PLC工作原理-PPT課件

1、第四章 PLC工作原理 一、可編程控制器概述 二、可編程控制器的基本原理 三、可編程控制器的性能指標(biāo) 本章主要講解什么是PLC？1.可編程控制器的定義是一種工業(yè)控制裝置是在電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，將自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。通用叫法中文名稱為可編程控制器；英文名稱為Programmable Logic Controller，簡稱PLC。一、可編程控制器概述 1.可編程控制器的定義1987年，國際電工委員會(huì)（IEC）定義： “可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的

2、存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)”。 2.可編程控制器的產(chǎn)生因?yàn)槔^電器邏輯電路配線復(fù)雜2.可編程控制器的產(chǎn)生背景：1968年美國通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換繼電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。 1968年，GM公司提出十項(xiàng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；

3、維護(hù)方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；可靠性高于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；成本可與繼電器控制柜競爭；可將數(shù)據(jù)直接送入計(jì)算機(jī)；可直接使用115V交流輸入電壓；輸出采用115V交流電壓，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、交流接觸器等；通用性強(qiáng)，擴(kuò)展方便;能存儲(chǔ)程序，存儲(chǔ)器容量可以擴(kuò)展到4KB。2.可編程控制器的產(chǎn)生1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制第一臺可編程控制器，并應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。2.可編程控制器的產(chǎn)生3. 可編程控制器的特點(diǎn)無觸點(diǎn)免配線，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)編程簡單，容易掌握 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少維修工作量小，維護(hù)方便體積小，能耗

4、低. 4.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域4.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域4.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域4.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域4.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域4.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域4.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域4.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域4.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域4.可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域5.可編程控制器的發(fā)展高性能、高速度、大容量發(fā)展為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)容量。目前，有的PLC的掃描速度可達(dá)0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個(gè)性能指標(biāo)。在存儲(chǔ)容量方面，有的PLC最高可達(dá)幾十兆字節(jié)。為了擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，有的公司已使用了磁泡存儲(chǔ)器或硬盤。 向小型化和大型化兩

5、個(gè)方向發(fā)展小型PLC由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場需要已開發(fā)了各種簡易、經(jīng)濟(jì)的超小型微型PLC，最小配置的I/O點(diǎn)數(shù)為816點(diǎn)，以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要。 大型化是指大中型PLC 向大容量、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，使之能與計(jì)算機(jī)組成集成控制系統(tǒng)，對大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的自動(dòng)控制?，F(xiàn)已有I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)的超大型PLC，其使用32位微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲(chǔ)器，功能強(qiáng)。5.可編程控制器的發(fā)展大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)與通信能力為滿足各種控制系統(tǒng)的要求，不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。P

6、LC的聯(lián)網(wǎng)與通信有兩類： PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信，各PLC生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段； PLC與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信。為了加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)與和通信能力，PLC生產(chǎn)廠家也在協(xié)商制訂通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 5.可編程控制器的發(fā)展增強(qiáng)外部故障的檢測與處理能力據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明：在PLC控制系統(tǒng)的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，輸入設(shè)備占45%，輸出設(shè)備占30%，線路占5%。前二項(xiàng)共20%故障屬于PLC的內(nèi)部故障，它可通過PLC本身的軟、硬件實(shí)現(xiàn)檢測、處理。而其余80%的故障屬于PLC的外部故障。PLC生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。 5

7、.可編程控制器的發(fā)展編程語言多樣化在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖、語句表語言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢。5?？删幊炭刂破鞯陌l(fā)展按I/O點(diǎn)數(shù)分小型PLC I/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以下的為小型PLC （其中I/O點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的為超小型或微型PLC）中型PLC I/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以上、2048點(diǎn)以下的為中型PLC大型PLC I/O點(diǎn)數(shù)為2048以上的為大型PLC （其

8、中I/O點(diǎn)數(shù)超過8192點(diǎn)的為超大型PLC）6.可編程控制器的類型按結(jié)構(gòu)形式分整體式PLC 將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低等特點(diǎn)。6.可編程控制器的類型6.可編程控制器的類型模塊式PLC 將PLC各組成部分分別作成若干個(gè)單獨(dú)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。6.可編程控制器的類型緊湊式PLC 還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來。按功能分低檔PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。 中檔PLC 具

