第3讲-PLC的基本组成与工作原理.优秀PPT.ppt

第第3讲讲 PLC的基本组成与工作原理的基本组成与工作原理 一、教学目的一、教学目的1熟悉熟悉PLC的工作原理的工作原理2驾驭驾驭PLC的的I/O内部等效电路及运用方法内部等效电路及运用方法3驾驭驾驭PLC循环扫描工作方式及应用留意事项循环扫描工作方式及应用留意事项二、教学方式与学时二、教学方式与学时课堂讲解、设计分析、学生练习，2学时三、教学内容三、教学内容1PLC的产生与发展状况的产生与发展状况2PLC的的I/O种类与内部等效电路种类与内部等效电路3PLC的工作方式与主要技术指标的工作方式与主要技术指标四、思索题四、思索题1PLC与其它工控装置相比有何优缺点？与其它工控装置相比有何优缺点？2PLC有哪些有哪些I/O单元单元？各适用什么场合？各适用什么场合？3请描述请描述PLC接受循环扫描工作方式。接受循环扫描工作方式。第第3讲讲 PLC的基本组成与工作原理的基本组成与工作原理 I0.0I0.1Q0.0Q0.0继电接触器继电接触器限制电机起停限制电机起停PLC限制电机起停限制电机起停PLC的产生与发展的产生与发展1.PLC的含义2.PLC的定义3.PLC的发展 能不能设计一种把计算机的通用、敏捷、功能完备与继电器限制的简洁、易懂相结合的新型限制装置呢?回答是确定的，就是PLC。PLC是一种集计算机技术、自动限制技术、通信技术于一体的新型自动限制装置，并得到了广泛应用，被誉为当代工业自动化的三大支柱（PLC、工业机器人、CAD/CAM）之一。n继电接触器继电接触器n应用例子应用例子 n可编程逻辑限制器(Programmable Logic Controller),简称PLC。n可编程序限制器（Programmable Controller）,简称PC。n但个人计算机（Personal Computer）常简称为PC（机），为了避开混淆，可编程限制器简称为PLC。n1.PLC含义 nPLC应用例应用例子子 n2.PLC定义 PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它接受可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、依次限制、定时、计数和算术等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，限制各种机械或生产过程。1969年，美国数字设备公司研制出世界上第一台PLC，并在GM公司的汽车自动装配生产上试用成功。1971年，日本引进这项技术并起先生产PLC。1973年，德国和法国也研制出PLC。1977年，我国研制成功第一台PLC。3.PLC发展 目前，全世界生产PLC的公司约200家，生产300多种产品。但有七家公司是举足轻重的，它们是：美国ROCKWELL所属的A-B公司，GE-FANUC公司；德国西门子公司（SIMENS）;法国施耐德(Schneider)所属的美国MODICON公司和法国TE公司；日本三菱公司（MITSUBISHI）和立石公司（OMRON）。S7系列是西门子公司近年推出的新产品。其中，S7-400是大型机，数字量I/O可达128k，模拟量I/O可达8k；S7-300是中型机，数字量I/O可达16k，模拟量I/O可达1024个；S7-200是小型机，数字量I/O可达256个，模拟量I/O可达64个。S7-300S7-400vPLC的主要特点l敏捷性和通用性强l干扰实力强、牢靠性高l编程语言简洁易学 l与外设连接简洁 l功能强、扩展便利 l限制系统设计、调试时间短 l体积小、重量轻、易于实现机电一体化v1.PLC与继电器限制逻辑的比较与继电器限制逻辑的比较 继电器限制系统具有价格便宜，但存在机械触点的缺陷，只适用于特别简洁、功能固定的限制场合；而PLC具有牢靠、工艺变更简洁等优势，必将取代继电器限制装置。继电器限制板v2.PLC与单片机系统的比较与单片机系统的比较 单片机系统具有结构简洁、价格便宜、响应速度快等优点，但与PLC相比，存在不易驾驭、系统设计困难、抗干扰实力不强等缺点，一般适用于限制要求不高的场合。单片机限制板v3.PLC与工控计算机的比较与工控计算机的比较 工控计算机具有总线标准化程度高、兼容性强、软件资源丰富等优点，特殊适合于要求快速、模型困难、计算工作量大的场合；而PLC易学、易懂、牢靠性高，在开关量逻辑限制、依次限制及高牢靠性要求的场合。工工业业限限制制计计算算机机v4.PLC与与DCS的比较的比较 DCS是由仪表回路限制系统发展而来的，所以它在模拟量处理、回路调整方面具有确定优势，初期主要侧重于回路调整功能。