2022年PLC教案-第三章.docx

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1、名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -上课时间第三周学习必备欢迎下载课型理论课上课节次课题 3-1 PLC 基本组成及各部分的作用3-2 PLC 的工作原理 3-3 PLC 的 I/O 模块和外部设备 把握 PLC 的基本组成及工作原理多媒体教学PLC 的工作原理教学目的 教学方法重点、难点时间安排教学内容板书或课件 版面设计 3-1 PLC 基本组成及各部分的作用 目前, PLC产品种类繁多,不同型号的 PLC 结构也各不相同,但他们的基本组成和工作原理 却大致相同；从广义上讲, PLC是一种特别的工业控 制运算机,只不过比一般的运算机具有更强

2、的与 工业过程相连接的接口和更直接的适用于掌握要求的编程语言；所以 似；PLC与微机掌握系统特别相一、PLC的基本组成（最小系统）由四部分组成：1、中心处理单元（ CPU） 3、电源（开关式 稳压电源）2、储备器（ RAM、ROM） 4（I/O 接口）、输入 / 输出单元细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备 欢迎下载二、整体式和模块式 PLC的组成 1、整体式 PLC的组成2、模块式 PL

3、C的组成三、PLC各部分的作用（一）中心处理单元（ CPU）的作用 1 掌握从编程器输入的用户程序和数据的接收 与储备；2 诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中 的语法错误；3 用扫描的方式接收输入设备的状态（即开关 量信号）和数据（即模拟量信号 ；4 执行用户程序,输出掌握信号；5 与外部设备或运算机通信；CPU是 PLC的核心部件,小型PLC多采纳 8 位微处理器或单片机作为 CPU,中型 PLC多采纳 16 位微处理器或单片机作为CPU,大型 PLC多采纳高细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 13 页 - - -

4、- - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备 欢迎下载速位片式微处理器；（1）通用处理器： 8086、80286、80386 （2）单片机芯片： 8031、8096 （3）位片式微处理器： AMD-2900 （二）储备器的作用作用：存放系统程序,用户程序和数据；系统程序：打算 PLC的基本智能,由厂家设计,并存入 ROM、EEPROM,用户不能修改；用户程序：依据要求,用PLC的编程语言,编制的程序,用户用编程器写入 RAM或 EEPROM（三） I/O 接口的作用 输入 / 输出接口是 PLC与现场输入 / 输出设备

5、或其他外部设备之间的连接部件；PLC通过输入接口把工业设备或生产过程的状态 或信息（如按钮、各种继电器触点、行程开关和 各种传感器等）读入中心处理单元；输出接口是 将 CPU处理的结果通过输出电路驱动输出设备（如指示灯、电磁阀、继电器和接触器等）；（四）电源的作用 把外部供应的电源变换成系统内部各单元 所需的电源；可编程序掌握器的电源一般采纳开 关式稳压电源,其特点是输入电压范畴宽、体积 小、重量轻、效率高、抗干扰性能好；（五）编程器作用 编程器是 PLC最重要的外部设备；一般分为 简易型和智能型两种；简易型编程器常采纳在小型 PLC上,只能联 机编程,且往往需要将梯形图程序转化为语句表 程序

6、才能送入 PLC中；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备 欢迎下载智能型编程器又称图形编程器,常用于大中 型 PLC的编程；可直接输入梯形图程序；它可以 联机,也可以脱机编程；除此之外,在个人运算机上添加适当的硬件 接口（如编程电缆） 和配置编程软件包 如西门子 的 STEP7）,就可以用个人运算机（PC对 PLC编 程,且可以向 PLC输入各种类型的程序；既可以 联机编程也可以脱机编程,

7、且能监视 PLC的运行 状态,仍能进行系统仿真,使用起来特别便利；目前,这种基于 PC的编程器已特别流行和普遍,可用于各种类型的PLC,特别是笔记本电脑式的； 3-2 PLC 的工作原理 可编程掌握器是一种特别的工业掌握运算机；但 它的工作方式与一般微机有很大的不同；一般微机一般采纳等待命令的工作方式,如 键盘扫描方式和 I/O 扫描方式；当有键按下或有 I/O 动作就转入相应子程序去处理； PLC 采纳了“ 循环扫描” 的工作方式,即在 每一次循环扫描中采样全部的输入信号,随后转 入程序执行,最终把程序执行结果输出（即信号 输出）去掌握现场的设备；总之,PLC是靠 CPU 循环扫描的机制来进