9、有低檔PLC功能外，增加模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還增設(shè)中斷、PID控制等功能。 高檔PLC 具有中檔機(jī)功能外，增加帶符號算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)運(yùn)算、制表及表格傳送等。高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能。 6.可編程控制器的類型二、 PLC的基本原理工作方式 周期循環(huán)掃描工作過程自診斷、輸入采樣、程序掃描、輸出刷新幾個(gè)階段。掃描周期 T =自檢時(shí)間+讀入一點(diǎn)時(shí)間輸入點(diǎn)數(shù)+程序步數(shù)運(yùn)算速度+輸出一點(diǎn)時(shí)間輸出點(diǎn)數(shù)。PLC的工作過程示意圖型號及意義特殊品種輸出形式單元類型I/O總點(diǎn)數(shù)系列序號DD

10、C電源A1AC電源H大電流輸出擴(kuò)展模塊V立式端子排的擴(kuò)展模塊C接插口輸入輸出方式F輸入濾波器1ms 擴(kuò)展模塊LTTL輸入擴(kuò)展模塊S獨(dú)立端子（無公共端）擴(kuò)展模塊R繼電器輸出T晶體管輸出S晶閘管輸出M基本單元E輸入輸出混合擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊EX輸入專用擴(kuò)展模塊EY輸出專用擴(kuò)展模塊16256點(diǎn)0、2、ON、2C、2N型號的命名方式三、PLC的組成型號及意義I/O點(diǎn)數(shù)：16256點(diǎn)單元類型 M表示基本單元 E表示擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊 EX擴(kuò)展輸入單元 EY擴(kuò)展輸出單元型號及意義型號變化DS24VDC，世界型ES世界型（晶體管型為漏輸出）ESS世界型（晶體管型為源輸出）輸出形式R繼電器輸出T晶體管輸出S晶

11、閘管輸出PLC硬件系統(tǒng)組成外部設(shè)備現(xiàn)場用戶輸出設(shè)備微處理器（CPU）運(yùn)算器控制器輸出部件輸入部件系統(tǒng)存儲(chǔ)器用戶存儲(chǔ)器I/O擴(kuò)展接口通訊及編程接口編程設(shè)備計(jì)算機(jī)打印機(jī)等傳感器按鈕、開關(guān)現(xiàn)場信號電磁閥中間繼電器執(zhí)行器現(xiàn)場用戶輸入設(shè)備擴(kuò)展設(shè)備擴(kuò)展單元通訊模塊功能模塊電源變換器110V/220V市電PLC基本單元PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖FX 系列PLC的硬件配置圖FX 系列PLC的網(wǎng)絡(luò)通信能力微處理器（CPU）接收并存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)；診斷電源、PLC工作狀態(tài)及編程的語法錯(cuò)誤；接收輸入信號，送入數(shù)據(jù)寄存器并保存；運(yùn)行時(shí)順序讀取、解釋、執(zhí)行用戶程序，完成用戶 程序的各種操作；將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。

12、 PLC硬件系統(tǒng)組成系統(tǒng)存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器+系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序）；存放模塊化應(yīng)用功能子程序；存放命令解釋程序；存放功能子程序的調(diào)用管理程序；存放存儲(chǔ)系統(tǒng)參數(shù)。PLC硬件系統(tǒng)組成用戶存儲(chǔ)器RAM/EPROM/EEPROM存放用戶工作程序；存放工作數(shù)據(jù)。PLC硬件系統(tǒng)組成輸入單元帶光電隔離電路多種輔助電源類型：AC電源DC24V輸入 DC電源DC24V輸入 DC電源DC12V輸入接收開關(guān)量及數(shù)字量信號（數(shù)字量輸入單元）；接收模擬量信號（模擬量輸入單元）；接收按鈕或開關(guān)命令（數(shù)字量輸入單元）；接收傳感器輸出信號。輸出單元帶光電隔離器及濾波器多種輸出方式：晶體管 晶閘管 繼電器

13、驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載（晶體管輸出單元）；驅(qū)動(dòng)非頻繁動(dòng)作的交/直流負(fù)載（繼電器輸出單元）；驅(qū)動(dòng)頻繁動(dòng)作的交/直流負(fù)載（晶閘管輸出單元）。通訊及編程接口采用RS-485或RS-422串行總線連接專用編程器（FX-20P、FX-10P）；連接個(gè)人電腦（PC），實(shí)現(xiàn)編程及在線監(jiān)控；連接工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)編程及在線監(jiān)控；連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器），實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊；連接打印機(jī)等計(jì)算機(jī)外設(shè)。PLC硬件系統(tǒng)組成I/O擴(kuò)展接口采用并行通訊方式擴(kuò)展I/O模塊；擴(kuò)展位置控制模塊（如F2-30GM）；擴(kuò)展通訊模塊（如FX-232AW等）；擴(kuò)展模擬量控制模塊（如FX-2DA、FX-4AD等）。PLC軟件系統(tǒng)組成系統(tǒng)監(jiān)控程序 運(yùn)行管理