而PLC是由继电器限制逻辑发展而来的，所以它在数字处理、依次限制方面具有确定优势，初期主要侧重于开关量的依次限制。DCSv开关逻辑限制开关逻辑限制v位置限制位置限制v过程限制过程限制v多级限制网络多级限制网络PLC的应用领域的应用领域PLC的基本组成的基本组成v两种结构：两种结构：整体式和模整体式和模块组块组合式合式v整整体体式式PLCPLC的的组组成成：由由输输入入单单元元、电电源源、CPUCPU、输输出出单单元、通信接口、存元、通信接口、存储储器、器、I/OI/O扩扩展端口等展端口等组组成。成。v模模块块组组合合式式PLCPLC的的基基本本组组成成 ：由由系系统统总总线线（电电源源及及框框架架）、通通信信单单元元、智智能能I/OI/O单单元元、输输出出单单元元、输输入入单单元元、CPUCPU单单元等元等组组成成。整体式整体式模块式模块式整体式整体式PLC组成框图组成框图模块式模块式PLC组成组成PLC的存储器的存储器 PLC的存贮器分为以下3种:系统程序存贮器：用于存贮监控程序,为只读存贮器(ROM)。用户程序存贮器：用于存放用户程序。不同的PLC，其存贮器类型可能不同。有的PLC，其用户存贮器接受锂电池或大电容后备的RAM；有些PLC，接受快闪存贮器（FLASH MEMORY）；有些PLC，接受EPROM。数据存贮器：一般选用RAM，用于保存数据。PLC的的I/O单元单元I/O单元是PLC与外设联系的桥梁。1.开关量输入单元（1）开关量直流输入单元（2）开关量沟通输入单元2.开关量输出单元（1）晶体管输出单元（2）双向晶闸管输出单元（3）继电器输出单元直流输入单元电路图直流输入单元电路图沟通输入单元电路图沟通输入单元电路图（1 1）晶体管输出单元）晶体管输出单元 晶体管输出单元有汇流（信宿晶体管输出单元有汇流（信宿/NPN/NPN型）和源流型）和源流（信源（信源/PNP/PNP型）两种，这两种输出单元的外加直流电型）两种，这两种输出单元的外加直流电压极性不同。当内部输出锁存器为压极性不同。当内部输出锁存器为1 1时，时，LEDLED点亮，负点亮，负载得电；当内部输出锁存器为载得电；当内部输出锁存器为0 0时，时，LEDLED熄灭，负载失熄灭，负载失电。假如是感性负载（如接触器），则必需与负载并电。假如是感性负载（如接触器），则必需与负载并接续流二极管，以供应能量释放通路。晶体管输出单接续流二极管，以供应能量释放通路。晶体管输出单元主要用于输出脉冲信号。元主要用于输出脉冲信号。汇流型晶体管输出单元电路图汇流型晶体管输出单元电路图v 输出端子外部只能运用沟通电源。假如外加直流电源，当双向晶闸管导通后，则无法使之关断。工作原理为：当输出锁存器状态为1时，LED点亮，负载得电。当输出锁存器状态为0时，LED熄灭，负载失电。（2 2）双向晶闸管输出单元）双向晶闸管输出单元双向晶闸管输出单元电路图双向晶闸管输出单元电路图v 可依据负载须要，选择直流电源或沟通电源。其工可依据负载须要，选择直流电源或沟通电源。其工作过程：当输出锁存器状态为作过程：当输出锁存器状态为1 1时，继电器的常开触点闭时，继电器的常开触点闭合，负载得电，合，负载得电，LEDLED点亮；当输出锁存器状态为点亮；当输出锁存器状态为0 0时，继时，继电器的常开触点断开，负载失电，电器的常开触点断开，负载失电，LEDLED熄灭。熄灭。v 由于继电器触点的电气寿命一般为由于继电器触点的电气寿命一般为10103030万次，万次，因此在须要输出点频繁通断的场合，应选用晶体管（直因此在须要输出点频繁通断的场合，应选用晶体管（直流负载）或晶闸管（沟通负载）输出型的流负载）或晶闸管（沟通负载）输出型的PLCPLC。(3)(3)继电器输出单元继电器输出单元继电器输出单元电路图继电器输出单元电路图 PLC通过外设端口可与编程器、PC机、另一台PLC等相连。电源部分电源部分 PLC一般配有开关式稳压电源向内部电路供电,外加220V/110VAC输入电源。有的PLC能向外部供应24VDC电源,请参阅随机手册。I/OI/O扩展端口扩展端口 当主机上的I/O点数或类型不能满足用户须要时,可通过I/O扩展口连接I/O扩展单元来增加I/O点数。外设端口外设端口 智能单元是一个具有自己的CPU、存贮器、系统程序、外设端口的计算机系统。如A/D单元PID单元、温度限制单元等。编程工具编程工具 1专用编程器：由PLC制造厂供应,可分为简易(手持式)编程器和图形编程器。2计算机协助编程：PLC制造厂供应计算机协助编程软件，就能在PC机上完成编程与监视工作。