机电控制与PLC-2

Date:2020/2/24Page:1第二章PLC结构及工作原理一、PLC的发展及应用二、PLC的结构组成及工作原三、PLC的编程方法及软件Date:2020/2/24Page:2PLC的发展及应用PLC是一种基于微处理器的工业控制器。可方便的通过编程实现工业自动控制。早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。它主要用于顺序控制，只能实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控制器（Programmablelogiccontroller，略写PLC)随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控制器（Programmablecontroller，略写PC)。为区别于PersonalComputer(PC)，故沿用PLC这个略写。PLC的定义Date:2020/2/24Page:3PLC的特点无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强通用性强，控制程序可变，使用方便硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强编程简单，容易掌握系统的设计、安装、调试工作量少维修工作量小，维护方便体积小，能耗低.PLC的发展及应用Date:2020/2/24Page:4PLC的发展高性能、高速度、大容量发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。PLC的发展及应用Date:2020/2/24Page:5向小型化和大型化两个方向发展小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要。大型化是指大中型PLC向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。PLC的发展PLC的发展及应用Date:2020/2/24Page:6大力开发智能模块，加强联网与通信能力为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。PLC的联网与通信有两类：①PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；②PLC与计算机之间的联网通信。为了加强联网与通信能力，PLC生产厂家也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。PLC的发展PLC的发展及应用Date:2020/2/24Page:7增强外部故障的检测与处理能力据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理。而其余80%的故障属于PLC的外部故障。PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。PLC的发展PLC的发展及应用Date:2020/2/24Page:8编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图、语句表语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。PLC的发展PLC的发展及应用Date:2020/2/24Page:9按I/O点数分小型PLCI/O点数为256点以下的为小型PLC（其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC）中型PLCI/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC大型PLCI/O点数为2048以上的为大型PLC（其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）PLC的类型PLC的发展及应用Date:2020/2/24Page:10按结构形式分整体式PLC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、价格低等特点。PLC的类型PLC的发展及应用Date:2020/2/24Page:11PLC的类型模块式PLC将PLC各组成部分分别作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）以及各种功能模块。PLC的发展及应用Date:2020/2/24Page:12PLC的类型紧凑式PLC还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。PLC的发展及应用Date:2020/2/24Page:13PLC的结构组成及工作原理PLC的组成CPU、存储器（RAM、ROM）、输入输出器件（I/O接口）、电源及编程设备等几大部分构成。Date:2020/2/24Page:14PLC的结构组成及工作原理外部设备现场用户输出设备微处理器（CPU）运算器控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器I/O扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机打印机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器～110V/220V市电PLC基本单元PLC系统结构示意图Date:2020/2/24Page:15PLC的结构组成及工作原理FX系列PLC的硬件配置图Date:2020/2/24Page:16PLC的结构组成及工作原理CPU作用(1)将各种输入信号取入存储器。(2)编译、执行指令。(3)把结果送到输出端。(4)响应各种外部设备的请求。存储器RAM：（随机存取）存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序。ROM：（只读存储器）存放监控程序和用户已调试好的程序。Date:2020/2/24Page:17PLC的结构组成及工作原理输入/输出接口实现PLC与外部控制设备间输入/输出信号的连接。开关量输入/输出接口模拟量输入/输出接口智能输入/输出接口实现外部开关量信号与PLC内部标准信号的转换一般装在专门的模拟量工作单元上（A/D、D/A）带有独立的CPU，每个扫描周期和主机的CPU交换一次信息，共同完成控制任务Date:2020/2/24Page:18PLC的结构组成及工作原理输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成标准数字信号送入主机。输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电。采用光电隔离（滤波电路），实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减少了电磁干扰。开关量输入/输出接口Date:2020/2/24Page:19PLC的结构组成及工作原理开关量输出接口——带光电隔离器及滤波器三种输出方式：晶体管晶闸管继电器驱动直流负载（晶体管输出单元）；驱动交/直流负载（继电器输出单元）；驱动交流负载（晶闸管输出单元）。Date:2020/2/24Page:20PLC的结构组成及工作原理电源PLC的电源包括为PLC各工作单元供电的开关电源及为掉电保护电器供电的后备电源，后备电源一般为电池。外部设备编程器：为PLC编写控制程序用，进行程序的读写操作。可以是专用的编程器，也可以用计算机和相应的编成软件实现。其它：PLC可以配其它一些外部设备，包括EPROM写入器、打印机、图形监控系统等。Date:2020/2/24Page:21PLC的结构组成及工作原理执行程序三个阶段：输入处理、程序执行、输出处理工作特点：分时处理、周期循环扫描内部处理通信操作输入处理程序执行输出处理输入数据暂存区输出数据暂存区运行停止工作状态：运行（RUN）停止（STOP）PLC工作原理Date:2020/2/24Page:22PLC的结构组成及工作原理扫描周期：PLC在运行状态时，执行一次完整的任务所用的时间。以执行1K（1024）条基本逻辑指令所用的时间来衡量。系统响应时间：即输入输出滞后时间，指PLC外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻止之间的时间。扫描周期及响应时间Date:2020/2/24Page:23PLC的结构组成及工作原理工作方式的比较1）计算机：等待命令的方式、并行工作方式2）继电/接触器系统：并行工作方式3）PLC：循环扫描工作方式、串行工作方式Date:2020/2/24Page:24PLC的编程方法及软件软件系统软件、应用软件编程语言及方法梯形图语言指令表（助记符）语言顺序功能图功能块图：类似于数字逻辑电路的编程语言结构文本：大中型PLC中可以实现复杂的数学运算常用Date:2020/2/24Page:25PLC的编程方法及软件从继电-接触器控制引出梯形图的编程方法Date:2020/2/24Page:26PLC的编程方法及软件梯形图指令表Date:2020/2/24Page:27PLC的编程方法及软件Date:2020/2/24Page:28小结PLC的发展及应用情况PLC的组成及工作原理串行工作、周期循环扫描工作方式扫描周期定义PLC编程方法及软件Date:2020/2/24Page:29思考题1.PLC工作过程中程序执行的三个阶段是什么？描述PLC完整的工作过程。2.PLC开关量输出的三种形式是什么？他们各应用在那种外部负载情况？3.PLC、继电—接触器系统、计算机三者工作方式的区别有哪些？