[信息與通信]第二章 PLC的基礎知識ppt課件

1、 ? PLC原理及應用原理及應用?第二章第二章 PLC的根底知識的根底知識 第二章第二章 PLC的根底知識的根底知識 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展構成可編程序控制器的擴展構成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存儲程序控制存儲程序控制 1、接線程序控制：通過電器元器件的固定接線來實現(xiàn)控制邏輯，完成控制任務。制造周期較長，造價相應較高，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器

2、中，利用程序來實現(xiàn)控制邏輯，完成控制任務。具有通用、靈敏、可靠性高等特點 可編程序控制器構成的存儲程序控制系統(tǒng)的組成部分： 輸入部分：它們直接承受來自操作臺上的操作命令，或來自被控對象上的各種狀態(tài)信息，如按鈕、開關、傳感器等。 輸出部分：它們用來承受程序執(zhí)行結果的狀態(tài)，以操作各種被控對象，如電動機、電磁閥、狀態(tài)指示部件等。 控制部分：采用微處理器和存儲器，執(zhí)行按照被控對象的實際要求編制并存入程序存儲器的程序，來完成控制任務。軟繼電器的概念：對于使用者來說，在編制應用程序時，可以不考慮微處理器和存儲器的復雜構成及其使用的計算機語言，而把PLC看成是內部由許多“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展編程。 PLC內部的繼電器并不是實際的物理繼電器，它本質上是存儲器中的某些觸發(fā)器，該位觸發(fā)器狀態(tài)為“1時，相當于繼電器接通；該位觸發(fā)器狀態(tài)為“0時，相當于繼電器斷開。 “軟繼電器的線圈、常開接點、常閉接點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、計時計數器等。其中輸入輸出繼電器一般與外部輸入、輸出設備相連接，而其他繼電器與外部設備沒有直接聯(lián)絡，因此可統(tǒng)稱為內部繼電器。 線圈 常開接點 常閉接點 內部“軟接線”（用程序實現(xiàn)） 輸入繼電器線圈 繼電器接點 內部 繼電器線圈 負載電源 輸出公共端 輸出接點 C

4、OM COM 輸入公共端 輸入端 用戶輸出設備 （接觸器、電磁閥等）用戶輸入設備（按鈕、限位開關等）PLC控制系統(tǒng)的組成 2.1.2 PLC 常用術語常用術語 1位 是PLC中邏輯運算的根本元素，通常也稱為內部繼電器。2I/O點 常用I/O點數來表征PLC的規(guī)模。 3通道 一個通道含16位，或者說含16個繼電器。4區(qū) 一樣類型通道的集合。數據區(qū)、定時/計數器區(qū)、內部繼電器區(qū)等 數字 2 數字 3 數字 1 數字 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 外部設備盒式磁帶機

5、打印機 EPROM寫入器 圖形監(jiān)控系統(tǒng) PC或上位計算機 輸入單元 外設I/O接口 微處理器（CPU） 運算器 控制器 輸出單元 存儲器 EPROM (系統(tǒng)程序 ) RAM （用戶程序） I/O擴展接口 電源 I/O擴展機 編程器 用戶輸出設備用戶輸入設備1主機CPU模塊在主機內部，由微處理器MPU通過數據總線、地址總線、控制總線以及輔助電路連接存儲器、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據；讀取、解釋并執(zhí)行用戶程序；按規(guī)定的時序接收輸入狀態(tài)、刷新輸出狀態(tài)，與外部設備交換信息等。總之，由主機實現(xiàn)對整個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、單片機等。 2存儲器：PLC的存儲器用于存儲程序和數據。系統(tǒng)程序存儲器用于存儲系統(tǒng)程序，一般采用ROM或EPROM；用戶程序存儲器用于存儲用戶的應用程序。 3I/O接口：I/O接口是MPU與外部設備、I/O模塊等的連接部件，用于擴大PLC總線的驅動才能和扇入扇出點數。2電源 PLC配有開關式穩(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范圍內正常工作。3輸入輸出模塊 是PLC與現(xiàn)場I/O設備或其他外部設備之間的連接部件。 輸入模塊用于調理輸入信號，對輸入信號進

