PLC基本結(jié)構(gòu)及工作原理

1、第五章 PLC基本結(jié)構(gòu)及工作原理,2.1 概述,設(shè)計(jì)思想：吸取繼電器和計(jì)算機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn) 繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復(fù)雜、不易更改、查找和排除故障困難，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差，但簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜； 計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活（可編程）、通用性好，但編程困難； 采用面向控制過程、面向問題的“自然語(yǔ)言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用。（梯形圖）,2.1 概述,70年代初期： 僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller） 70年代中期： 微處理器技術(shù)應(yīng)用到PLC中，使P

2、LC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能 80年代以后：隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，同時(shí)可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測(cè)更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能。 現(xiàn)在.可編程自動(dòng)化控制器 （Programmable Automation Controller， PAC/PC）,2.1 概述,被稱為現(xiàn)代工業(yè)控制的四大支柱之一 PLC 機(jī)器人 CAD/CAM 數(shù)控機(jī)床 是一種工業(yè)控制裝置 區(qū)別于一般微機(jī)控制系統(tǒng) 區(qū)別于傳統(tǒng)控

3、制裝置,2.1 概述,IEC 1987年對(duì)可編程控制器定義如下： 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。,2.1 概述,PLC三大流派 歐洲：西門子（Siemens）； 法國(guó)的TE（Telemecanique） 美國(guó)：A-B（Allen-Bradly）、GE（General Electric） 日本：三菱電機(jī)（Mitsubishi Electric）、 歐姆龍（OMRON）、 FUJI 韓國(guó)、臺(tái)灣等PL

4、C產(chǎn)品,選用PLC,2004年國(guó)內(nèi)市場(chǎng),FX-PLC,FX1S / FX1N/FX 2N,微型機(jī),AnS,大中型機(jī),S7-200,S7-300,S7-300,S7-400,微型機(jī),中型機(jī),大型機(jī),C,SP,C200H,CS,2.2 PLC的基本結(jié)構(gòu),PLC控制與繼電接觸控制區(qū)別,PLC控制程序并不能替代整個(gè)控制系統(tǒng)的輸入和輸出部件，如輸入部件行程開關(guān)、按鈕等，輸出部件接觸器，電磁換向閥，信號(hào)燈等，這些輸入輸出部件需接在PLC的輸入輸出接線端子上，而PLC程序是用來實(shí)現(xiàn)輸入部件與輸出部件間的控制邏輯的，即輸入部件采取了什么動(dòng)作命令，通過控制邏輯，輸出部件執(zhí)行什么樣的操作。但是在傳統(tǒng)繼電接觸控制系

5、統(tǒng)中，只起控制邏輯的部件，如該例的中間繼電器KA和時(shí)間繼電器KT，PLC軟件程序就可替代它們，完成其控制邏輯。,三菱FX-2N系列PLC內(nèi)部的等效電路,“PLC的輸入輸出部分與繼電接觸控制系統(tǒng)的大致相同，PLC的控制部分用微處理器和存儲(chǔ)器取代了繼電器控制邏輯線路，其控制作用是通過用戶軟件來實(shí)現(xiàn)的?！?對(duì)比,Y0,輸入繼電器的狀態(tài)惟一地取決于外部輸入信號(hào),如果輸入繼電器X002外接的是熱繼電器KH的觸頭是常閉觸頭而不是常開觸頭，梯形圖中與Y0串聯(lián)的X002的觸點(diǎn)還用常閉觸點(diǎn)就錯(cuò)了。為啥？當(dāng)電動(dòng)機(jī)沒有過載時(shí)，熱繼電器KH的常閉觸頭不動(dòng)作，X002的線圈得電，X002常閉觸點(diǎn)是斷開的，Y0線圈是失電

6、的，與Y0相連的接觸器KM線圈不得電，KM的3個(gè)常開主觸頭也是常態(tài)斷開，電機(jī)不轉(zhuǎn)。不對(duì)??！當(dāng)電機(jī)沒有過載時(shí)，電機(jī)是一直停止的，應(yīng)該是電機(jī)過載時(shí)，電機(jī)停下來。如何修正呢？,Y0,建議盡可能用常開觸頭作PLC的輸入信號(hào)，這樣梯形圖的程序表達(dá)就與傳統(tǒng)繼電接觸控制電路的表達(dá)習(xí)慣一致了。例如把左圖的熱繼電器KH的觸頭改成常開觸頭。,輸入繼電器的狀態(tài)惟一地取決于外部輸入信號(hào)的狀態(tài)，不可能受到用戶程序的控制，因此在梯形圖中絕對(duì)不能出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。 梯形圖中每個(gè)輸出軟繼電器Y，都對(duì)應(yīng)了一個(gè)輸出硬件模塊，當(dāng)輸出軟繼電器Y的線圈得電，則對(duì)應(yīng)的輸出硬件模塊僅有的一個(gè)“硬件”常開觸頭閉合，使外部負(fù)載工作。但是在

