可編程控制器課件

一PLC系統(tǒng)的組成及功能二PLC的等效電路三PLC的主要邏輯部件四PLC的編程語言五PLC的基本工作原理六PLC的主要技術指標第2章PLC的結構及工作原理

一PLC系統(tǒng)的組成及功能

PLC是微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產(chǎn)物，PLC是一種工業(yè)控制用的專用計算機，是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。

（一）PLC的硬件系統(tǒng)

主機系統(tǒng)（一）PLC的硬件系統(tǒng)2.存儲器包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器3.I/O部件為適應工業(yè)過程現(xiàn)場輸入/輸出信號的匹配，PLC配置了各種類型的輸入/輸出模塊單元：

(1)開關量輸入模塊：把現(xiàn)場各種開關信號變成PLC內部處理的標準信號。分為直流輸入單元和交流輸入單元，分別如圖2.2和圖2.3所示。圖2.2直流開關量輸入單元圖2.3交流開關量輸入單元(2)開關量輸出模塊

它的作用是把PLC的內部信號轉換成現(xiàn)場執(zhí)行機構的各種開關信號。按照現(xiàn)場執(zhí)行機構使用的電源類型的不同，開關量輸出單元可分為:直流輸出模塊（晶體管輸出方式）交流輸出模塊（可控硅輸出方式）交直流輸出模塊（繼電器輸出方式）PLC晶閘管輸出

特別應指出的是，由于繼電器模式具有實際斷點，可以從物理上切斷所控制的回路，同時這種模式既適合于直流情況又適合于交流情況，因此這種模式在開關頻率不太高的情況下是首選的輸出控制方案。圖2.4給出了這種輸出方案的原理圖。圖2.4繼電器模式輸出單元(3)模擬量輸入單元

模擬量輸入在過程控制中的應用很廣，如常用的溫度、壓力、速度、流量、酸堿度、位移的各種工業(yè)檢測都是對應于電壓、電流的模擬量值，再通過一定運算(PID)后，控制生產(chǎn)過程達到一定的目的。模擬量輸入電平大多是從傳感器通過變換后得到的，模擬量的輸入信號為4～20mA的電流信號或1～5V、-10～10V、0～10V的直流電壓信號。模擬量輸入單元的作用是把現(xiàn)場連續(xù)變化的模擬量標準信號轉換成PLC內部處理的、由若干位表示的數(shù)字信號。模擬量輸入單元一般由濾波、A/D轉換器、光耦合器隔離等部分組成。（一）PLC的硬件系統(tǒng)4.電源部件

電源模塊負責將外部供電電源轉換成使PLC內部的CPU存儲器和I/O接口等電路工作所需的直流電源5.編程器6.其他外部設備7.I/O擴展單元標準編程器PLC配置(2)用戶程序

用戶程序是根據(jù)生產(chǎn)過程控制的要求由用戶使用制造企業(yè)提供的編程語言自行編制的應用程序。用戶程序包括開關量邏輯控制程序、模擬量運算程序、閉環(huán)控制程序和操作站系統(tǒng)應用程序等。開關量邏輯控制程序。它是PLC用戶程序中最重要的一部分。模擬量運算程序及閉環(huán)控制程序。通常，它是在大中型PLC上實施的程序。

操作站系統(tǒng)程序。它是大型PLC系統(tǒng)經(jīng)過通信聯(lián)網(wǎng)后，由用戶為進行信息交換和管理而編制的程序。3.程序結構順序結構：順序編寫用戶指令，適用于小型PLC模塊結構:大程序分為許多程序模塊適用大中型PLC二PLC的等效電路1.接線程序控制和存儲程序控制

接線程序控制：導線連接繼電器、接觸器、電子元件等分立器件，形成滿足控制對象動作要求的控制程序，這種控制系統(tǒng)稱為接線程序控制系統(tǒng)。

存儲程序控制：將控制邏輯以程序語言的形式存放在存儲器中，通過執(zhí)行存儲器中的程序實現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求，這樣的控制系統(tǒng)稱為存儲程序控制系統(tǒng).2.PLC的等效電路

PLC組成的存儲程序控制系統(tǒng)有三部分組成：

輸入設備：控制開關和傳感器。

PLC內部控制電路：是由編程實現(xiàn)的邏輯電路，用軟件編程代替繼電器的功能，對于使用者來說，可以不考慮其內部的負責結構，直接把PLC看成有許多“軟繼電器”組成的，用近似繼電器控制線路圖的編程語言對其編程。