智能单元智能单元PLCPLC的编程语言的编程语言 v梯形图梯形图(LADDER DIAGRAM)(LADDER DIAGRAM)v语句表语句表(INSTRUCTION LIST)(INSTRUCTION LIST)v依次功能图依次功能图(SEQUENTIAL FUNCTION CHART)(SEQUENTIAL FUNCTION CHART)v逻辑功能图（逻辑功能图（FUNCTION BLOCK DIAGRAMFUNCTION BLOCK DIAGRAM）v结构文本（结构文本（STRUCTURED TEXTSTRUCTURED TEXT）IEC规定的5种PLC编程语言PLCPLC的编程语言的编程语言 1.1.梯形图梯形图编程语言编程语言（1）继电器限制电路中运用的都是物理继电器，必需通过硬接线来连接。PLC中的继电器是“软继电器”，具有物理继电器的特点（通电线圈、常开触点、常闭触点），但事实上是内部寄存器的一个位，相互之间的连接通过编程来实现。（2）PLC的继电器有多数个常开、常闭触点供用户运用。而物理继电器的触点数是有限的。（3）PLC的输入继电器是由外部信号驱动的。而物理继电器的状态是由通过它的线圈电流确定的。两种继电器的区分：两种继电器的区分：PLCPLC的编程语言的编程语言 语句表编程语言是一种类似于计算机的汇编语言，用助记符来表示各种指令的功能。不同厂家的PLC，其助记符一般不同。语句表编程语言不如梯形图形象、直观，但是在运用手持式编程器输入用户程序时，必需把梯形图程序转换成语句表程序才能输入。2.2.语句表编程语言语句表编程语言PLCPLC的工作方式的工作方式 vPLC接受循环扫描的工接受循环扫描的工作方式。即：作方式。即：PLC接通接通电源，进行系统初始化电源，进行系统初始化处理后，不管用户程序处理后，不管用户程序执行条件如何，都周而执行条件如何，都周而复始地进行循环扫描，复始地进行循环扫描，并执行系统程序规定的并执行系统程序规定的任务，如右图所示。任务，如右图所示。每个扫描周期的每个扫描周期的5 5个工作阶段个工作阶段公共公共处处理理阶阶段段 ：CPUCPU要复位要复位监视监视定定时时器，器，进进行硬件和用行硬件和用户户程序程序检查检查。若。若发觉发觉一般性故障，一般性故障，则则只只报报警而不停机警而不停机 。执执行用行用户户程序程序阶阶段：从上到下、从左到右的依次段：从上到下、从左到右的依次执执行。行。输输入信入信息从息从PLCPLC内部内部继电继电器的映像寄存器器的映像寄存器读读取，而不是干脆从取，而不是干脆从PLCPLC的的输输入端子入端子读读取。取。执执行行结结也是写入元件映像寄存器中，而不是也是写入元件映像寄存器中，而不是马马上上用于用于驱动驱动外部外部负载负载，必需等到，必需等到I/OI/O刷新刷新阶阶段才将全部段才将全部输输出信号出信号通通过输过输出端子从而限制出端子从而限制负载负载。扫扫描周期描周期计计算算处处理理阶阶段段I/OI/O刷新刷新阶阶段：从段：从输输入入电电路路读读取各取各输输入点的状入点的状态态信息，并将此信息，并将此状状态态信息写入信息写入输输入映像寄存器中；将入映像寄存器中；将输输出出继电继电器的元件映像寄器的元件映像寄存器的状存器的状态态信息信息传传送到相送到相应应的的输输出出锁锁存器中，再存器中，再经输经输出出电电路隔路隔离和功率放大后离和功率放大后传传送到送到PLCPLC的的输输出端。出端。外外设设端口服端口服务阶务阶段：完成段：完成CPUCPU与外与外设设的通信的通信处处理理PLCPLC限制的执行过程限制的执行过程第一个扫描周期I/O刷新阶段其次个扫描周期用户程序执行阶段其次个扫描周期I/O刷新阶段PLCPLC的滞后现象的滞后现象1.由于PLC接受循环扫描的工作方式，对输入信号和输出信号只在每个扫描周期的I/O刷新阶段集中输入与集中输出，必定产生输出信号相对输入信号的滞后现象。扫描周期越长，滞后现象越严峻。2.输入滤波器对输入信号的延迟作用。3.输出继电器的动作延时（尤其是继电器输出PLC)。4.用户程序的设计方法及程序长度。v扫描周期一般只有几十毫秒，最多上百毫秒。PLCPLC的主要性能指标的主要性能指标1.用户程序存储器的容量(一般以字为单位)2.输入/输出点数3.扫描速度(一般以扫描1k字所需时间来衡量)4.编程指令的种类和条数5.内部器件的种类和数量6.扩展实力7.智能单元的数量 复习思索题复习思索题v1为什么称PLC的继电器是软继电器？和物理继电器相比，软继电器在运用上有何特点？v 答：plc内部继电器之所以称为软继电器，是因为PLC内部有很多具有不同功能的器件，用于实现数据的传输运算处理存储。和那个相比，PLC的触点个数不受限制。v2PLC的编程工具有哪几种？各有何特点？v 答：有手持简易式和智能式。v3什么是直流、沟通输入单元？v4什么是晶体管、晶闸管、继电器输出单元？各适用范围如何？v5比较PLC和单片机的特点。