第3講PLC的基本組成與工作原理課件

第3講PLC的基本組成與工作原理

一、教學(xué)目的1．熟悉PLC的工作原理2．掌握PLC的I/O內(nèi)部等效電路及使用方法3．掌握PLC循環(huán)掃描工作方式及應(yīng)用注意事項(xiàng)二、教學(xué)方式與學(xué)時(shí)課堂講解、設(shè)計(jì)分析、學(xué)生練習(xí)，2學(xué)時(shí)三、教學(xué)內(nèi)容1．PLC的產(chǎn)生與發(fā)展情況2．PLC的I/O種類(lèi)與內(nèi)部等效電路3．PLC的工作方式與主要技術(shù)指標(biāo)第3講PLC的基本組成與工作原理一、教學(xué)目的二、教學(xué)1四、思考題1．PLC與其它工控裝置相比有何優(yōu)缺點(diǎn)？2．PLC有哪些I/O單元？各適用什么場(chǎng)合？3．請(qǐng)描述PLC采用循環(huán)掃描工作方式。第3講PLC的基本組成與工作原理

四、思考題第3講PLC的基本組成與工作原理2I0.0I0.1Q0.0Q0.0繼電接觸器控制電機(jī)起停PLC控制電機(jī)起停I0.0I0.1Q0.0Q0.0繼電接觸器PLC3PLC的產(chǎn)生與發(fā)展1.PLC的含義2.PLC的定義3.PLC的發(fā)展PLC的產(chǎn)生與發(fā)展1.PLC的含義4

能不能設(shè)計(jì)一種把計(jì)算機(jī)的通用、靈活、功能完備與繼電器控制的簡(jiǎn)單、易懂相結(jié)合的新型控制裝置呢?

回答是肯定的，就是PLC。PLC是一種集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)于一體的新型自動(dòng)控制裝置，并得到了廣泛應(yīng)用，被譽(yù)為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC、工業(yè)機(jī)器人、CAD/CAM）之一。

繼電接觸器應(yīng)用例子

能不能設(shè)計(jì)一種把計(jì)算機(jī)的通用、靈活、功能完備與繼電器5可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController),簡(jiǎn)稱PLC?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammableController）,簡(jiǎn)稱PC。但個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）常簡(jiǎn)稱為PC（機(jī)），為了避免混淆，可編程控制器簡(jiǎn)稱為PLC。1.PLC含義

PLC應(yīng)用例子

可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicCo62.PLC定義

PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)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)等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。2.PLC定義PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系7

1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出世界上第一臺(tái)PLC，并在GM公司的汽車(chē)自動(dòng)裝配生產(chǎn)上試用成功。1971年，日本引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)并開(kāi)始生產(chǎn)PLC。1973年，德國(guó)和法國(guó)也研制出PLC。1977年，我國(guó)研制成功第一臺(tái)PLC。3.PLC發(fā)展

目前，全世界生產(chǎn)PLC的公司約200家，生產(chǎn)300多種產(chǎn)品。但有七家公司是舉足輕重的，它們是：美國(guó)ROCKWELL所屬的A-B公司，GE-FANUC公司；德國(guó)西門(mén)子公司（SIMENS）;法國(guó)施耐德(Schneider)所屬的美國(guó)MODICON公司和法國(guó)TE公司；日本三菱公司（MITSUBISHI）和立石公司（OMRON）。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出世界上第一臺(tái)PLC，8S7系列是西門(mén)子公司近年推出的新產(chǎn)品。其中，S7-400是大型機(jī)，數(shù)字量I/O可達(dá)128k，模擬量I/O可達(dá)8k；S7-300是中型機(jī)，數(shù)字量I/O可達(dá)16k，模擬量I/O可達(dá)1024個(gè)；S7-200是小型機(jī)，數(shù)字量I/O可達(dá)256個(gè)，模擬量I/O可達(dá)64個(gè)。S7-300S7-400S7系列是西門(mén)子公司近年推出的新產(chǎn)品。其中，S7-400是大9PLC的主要特點(diǎn)靈活性和通用性強(qiáng)干擾能力強(qiáng)、可靠性高編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)與外設(shè)連接簡(jiǎn)單功能強(qiáng)、擴(kuò)展方便控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試時(shí)間短體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化PLC的主要特點(diǎn)靈活性和通用性強(qiáng)101.PLC與繼電器控制邏輯的比較