輸出設備：將PLC的輸出控制信號轉換為驅動

被控對象工作的信號2.PLC的等效電路1.輸入回路由外部輸入電路、PLC輸入接線端子、輸入繼電器組成。2.內部控制電路

由用戶程序形成，按照程序規(guī)定的邏輯關系，對輸入信號和輸出信號的狀態(tài)進行運算、處理和判斷，得到相應的輸出。3.輸出回路由常開觸點、輸出接線端子和外部電路組成，驅動外部負載

三PLC的主要邏輯部件1.繼電器邏輯

PLC內部存儲單元的“1”和“0”狀態(tài)對應于繼電器的“ON”和“OFF”狀態(tài)

軟繼電器與物理繼電器相比有以下特點：

a體積小，功耗低

b無觸點，速度快，壽命長

c

有無數(shù)個常開/常閉觸點供程序使用。2.定時器邏輯

定時器T相當于繼電器控制系統(tǒng)中的時間繼電器，一般包括以下內容：（1）定時條件—控制定時器操作（2）定時語句—指定所使用的定時器，給出定時設定值（3）定時器的當前值—記錄定時時間（4）定時繼電器—達到設定的時間值為ON未開始定時或未達到設定值時為OFF3.計數(shù)器邏輯一個計數(shù)器有以下幾個內容（1）計數(shù)器的復位信號（2）計數(shù)器的計數(shù)信號（3）計數(shù)器設定值的記憶單元（4）計數(shù)器當前值單元計數(shù)器的計數(shù)值達到設定值時計數(shù)繼電器為ON，復位或未達到設定值時為OFF4.觸發(fā)器邏輯

觸發(fā)器邏輯用來記憶信息，觸發(fā)器可以被置位成“1”，也可被復位成“0”5.移位寄存器1.可編程序控制器的工作過程

PLC上電后，就在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下，周而復始地按固定順序對系統(tǒng)內部的各種任務進行查詢、判斷和執(zhí)行，這個過程實質上是一個不斷循環(huán)的順序掃描過程。一個循環(huán)掃描過程稱為掃描周期。

二PLC的工作過程與工作原理2.PLC的輸入/輸出過程

PLC的工作方式是周期掃描方式，所以其輸入/輸出過程是定時進行的，對用戶程序而言，要處理的輸入信號是輸入信號狀態(tài)暫存區(qū)的信號，而不是實際的信號。運算處理后的輸出信號被放入輸出信號狀態(tài)暫存區(qū)中，而不是直接輸出到現(xiàn)場的。

PLC周期性的輸入/輸出處理方式對一般控制對象而言是能夠滿足的，但是對那些要求響應時間小于掃描周期的控制系統(tǒng)則不能滿足，這時可以用智能型輸入/輸出單元或專門的軟件指令，通過與掃描周期脫離的方式來解決。3.PLC的工作原理

PLC的工作原理與計算機的工作原理是基本一致的。PLC執(zhí)行的任務是串行的，與繼電器邏輯控制系統(tǒng)中控制任務的執(zhí)行有所不同。從PLC的工作過程可以看到，整個工作過程是以循環(huán)掃描的方式進行的。循環(huán)掃描方式是指在程序執(zhí)行過程的周期中，程序對各個過程輸入信號進行采樣，對采樣的信號進行運算和處理，并把運算結果輸出到生產(chǎn)過程的執(zhí)行機構中。PLC工作方式PLC的掃描周期T=公共部分掃描時間+外設掃描時間+用戶程序執(zhí)行時間+I／0掃描時間PLC的I／0響應時間=輸入延遲時間+掃描周期+輸出延遲時間+輸出時間1.

PLC的編程語言

PLC為用戶提供了完整的編程語言，以適應編制用戶程序的需要。PLC提供的編程語言通常有以下幾種：梯形圖、指令表、順序功能流程圖和功能塊圖。1.梯形圖(LAD)

梯形圖(LAD)編程語言是從繼電器控制系統(tǒng)原理圖的基礎上演變而來的。PLC的梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號和表達方式上有一定區(qū)別。

三PLC的編程語言和程序結構圖2.5典型的梯形圖2.指令表(STL)

指令表(STL)編程語言類似于計算機中的助記符語言，它是可編程序控制器最基礎的編程語言。所謂指令表編程，是用一個或幾個容易記憶的字符來代表可編程序控制器的某種操作功能。圖2.6是一個簡單的PLC程序，圖(a)是梯形圖程序，圖(b)是相應的指令表。圖2.6基本指令應用舉例(a)梯形圖；(b)指令表

3.順序功能流程圖(SFC)

順序功能流程圖(SFC)編程是一種圖形化的編程方法，亦稱功能圖。使用它可以對具有并發(fā)、選擇等復雜結構的系統(tǒng)進行編程，許多PLC都提供了用于SFC編程的指令。目前，國際電工協(xié)會(IEC)也正在實