14、 生成用戶元件系統(tǒng)內(nèi)部自檢管理程序 解釋程序標(biāo)準(zhǔn)程序模塊、系統(tǒng)調(diào)用用戶程序自動(dòng)化系統(tǒng)控制程序數(shù)據(jù)表格軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)十進(jìn)制數(shù)（DEC:DECimal number），常用于：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的設(shè)定值；輔助繼電器（M）、定時(shí)器（T）、計(jì)數(shù)器（C）、狀態(tài)（S）等軟元件的地址號；應(yīng)用指令的數(shù)值型操作數(shù)及指令動(dòng)作常數(shù)（K）。十六進(jìn)制數(shù)（HEX:HEXdecimal number） 與十進(jìn)制數(shù)一樣，用于指定應(yīng)用指令的數(shù)值型操作數(shù)及指令動(dòng)作常數(shù)（H）。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)二進(jìn)制數(shù)（BIN:BINary number） PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)類型，通過外設(shè)進(jìn)行監(jiān)視時(shí)，各軟元件的數(shù)值自動(dòng)變換為十進(jìn)制數(shù)或十六進(jìn)制數(shù)。八進(jìn)制數(shù)（OCT

15、:OCTal number）用于輸入繼電器和輸出繼電器的軟元件編號。輸入繼電器用X00X07、X10X17、X20X27等八進(jìn)制格式進(jìn)行編號；輸出繼電器用Y00Y07、Y10Y17、Y20Y27等八進(jìn)制格式進(jìn)行編號。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)BCD碼（BCD:BINary Code Decimal）用二進(jìn)制形式表示的十進(jìn)制數(shù)，常采用8421BCD碼。常用BCD碼編碼開關(guān)將BCD碼數(shù)據(jù)送入PLC；PLC常以BCD碼格式將輸出數(shù)據(jù)送數(shù)碼顯示器顯示。浮點(diǎn)數(shù)據(jù)（標(biāo)繪值）二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)常用于高精度浮點(diǎn)運(yùn)算；十進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)用于實(shí)施監(jiān)視。輸入繼電器（X）在PLC內(nèi)部，與輸入端子相連的輸入繼電器是光電隔離的電子繼電器，采用八進(jìn)制編

16、號，有無數(shù)個(gè)常開和常閉觸點(diǎn)。輸入繼電器不能用程序驅(qū)動(dòng)。軟元件（邏輯元件）輸出繼電器（Y）輸出繼電器采用八進(jìn)制編號，有內(nèi)部觸點(diǎn)和外部輸出觸點(diǎn)（繼電器觸點(diǎn)、雙向可控硅、晶體管等輸出元件）之分，由程序驅(qū)動(dòng)。在PLC內(nèi)部，外部輸出觸點(diǎn)與輸出端子相連，向外部負(fù)載輸出信號，且一個(gè)輸出繼電器只有一個(gè)常開型外部輸出觸點(diǎn)。輸出繼電器有無數(shù)個(gè)內(nèi)部常開和常閉觸點(diǎn)，編程時(shí)可隨意使用。軟元件（邏輯元件）輔助繼電器（M）由內(nèi)部軟元件的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng),常開和常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不限，但不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載,采用十進(jìn)制編號。通用輔助繼電器M0M499（500點(diǎn)）掉電保持輔助繼電器M500M1023（524點(diǎn)）特殊輔助繼電器M8000M

17、8255（256點(diǎn)） 只能利用其觸點(diǎn)的特殊輔助繼電器可驅(qū)動(dòng)線圈的特殊輔助繼電器通用輔助繼電器與掉電保持用輔助繼電器的比例，可通過外設(shè)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。軟元件（邏輯元件）只能利用其觸點(diǎn)的特殊輔助繼電器M8000：運(yùn)行監(jiān)控用，PLC運(yùn)行時(shí)M8000接通。M8002：僅在運(yùn)行開始瞬間接通的初始脈沖特殊輔助繼電器。M8012：產(chǎn)生100ms時(shí)鐘脈沖的特殊輔助繼電器。可驅(qū)動(dòng)線圈的特殊輔助繼電器M8030：鯉電池電壓指示燈特殊繼電器。M8033：PLC停止時(shí)輸出保持特殊輔助繼電器。M8034：止全部輸出特殊輔助繼電器。M8039：時(shí)掃描特殊輔助繼電器。狀態(tài)（S）狀態(tài)是對工序步進(jìn)型控制進(jìn)行簡易編程的內(nèi)部軟元