繼電器控制系統(tǒng)具有價(jià)格便宜，但存在機(jī)械觸點(diǎn)的缺陷，只適用于十分簡(jiǎn)單、功能固定的控制場(chǎng)合；而PLC具有可靠、工藝改變?nèi)菀椎葍?yōu)勢(shì)，必將取代繼電器控制裝置。繼電器控制板1.PLC與繼電器控制邏輯的比較繼電器控112.PLC與單片機(jī)系統(tǒng)的比較

單片機(jī)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但與PLC相比，存在不易掌握、系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜、抗干擾能力不強(qiáng)等缺點(diǎn)，一般適用于控制要求不高的場(chǎng)合。單片機(jī)控制板2.PLC與單片機(jī)系統(tǒng)的比較單片機(jī)系統(tǒng)具有123.PLC與工控計(jì)算機(jī)的比較

工控計(jì)算機(jī)具有總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高、兼容性強(qiáng)、軟件資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于要求快速、模型復(fù)雜、計(jì)算工作量大的場(chǎng)合；而PLC易學(xué)、易懂、可靠性高，在開(kāi)關(guān)量邏輯控制、順序控制及高可靠性要求的場(chǎng)合。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)3.PLC與工控計(jì)算機(jī)的比較工控計(jì)算機(jī)具有總線標(biāo)134.PLC與DCS的比較

DCS是由儀表回路控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的，所以它在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢(shì)，初期主要側(cè)重于回路調(diào)節(jié)功能。而PLC是由繼電器控制邏輯發(fā)展而來(lái)的，所以它在數(shù)字處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢(shì)，初期主要側(cè)重于開(kāi)關(guān)量的順序控制。DCS4.PLC與DCS的比較DCS是由儀表回14開(kāi)關(guān)邏輯控制位置控制過(guò)程控制多級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)PLC的應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)關(guān)邏輯控制PLC的應(yīng)用領(lǐng)域15PLC的基本組成兩種結(jié)構(gòu)：整體式和模塊組合式整體式PLC的組成：由輸入單元、電源、CPU、輸出單元、通信接口、存儲(chǔ)器、I/O擴(kuò)展端口等組成。模塊組合式PLC的基本組成：由系統(tǒng)總線（電源及框架）、通信單元、智能I/O單元、輸出單元、輸入單元、CPU單元等組成。PLC的基本組成兩種結(jié)構(gòu)：整體式和模塊組合式16整體式模塊式整體式模塊式17整體式PLC組成框圖整體式PLC組成框圖18模塊式PLC組成模塊式PLC組成19PLC的存儲(chǔ)器PLC的存貯器分為以下3種:

系統(tǒng)程序存貯器：用于存貯監(jiān)控程序,為只讀存貯器(ROM)。用戶程序存貯器：用于存放用戶程序。不同的PLC，其存貯器類(lèi)型可能不同。有的PLC，其用戶存貯器采用鋰電池或大電容后備的RAM；有些PLC，采用快閃存貯器（FLASHMEMORY）；有些PLC，采用EPROM。數(shù)據(jù)存貯器：一般選用RAM，用于保存數(shù)據(jù)。

PLC的存儲(chǔ)器PLC的存貯器分為以下3種:20PLC的I/O單元I/O單元是PLC與外設(shè)聯(lián)系的橋梁。1.開(kāi)關(guān)量輸入單元（1）開(kāi)關(guān)量直流輸入單元（2）開(kāi)關(guān)量交流輸入單元2.開(kāi)關(guān)量輸出單元（1）晶體管輸出單元（2）雙向晶閘管輸出單元（3）繼電器輸出單元PLC的I/O單元I/O單元是PLC與外設(shè)聯(lián)系的橋梁。21直流輸入單元電路圖直流輸入單元電路圖22交流輸入單元電路圖交流輸入單元電路圖23（1）晶體管輸出單元

