào)擴(kuò)展機(jī)箱2 號(hào)擴(kuò)展機(jī)箱圖2-12 近程擴(kuò)展方式幾點(diǎn)注意：不同型號(hào)的PLC所帶擴(kuò)展機(jī)的數(shù)量不同；主機(jī)和擴(kuò)展機(jī)必須同類型，但不一定同型號(hào)； 在構(gòu)成近程擴(kuò)展方式時(shí)，一般采用主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)多于擴(kuò)展機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)的方式。 2.3.2 通

13、訊聯(lián)網(wǎng)方式通訊聯(lián)網(wǎng)方式 PLC有多種通訊模塊，利用這些通訊模塊，配以適當(dāng)?shù)耐ㄓ嵾m配器，可以構(gòu)成PLC網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)PLC網(wǎng)絡(luò)。 1HOST Link通訊 PLC與上位機(jī)的連接通訊稱為HOST Link通訊。一臺(tái)CPM2A與一臺(tái)上位機(jī)通訊稱為1：1方式；多臺(tái)CPM2A與一臺(tái)上位機(jī)通訊稱為1：N方式。 利用1：N HOST Link 通訊可以用一臺(tái)上位機(jī)監(jiān)控多臺(tái)PLC，實(shí)現(xiàn)集散控制，一臺(tái)上位機(jī)最多可以監(jiān)控32臺(tái)PLC。 2同級(jí)連接系統(tǒng)Controller Link網(wǎng) Controller Link是一種工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)形式，它可在CS1、C200H、CVM1等PLC之間進(jìn)展數(shù)據(jù)交換。此外，還可與帶Co

14、ntroller Link支持卡的上位機(jī)進(jìn)展大容量數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收操作。 C P U C P U C P U 上位機(jī) Controller Link 支持卡 雙絞線電纜 Controller Link 單元 圖2-13 Controller Link的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2.4 可編程序控制器的工作方式可編程序控制器的工作方式 2.4.1 工作方式工作方式 2.4.2 掃描工作方式掃描工作方式 各種PLC均采用循環(huán)掃描方式工作，但其掃描時(shí)間上有所不同。所謂掃描時(shí)間，是指PLC兩次執(zhí)行用戶程序之間的時(shí)間間隔，又稱為掃描周期或循環(huán)周期。CPU的操作可以分為如下6部分：上電后初始處理、共同處理、上位鏈接效

15、勞、外設(shè)效勞、運(yùn)算處理、I/O刷新。其中，共同處理、上位鏈接效勞、外設(shè)效勞、運(yùn)算處理、I/O刷新所占用的時(shí)間構(gòu)成了PLC的掃描時(shí)間TS。 1上電后初始處理 PLC剛加上電源后，進(jìn)展一次上電后初始處理，為PLC工作做好準(zhǔn)備。上電后初始處理，用于去除內(nèi)部繼電器區(qū)，并復(fù)位所有計(jì)時(shí)器，檢查I/O單元的連接等。 2共同處理用于復(fù)位監(jiān)視計(jì)時(shí)器，檢查I/O總線是否正常，檢查掃描時(shí)間是否過長(zhǎng)，檢查程序存儲(chǔ)器有無異常。檢查正常后，方可進(jìn)展下面的操作。假如有異常情況，可根據(jù)錯(cuò)誤的嚴(yán)重程度發(fā)出報(bào)警或停頓PLC運(yùn)行。共同處理時(shí)間記為TC。 n3上位鏈接效勞n在構(gòu)成計(jì)算機(jī)PLC網(wǎng)絡(luò)時(shí)，用于處理與計(jì)算機(jī)間的通訊。n4外設(shè)

16、效勞n用于處理來自外部設(shè)備的信息。外設(shè)效勞時(shí)間TO取決于共同處理時(shí)間TC、上位鏈接效勞時(shí)間TL、運(yùn)算處理時(shí)間TP和I/O刷新時(shí)間TR。 n5運(yùn)算處理n用于執(zhí)行用戶程序。每條指令均有其執(zhí)行時(shí)間，并且同條指令執(zhí)行時(shí)與不執(zhí)行時(shí)所占用的時(shí)間也不一樣。運(yùn)算處理時(shí)間就是CPU執(zhí)行一遍用戶程序所用的時(shí)間。受此因素影響，運(yùn)算處理時(shí)間TP不是常數(shù)，而是受程序狀態(tài)的影響，每次執(zhí)行程序都不盡一樣。 n6I/O刷新n在每次程序執(zhí)行完后，通過I/O刷新，從輸入部分讀取輸入信號(hào)的狀態(tài)并送入輸入映像區(qū)，從輸出映像區(qū)中將程序執(zhí)行結(jié)果輸出到PLC外部。I/O刷新時(shí)間TR與PLC硬件系統(tǒng)的構(gòu)成有關(guān)，取決于PLC中I/O模塊的數(shù)量

17、以及是否具有遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)。PLC的I/O刷新時(shí)間為主機(jī)和近程擴(kuò)展機(jī)I/O刷新時(shí)間加上遠(yuǎn)程部分I/O刷新時(shí)間。 n7PLC掃描時(shí)間TSnPLC的掃描時(shí)間TSTC十TL+TO+TP+TR。由于TP不是定值，構(gòu)成計(jì)算機(jī)PLC網(wǎng)絡(luò)時(shí)TL也不是定值，所以在一個(gè)PLC系統(tǒng)用戶程序不變的情況下，TS也不是定值。掃描時(shí)間TS的大小，對(duì)PLC的工作有著重要影響。掃描時(shí)間越長(zhǎng)。PLC系統(tǒng)反響越慢，輸入信號(hào)的允許頻率越低，用于定位控制時(shí)產(chǎn)生的誤差越大。因此，在進(jìn)展PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除硬件選擇得當(dāng)、構(gòu)造合理外，軟件上應(yīng)盡可能地減小運(yùn)算處理時(shí)間TP，從而減小掃描時(shí)間TS。 2.4.3 I/O響應(yīng)響應(yīng) I/O響應(yīng)是從輸入狀態(tài)變化到與之相關(guān)的外部輸出狀態(tài)變化之間的過程。 I/O響應(yīng)時(shí)間是表征PLC反響速度的一個(gè)重要指標(biāo)，它取決于PLC系統(tǒng)的構(gòu)造，并與PLC的掃描時(shí)間親密相關(guān)。最小I/O響應(yīng)時(shí)間輸入ON響應(yīng)時(shí)間+掃描時(shí)間+輸出ON響應(yīng)時(shí)間輸入信號(hào)進(jìn)入PLC內(nèi)部時(shí)，正是I/O刷新時(shí)間 最大I/O響應(yīng)時(shí)間輸入ON響應(yīng)