18、件，采用十進(jìn)制編號。與步進(jìn)指令STL配合使用；狀態(tài)有無數(shù)個(gè)常開觸點(diǎn)與常閉觸點(diǎn)，編程時(shí)可隨意使用；狀態(tài)不用于步進(jìn)階梯指令時(shí)，可作輔助繼電器使用。狀態(tài)同樣有通用狀態(tài)和掉電保持用狀態(tài)，其比例分配可由外設(shè)設(shè)定。軟元件（邏輯元件）狀態(tài)（S）狀態(tài)有五種類型：初始狀態(tài)S0S9共10點(diǎn)回零狀態(tài)S10S19共10點(diǎn)通用狀態(tài)S20S499共480點(diǎn)保持狀態(tài)S500S899共400點(diǎn)報(bào)警用狀態(tài)S900S999共100點(diǎn) 軟元件（邏輯元件）定時(shí)器（T）定時(shí)器實(shí)際是內(nèi)部脈沖計(jì)數(shù)器，可對內(nèi)部1ms、10ms和100ms時(shí)鐘脈沖進(jìn)行加計(jì)數(shù)，當(dāng)達(dá)到用戶設(shè)定值時(shí)，觸點(diǎn)動(dòng)作。定時(shí)器可以用用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi)的常數(shù)k或H作為設(shè)定值，也

19、可以用數(shù)據(jù)寄存器D的內(nèi)容作為設(shè)定值。普通定時(shí)器（T0T245）100ms定時(shí)器T0T199共200點(diǎn)，設(shè)定范圍0.13276.7s；10ms定時(shí)器T200T245共46點(diǎn)，設(shè)定范圍0.01327.67s。積算定時(shí)器（T246T255）1ms定時(shí)器T246T249共4點(diǎn)，設(shè)定范圍0.00132.767s；100ms定時(shí)器T250T255共6點(diǎn)，設(shè)定范圍為0.13276.7s。軟元件（邏輯元件）T10K123X0T10Y1普通定時(shí)器的工作原理加法計(jì)數(shù)器設(shè)定值K、H或D觸點(diǎn)動(dòng)作TxTx時(shí)鐘脈沖驅(qū)動(dòng)相等比較器T10T250設(shè)定值K計(jì)數(shù)器1100ms時(shí)鐘脈沖X2X1觸點(diǎn)動(dòng)作Tx相等比較器積算定時(shí)器的工作

20、原理RSTT250K345X1X2T250Y1T250計(jì)數(shù)器（C） 計(jì)數(shù)器可分為通用計(jì)數(shù)器和高速計(jì)數(shù)器。16位通用加計(jì)數(shù)器，C0C199共200點(diǎn)，設(shè)定值：132767。設(shè)定值K0與K1含義相同，即在第一次計(jì)數(shù)時(shí)，其輸出觸點(diǎn)動(dòng)作。32位通用加/減計(jì)數(shù)器，C200C234共135點(diǎn)，設(shè)定值：-2147483648+2147483647。高速計(jì)數(shù)器C235C255共21點(diǎn)，共享PLC上6個(gè)高速計(jì)數(shù)器輸入（X0X5）。高速計(jì)數(shù)器按中斷原則運(yùn)行。軟元件（邏輯元件）16位加計(jì)數(shù)器通用型：C0C99共100點(diǎn) 斷電保持型：C100C199共100點(diǎn) 16位計(jì)數(shù)器工作過程示意圖32位雙向計(jì)數(shù)器有兩種32位加/減計(jì)數(shù)器，設(shè)定值：-2147483648+2147483647。通用計(jì)數(shù)器：C200C219共20點(diǎn)保持計(jì)數(shù)器：C220C234共15點(diǎn) 計(jì)數(shù)方向由特殊輔助繼電器M8200M8234設(shè)定。加減計(jì)數(shù)方式設(shè)定：對于C，當(dāng)M8接通（置1）時(shí)，為減計(jì)數(shù)器，斷開