晶體管輸出單元有匯流（信宿/NPN型）和源流（信源/PNP型）兩種，這兩種輸出單元的外加直流電壓極性不同。當(dāng)內(nèi)部輸出鎖存器為1時(shí)，LED點(diǎn)亮，負(fù)載得電；當(dāng)內(nèi)部輸出鎖存器為0時(shí)，LED熄滅，負(fù)載失電。如果是感性負(fù)載（如接觸器），則必須與負(fù)載并接續(xù)流二極管，以提供能量釋放通路。晶體管輸出單元主要用于輸出脈沖信號(hào)。（1）晶體管輸出單元晶體管輸出單元有匯流（信宿/NP24匯流型晶體管輸出單元電路圖匯流型晶體管輸出單元電路圖25

輸出端子外部只能使用交流電源。如果外加直流電源，當(dāng)雙向晶閘管導(dǎo)通后，則無(wú)法使之關(guān)斷。工作原理為：當(dāng)輸出鎖存器狀態(tài)為1時(shí)，LED點(diǎn)亮，負(fù)載得電。當(dāng)輸出鎖存器狀態(tài)為0時(shí)，LED熄滅，負(fù)載失電。（2）雙向晶閘管輸出單元輸出端子外部只能使用交流電源。如果外加直流電源，當(dāng)雙向26雙向晶閘管輸出單元電路圖雙向晶閘管輸出單元電路圖27

可根據(jù)負(fù)載需要，選擇直流電源或交流電源。其工作過(guò)程：當(dāng)輸出鎖存器狀態(tài)為1時(shí)，繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，負(fù)載得電，LED點(diǎn)亮；當(dāng)輸出鎖存器狀態(tài)為0時(shí)，繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，負(fù)載失電，LED熄滅。由于繼電器觸點(diǎn)的電氣壽命一般為10～30萬(wàn)次，因此在需要輸出點(diǎn)頻繁通斷的場(chǎng)合，應(yīng)選用晶體管（直流負(fù)載）或晶閘管（交流負(fù)載）輸出型的PLC。(3)繼電器輸出單元可根據(jù)負(fù)載需要，選擇直流電源或交流電源。其工作過(guò)程：28繼電器輸出單元電路圖繼電器輸出單元電路圖29PLC通過(guò)外設(shè)端口可與編程器、PC機(jī)、另一臺(tái)PLC等相連。電源部分PLC一般配有開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源向內(nèi)部電路供電,外加220V/110VAC輸入電源。有的PLC能向外部提供24VDC電源,請(qǐng)參閱隨機(jī)手冊(cè)。I/O擴(kuò)展端口

當(dāng)主機(jī)上的I/O點(diǎn)數(shù)或類(lèi)型不能滿足用戶需要時(shí),可通過(guò)I/O擴(kuò)展口連接I/O擴(kuò)展單元來(lái)增加I/O點(diǎn)數(shù)。外設(shè)端口PLC通過(guò)外設(shè)端口可與編程器、PC機(jī)、另一臺(tái)PLC等相連。30

智能單元是一個(gè)具有自己的CPU、存貯器、系統(tǒng)程序、外設(shè)端口的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如A/D單元PID單元、溫度控制單元等。編程工具

1．專(zhuān)用編程器：由PLC制造廠提供,可分為簡(jiǎn)易(手持式)編程器和圖形編程器。

2．計(jì)算機(jī)輔助編程：PLC制造廠提供計(jì)算機(jī)輔助編程軟件，就能在PC機(jī)上完成編程與監(jiān)視工作。

智能單元智能單元是一個(gè)具有自己的CPU、存貯器、系統(tǒng)程序、外設(shè)端31PLC的編程語(yǔ)言

梯形圖(LADDERDIAGRAM)語(yǔ)句表(INSTRUCTIONLIST)順序功能圖(SEQUENTIALFUNCTIONCHART)邏輯功能圖（FUNCTIONBLOCKDIAGRAM）結(jié)構(gòu)文本（STRUCTUREDTEXT）

