plc第1章 概述概述

教材：罗克韦尔PLC应用技术主编：郑阿奇出版：电子工业出版社时间：2013年1月PLC原理及应用参考：Controllogix5000系统实用手册主编：邓李出版：机械工业出版社时间：2008年2月课程学时：36理论课时：24实验课时：12平时成绩：10%实验成绩：30%期末成绩：60%PLC原理及应用1.1PLC主要功能和特点1.2PLC的工作原理1.3罗克韦尔（Rockwell）PLC1.1.1PLC主要功能PLC作为一种专为在工业环境下应用而设计的计算机，必须具有以下功能：（1）逻辑控制功能。（2）信号采集功能。（3）输出控制功能。（4）数据处理功能。（5）定时/计数功能。（6）远程I/O功能。（7）人机界面功能（HMI）。（8）故障自诊断功能。（9）通信联网功能。（10）实时通信和冗余互备功能。现代工业的三大支柱：PLC机器人CAD/CAM1．可靠性高PLC用软件代替继电器控制系统中大量的中间继电器和时间继电器，接线可以减少到继电器控制系统的十分之一以下，大大减少了触点接触不良的可能性。2．抗干扰能力强I/O设计具有完善的通道保护和多种形式的滤波电路，以抑制高频干扰，削弱各模块之间的干扰影响。3．编程简单、系统设计修改调试方便现在使用最多的PLC编程语言是梯形图，它符合大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯，语言形象直观，易学易用。4．模块化结构、通用性强，维护简单、维修方便PLC产品系列化、标准化、模块化，用户可根据实际需求灵活选择，无须用户自己再进行设计和制作硬件装置。1.2.1PLC基本组成1CPU模块1）CPUCPU主要包含运算器、控制器、寄存器，它是PLC的核心部分。PLC的CPU芯片其实就是微处理器或单片机。只是它是专用于PLC的，并且大部分是生产厂家为实现PLC产品最佳性能而自行研制开发的。2）存储器存储器按照存储方式可以分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。PLC内部所使用的存储器，按其用途一般可以分为系统程序存储器、用户程序存储器、内部数据存储器。3．I/O部件（模块）输入电路中一般设有RC滤波电路、稳压电路等，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。而且与内部计算机电路通过光耦元件隔离，如图1-1所示。输出模块用来输出各种控制信号，实现PLC内部信号到外部信号的转换。数字量输出模块用来控制接触器、电磁阀、指示灯、数字显示器等输出设备；模拟量输出模块用来控制变频器、调节阀等执行装置。4．电源PLC使用交流220V电源（AC220V）或直流24V电源（DC24V）。PLC内部电源主要是向其内部的TTL集成电路与运算放大器等部件提供工作电源，将外部输入转换为DC5V、DC±12V、DC±15V、DC24V等不同电压。PLC基本结构框图如图1-2所示。1．工作过程PLC采用不断循环的顺序扫描工作方式，每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。PLC的工作过程如图1-3所示。输入扫描执行程序输出扫描2．PLC扫描工作方式的优点（1）在执行程序时，读写的是输入/输出映像寄存器的值，而不是直接对实际的I/O点进行操作。（2）整个程序执行阶段各输入继电器的状态是固定的，程序执行后再用输出映像寄存器的值更新所有的输出点，使得系统运行稳定。（3）用户程序读写I/O映像寄存器比直接读写I/O点要快得多，这样可以提高用户程序的运行速度。（4）扫描工作方式具有较好的抗干扰能力，在一个扫描周期内，输入处理仅占用极少部分时间。3．过程映像在每个扫描周期，CPU检查输入和输出的状态。有特定的存储器区保存模块的二进制数据：过程映像输入表和过程映像输出表。在用户程序检查输入（例如：AI2.0）时，使用过程映像输入表的最后状态，这样就保证在一个扫描周期内使用相同的信号状态，如图1-4所示。4．PLC中断处理PLC采用中断工作方式来应对紧急任务。一般的计算机系统中，CPU在每一条指令执行结束时都要询问有无中断申请。而PLC对中断的响应则是在相关程序块结束后查询有无中断申请，如果有中断申请，则转入执行相应的中断服务程序。5．PLC集中处理方式PLC在工作过程中，对输入信号执行过程、输出控制采取集中批处理方式。这样不仅避免了继电器、接触器控制系统中触点竞争和时序失配的问题，而且增强了系统的抗干扰能力，提高了工作稳定性。6．PLC时间滞后现象PLC扫描工作方式决定了其信号检测存在滞后为了减少PLC的响应延迟时间，可以采用如下措施：（1）选用扫描速度快的PLC；（2）选用延迟时间短的输入/输出模块；（3）可以使用立即输入指令和立即输出指令，或者使用输入中断功能。1.3.1PLC的分类1．按组成结构形式分类（1）整体式PLC整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低、安装方便的特点。（2）模块式PLC模块式PLC是将PLC各组成部分分别做成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）及各种功能模块。（3）混合式PLC将整体式的紧凑、体积小、安装方便和模块式的搭配灵活、安装整齐的优点相结合，便构成了混合式PLC。2．按I/O点数分类（1）小型PLC小型PLC一般I/O点数小于256点，单CPU，8位或16位处理器，用户存储器容量为4KB以下，适合于单机控制或小型系统的控制。（2）中型PLC中型PLC一般I/O点数为256～2048点，双CPU，用户存储器容量为2～8KB。（3）大型PLC大型PLC一般I/O点数大于2048点，多CPU，16位或32位处理器，用户存储器容量为8～16KB。1．工作速度工作速度是指CPU执行指令的速度及对急需处理的输入信号的响应速度。一般按每条逻辑指令的执行时间计算，μS/指令2．输入/输出点数输入/输出点数表示PLC组成控制系统时的最大规模，代表PLC的控制能力。3．内存容量PLC内部所使用的存储器，按其用途一般可分为系统程序存储器、用户程序存储器、内部数据存储器。4．指令系统PLC有多少条指令，各条指令又具有什么功能，是了解与使用PLC的重要方面。5．支持软件（1）系统程序系统程序是指控制PLC系统自身运行的控制程序，它是不向用户开放的。（2）应用程序应用程序是指PLC用户根据各种控制要求和控制条件而编写的用户控制程序。6．可靠性指标MTBFPLC是专为在工业环境下应用而设计的，所以，对其可靠性尤为关注。7．经济指标经济指标最简单的就是看价格。一般来讲，同样技术性能的PLC，价格低其经济指标就好。罗克韦尔PLC产品历经插件式、模块式、开发式，逐步实现了信息综合管控，如图1-5所示。罗克韦尔PLC控制系统的开放式网络体系结构概况如图1-6所示。FCS现场总线控制系统