7、展濾波、隔離、電平轉換等，把輸入信號的邏輯值平安可靠地傳遞到PLC內部。輸出模塊用于把用戶程序的邏輯運算結果輸出到PLC外部，輸出模塊具有隔離PLC內部電路和外部執(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直流開關量輸入模塊原理圖 T 濾波 濾波 2交流開關量輸入模塊： 圖2-5 交流開關量輸入模塊原理圖 輸入選擇器 COM C R3 D R2 R1 AC 200240V 濾波 濾波 T 輸入 3直流開關量輸出模塊 圖2-6 直流開關量輸出模塊原理圖 輸出鎖存器 D2 DC 24V 負載 COM F D3

8、T1 D1+V L8 L1 4交流開關量輸出模塊 輸出鎖存器 AC 250V COM F 圖2-7 交流開關量輸出模塊原理圖 L0 負載 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 負載 L1 L8 J8 D1 .6開關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 內部繼電器（即位）A15圖2-9 輸入模塊等效電路00000000154功能模塊 除開關量輸入/輸出外，PLC的其他輸入/輸出功能由功能

9、模塊來實現(xiàn)。一個功能模塊占用多個輸入輸出通道，因此在組合式PLC中對功能模塊的使用數量存在限制，而對開關量輸入/輸出模塊的數量不加限制。一般地，除編程器以外的外部設備需經功能模塊才能與主機總線連接。因此，對應于各種外設以及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 動態(tài)輸入/輸出模塊 溫度傳感器模塊 高速計數模塊 PID模塊 遠程I/O模塊 通訊模塊 5擴展口擴展口是PLC的總線接口。主機與近程擴展機之間利用擴展口相連接。6編程器編程器是PLC最常用的外設，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。 編程器上的方式選擇開關

10、 編程位置：PLC主機處于編程方式。用戶可通 過編程器向PLC輸入、查詢、修改用戶程序，但PLC不運行用戶程序；監(jiān)控位置：PLC主機處于監(jiān)控方式。PLC已運行用戶程序，用戶不能輸入和修改用戶程序，但可查詢用戶程序，干預戶程序運行。運行位置：PLC主機處于運行方式。PLC運行用戶程序，用戶不能輸入和修改用戶程序，也不能干預用戶程序的運行情況，只能查詢用戶程序并監(jiān)視其狀態(tài)。 7其他外設PLC可帶打印機、CRT顯示器、鍵盤等外設，這些外設需通過相應的功能模塊與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出廠時就已固化于RO

11、M型系統(tǒng)程序存儲器中，不需要用戶干預。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用程序，是用戶為完成某一特定的控制任務而利用PLC的編程語言編制的程序。用戶程序通過編程器輸入到PLC的用戶程序存儲器中。 3編程語言各種型號的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算機匯編語言，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編程語言中應用最多的一種語言。 2.3 可編程序控制器的擴展構成可編程序控制器的擴展構成 在實際應用中，經常遇到僅用主機不能滿足控

12、制要求的情況。例如，有的場合控制規(guī)律不太復雜，但信號較多，這時僅用主機就可能出現(xiàn)輸入/輸出點數不夠用，而選用高檔PLC雖然輸入/輸出點數夠用，但本錢較高。在這種情況下，應考慮采用主機帶擴展機的方式。 2.3.1 近程擴展方式近程擴展方式 當CPU主機上的I/O點數不能滿足需要時，或組合式PLC選用的模塊較多在主機上安裝不開時，可通過擴展口進展近程擴展。 CPU 主機箱1 號擴展機箱2 號擴展機箱圖2-12 近程擴展方式幾點注意：不同型號的PLC所帶擴展機的數量不同；主機和擴展機必須同類型，但不一定同型號； 在構成近程擴展方式時，一般采用主機I/O點數多于擴展機I/O點數的方式。 2.3.2 通