IEC規(guī)定的5種PLC編程語(yǔ)言PLC的編程語(yǔ)言梯形圖(LADDERDIAGRAM)I32PLC的編程語(yǔ)言

1.梯形圖編程語(yǔ)言PLC的編程語(yǔ)言1.梯形圖編程語(yǔ)言33（1）繼電器控制電路中使用的都是物理繼電器，必須通過(guò)硬接線來(lái)連接。PLC中的繼電器是“軟繼電器”，具有物理繼電器的特點(diǎn)（通電線圈、常開(kāi)觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)），但實(shí)際上是內(nèi)部寄存器的一個(gè)位，互相之間的連接通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。（2）PLC的繼電器有無(wú)數(shù)個(gè)常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)供用戶使用。而物理繼電器的觸點(diǎn)數(shù)是有限的。（3）PLC的輸入繼電器是由外部信號(hào)驅(qū)動(dòng)的。而物理繼電器的狀態(tài)是由通過(guò)它的線圈電流確定的。兩種繼電器的區(qū)別：（1）繼電器控制電路中使用的都是物理繼電器，必須通過(guò)硬接線34PLC的編程語(yǔ)言

語(yǔ)句表編程語(yǔ)言是一種類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，用助記符來(lái)表示各種指令的功能。不同廠家的PLC，其助記符一般不同。語(yǔ)句表編程語(yǔ)言不如梯形圖形象、直觀，但是在使用手持式編程器輸入用戶程序時(shí)，必須把梯形圖程序轉(zhuǎn)換成語(yǔ)句表程序才能輸入。

2.語(yǔ)句表編程語(yǔ)言PLC的編程語(yǔ)言語(yǔ)句表編程語(yǔ)言是一種類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的匯編35PLC的工作方式

PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。即：PLC接通電源，進(jìn)行系統(tǒng)初始化處理后，不管用戶程序執(zhí)行條件如何，都周而復(fù)始地進(jìn)行循環(huán)掃描，并執(zhí)行系統(tǒng)程序規(guī)定的任務(wù)，如右圖所示。PLC的工作方式PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。即：PLC36每個(gè)掃描周期的5個(gè)工作階段公共處理階段：CPU要復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器，進(jìn)行硬件和用戶程序檢查。若發(fā)現(xiàn)一般性故障，則只報(bào)警而不停機(jī)。執(zhí)行用戶程序階段：從上到下、從左到右的順序執(zhí)行。輸入信息從PLC內(nèi)部繼電器的映像寄存器讀取，而不是直接從PLC的輸入端子讀取。執(zhí)行結(jié)也是寫(xiě)入元件映像寄存器中，而不是立即用于驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，必須等到I/O刷新階段才將全部輸出信號(hào)通過(guò)輸出端子從而控制負(fù)載。掃描周期計(jì)算處理階段I/O刷新階段：從輸入電路讀取各輸入點(diǎn)的狀態(tài)信息，并將此狀態(tài)信息寫(xiě)入輸入映像寄存器中；將輸出繼電器的元件映像寄存器的狀態(tài)信息傳送到相應(yīng)的輸出鎖存器中，再經(jīng)輸出電路隔離和功率放大后傳送到PLC的輸出端。外設(shè)端口服務(wù)階段：完成CPU與外設(shè)的通信處理每個(gè)掃描周期的5個(gè)工作階段公共處理階段：CPU要復(fù)位監(jiān)視定37PLC控制的執(zhí)行過(guò)程第一個(gè)掃描周期I/O刷新階段第二個(gè)掃描周期用戶程序執(zhí)行階段第二個(gè)掃描周期I/O刷新階段PLC控制的執(zhí)行過(guò)程第一個(gè)掃描周期I/O刷新階段第二個(gè)掃描周38PLC的滯后現(xiàn)象1.由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，對(duì)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)只在每個(gè)掃描周期的I/O刷新階段集中輸