7、梯形圖中，每個(gè)輸出軟繼電器Y的常開“軟”觸點(diǎn)和常開“軟”觸點(diǎn)都可以多次使用。,Y0, 開關(guān)量輸入/輸出接口 常用開關(guān)量輸入接口： 輸入接口用來完成輸入信號(hào)的引入、濾波及電平轉(zhuǎn)換。輸入接口電路的主要器件是光電耦合器。光電耦合器可以提高PLC的抗干擾能力和安全性能，進(jìn)行高低電平(24V5V)轉(zhuǎn)換。 常用開關(guān)量輸出接口： 繼電器輸出接口： 響應(yīng)速度慢、動(dòng)作頻率低，可驅(qū)動(dòng)交流或直流負(fù)載 晶體管輸出接口： 響應(yīng)速度快、動(dòng)作頻率高，只能用于驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載 晶閘管輸出接口： 響應(yīng)速度快、動(dòng)作頻率高， 只能用于驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載,2.2 PLC的基本結(jié)構(gòu) - I / O 接口, 模擬量輸入/輸出接口 模擬量輸入接口（

8、A/D接口） 分辨率（8位、10位、12位等）、量化誤差、偏移誤差、滿刻度誤差、線性度、精度等 許多PLC還有與熱電阻或熱電偶配套使用的A/D接口 模擬量輸出接口（D/A接口） 分辨率（8位、10位、12位等）、精度、線性度、穩(wěn)定時(shí)間等,2.2 PLC的基本結(jié)構(gòu) - I / O 接口,通信與擴(kuò)展接口的連接實(shí)例,2.2 PLC的基本結(jié)構(gòu),2.3 PLC性能指標(biāo)及分類,PLC按結(jié)構(gòu)可分為整體式和模塊式。整體式的PLC具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)，適合常規(guī)電氣控制。整體式的PLC也稱為PLC的基本單元，在基本單元的基礎(chǔ)上可以加裝擴(kuò)展模塊以擴(kuò)大使用范圍。 模塊式是把CPU、輸入接口、輸出接口等做

9、成獨(dú)立的單元塊，具有配置靈活、組裝方便的優(yōu)勢(shì)，適合輸入輸出點(diǎn)數(shù)差異較大的控制系統(tǒng)。,根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，PLC分為小型、中型和大型三類。,1）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）,2）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,3）大型PLC I/O點(diǎn)數(shù)為2048以上的為大型PLC （其中I/O點(diǎn)數(shù)超過8192點(diǎn)的為超大型PLC）,這個(gè)分類界限不是固定不變的，它隨PLC的發(fā)展而變化。,2.3 PLC性能指標(biāo)及分類,2.4 PLC的主要應(yīng)用,(1)開關(guān)量邏輯控制。這是PLC最基本的控制，可以取代傳統(tǒng)的繼

10、電器控制系統(tǒng)。 (2)模擬量控制。除了開關(guān)量控制以外，PLC還可以接收、處理和控制連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、速度、電壓、電流等。 (3)運(yùn)動(dòng)控制。PLC可以控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)從而控制機(jī)件的運(yùn)動(dòng)方向、速度和位置。 (4)多級(jí)控制。PLC可以實(shí)現(xiàn)與其他PLC、上位計(jì)算機(jī)互相交換信息，組成自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)。,循環(huán)掃描工作方式： 掃描是從第一條程序開始，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條。如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。每一周期稱為一個(gè)掃描周期。,2.5 PLC工作原理,2.5 PLC工作原理,2.6 FX2N系列PLC基本單元的型號(hào)與端子排列2.6.1 FX2N系列PLC基本單元的型號(hào),例如：FX2N-

11、16MR表示為FX2N系列的基本單元，I/O總接口數(shù)為16，繼電器輸出方式。,2.6.2 FX2N系列PLC基本單元的端子排列,(1)電源及輸入端子 L、N、 ：分別接電源相線、中線和接地線。 24+：24V電源正極。為外部傳感器供電。 COM：24V電源負(fù)極。接外部傳感器的負(fù)極。也稱為輸入信號(hào)公共端 X：輸入信號(hào)端子。輸入信號(hào)接在X端和COM端之間。 。：帶點(diǎn)的端子上不要外接導(dǎo)線，以免損壞PLC。 (2)輸出端子 從圖可以看出，F(xiàn)X2N-16MR采用各路獨(dú)立輸出方式。FX2N-32MR和FX2N-48MR采用分組輸出方式。每組輸出公共端按COM1、COM2、COM3的順序編號(hào)，輸出各組之間是互相分開的，這樣可以使用多個(gè)電壓系列(例如AC220V、DC12V)的負(fù)載。 獨(dú)立輸出方式和公共端輸出方式如圖所示。,2.7 一個(gè)簡(jiǎn)單的PLC控制例子,思考題（1）,1、目前哪些公司進(jìn)口品牌的PLC？ 2