13、訊聯(lián)網方式通訊聯(lián)網方式 PLC有多種通訊模塊，利用這些通訊模塊，配以適當的通訊適配器，可以構成PLC網絡和計算機PLC網絡。 1HOST Link通訊 PLC與上位機的連接通訊稱為HOST Link通訊。一臺CPM2A與一臺上位機通訊稱為1：1方式；多臺CPM2A與一臺上位機通訊稱為1：N方式。 利用1：N HOST Link 通訊可以用一臺上位機監(jiān)控多臺PLC，實現(xiàn)集散控制，一臺上位機最多可以監(jiān)控32臺PLC。 2同級連接系統(tǒng)Controller Link網 Controller Link是一種工廠自動化網絡形式，它可在CS1、C200H、CVM1等PLC之間進展數據交換。此外，還可與帶Co

14、ntroller Link支持卡的上位機進展大容量數據包的發(fā)送和接收操作。 C P U C P U C P U 上位機 Controller Link 支持卡 雙絞線電纜 Controller Link 單元 圖2-13 Controller Link的系統(tǒng)結構圖 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，但其掃描時間上有所不同。所謂掃描時間，是指PLC兩次執(zhí)行用戶程序之間的時間間隔，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、外設效勞、運算處理、I/O刷新。其中，共同處理、上位鏈接效勞、外設效勞、運算處理、I/O刷新所占用的時間構成了PLC的掃描時間TS。 1上電后初始處理 PLC剛加上電源后，進展一次上電后初始處理，為PLC工作做好準備。上電后初始處理，用于去除內部繼電器區(qū)，并復位所有計時器，檢查I/O單元的連接等。 2共同處理用于復位監(jiān)視計時器，檢查I/O總線是否正常，檢查掃描時間是否過長，檢查程序存儲器有無異常。檢查正常后，方可進展下面的操作。假如有異常情況，可根據錯誤的嚴重程度發(fā)出報警或停頓PLC運行。共同處理時間記為TC。 n3上位鏈接效勞n在構成計算機PLC網絡時，用于處理與計算機間的通訊。n4外設

16、效勞n用于處理來自外部設備的信息。外設效勞時間TO取決于共同處理時間TC、上位鏈接效勞時間TL、運算處理時間TP和I/O刷新時間TR。 n5運算處理n用于執(zhí)行用戶程序。每條指令均有其執(zhí)行時間，并且同條指令執(zhí)行時與不執(zhí)行時所占用的時間也不一樣。運算處理時間就是CPU執(zhí)行一遍用戶程序所用的時間。受此因素影響，運算處理時間TP不是常數，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)行結果輸出到PLC外部。I/O刷新時間TR與PLC硬件系統(tǒng)的構成有關，取決于PLC中I/O模塊的數量

17、以及是否具有遠程擴展機。PLC的I/O刷新時間為主機和近程擴展機I/O刷新時間加上遠程部分I/O刷新時間。 n7PLC掃描時間TSnPLC的掃描時間TSTC十TL+TO+TP+TR。由于TP不是定值，構成計算機PLC網絡時TL也不是定值，所以在一個PLC系統(tǒng)用戶程序不變的情況下，TS也不是定值。掃描時間TS的大小，對PLC的工作有著重要影響。掃描時間越長。PLC系統(tǒng)反響越慢，輸入信號的允許頻率越低，用于定位控制時產生的誤差越大。因此，在進展PLC系統(tǒng)設計時，除硬件選擇得當、構造合理外，軟件上應盡可能地減小運算處理時間TP，從而減小掃描時間TS。 2.4.3 I/O響應響應 I/O響應是從輸入狀態(tài)變化到與之相關的外部輸出狀態(tài)變化之間的過程。 I/O響應時間是表征PLC反響速度的一個重要指標，它取決于PLC系統(tǒng)的構造，并與PLC的掃描時間親密相關。最小I/O響應時間輸入ON響應時間+掃描時間+輸出ON響應時間輸入信號進入PLC內部時，正是I/O刷新時間 最大I/O響應時間輸入ON響應