8、行工作的；以德国西门子 S7-300 为例介绍 PLC的工作原理 一、PLC的系统工作过程 PLC的系统工作是采纳“ 循环扫描”的工作方式；其内部要进行一系列 操作,大致包括 6 个方面的内容,其执行次序和过程为：细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备 欢迎下载初始化CPU自诊断通信信息处理与外设交换信息执行用户程序输入输出信息处理二、用户程序的循环扫描过程 PLC与继电器掌握系统对信息的处

9、理方式是不同 的！它们的区分如下：继电器掌握系统对信息的处理是采纳 “ 并行”处理方式,只要电流形成通路,就可能有几个电 器同时动作；PLC掌握系统 对信息的处理是采纳扫描方 式,它是次序地、 连 续地、循环地逐条执行程序指令,在任何时候它只能执行一条指令 （即正被扫描到的指令） , 即以 “ 串行” 处理方式工作；明显,这种“ 串行” 处理方式可有效防止继电细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -学

10、习必备 欢迎下载器掌握系统中“ 触点竞争” 和“ 时序失配” 的问题, 但会使 I/O 响应慢（即输入I 延时, 输出 O滞后, 影响 PLC的掌握速度；故 PLC一般都设有 12 个高速输入点；扫描周期 扫描周期是指在正常循环扫描时 , 从扫描过 程中的一点开头 , 经过次序扫描又回到该点所需 要的时间；例如, CPU从第一条指令开头到扫描 最终一条指令后又返回到第一条指令所用的时间 就是一个扫描周期；PLC运行正常时,扫描周期的长短与以下因素有 关： CPU的运算速度； I/O 点的数量； 外设服务的多少与时间（如编程器是否接上、占用时间等）；通信服务及其 用户程序的长短； 编程质量 如功

11、能程序长短 , 使用的指令类别 以及编程技巧等 ；用户程序的循环扫描过程 可编程序掌握器对用户程序进行循环扫描可分为 三个阶段进行,即输入采样阶段,程序执行阶段 和输出刷新阶段；注：细心整理归纳 精选学习资料 PLC在一个扫描周期内,对输入状态的采样 第 6 页,共 13 页 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备 欢迎下载只在输入采样阶段进行；当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁,直到下一个扫描周期的输 入采样阶段才对输入状态进行重新采样

12、；这方式 称为集中采样,即在一个扫描周期内,集中一段 时间对输入状态进行采样；在一个扫描周期内,只在输出刷新阶段才 将输出状态从输出映象寄存器中输出,对输出接 口进行刷新；在其它阶段里输出状态始终储存在 输出映象寄存器中；这种方式称为集中输出；三、PLC的 I/O 响应滞后问题 当 PLC输入端的信号发生变化到 PLC输出 端对该变化作出反应需要一段时间,这种现象称 为输入、输出推迟响应或滞后现象；影响输入输出推迟响应的因素： 输入电路滤波时间：它由RC滤波电路的时间常数打算；转变时间常数可调整输入推迟时间； 输出电路的滞后时间, 它与输出电路的输出方 式有关；继电器输出方式的滞后时间为 10

13、ms左 右；双向晶闸管输出方式,在接通负载时滞后时 间约为 1ms,切断负载时滞后时间小于 10ms；晶 1ms；体管输出方式的滞后时间小于 PLC 循环扫描的工作方式； PLC 对输入采样、输出刷新的集中处理方式； 用户程序中语句的支配；四、PLC的中断 中断的概念 PLC 在整个掌握过程中, 为了处理紧急事件,或者特别的外部大事,CPU就要暂停当前的工作,而去完成外部过程的恳求,这个过程称为细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - -

14、- - - - - - - - -学习必备 欢迎下载中断；发生中断时,系统停止循环扫描而去调用中断服 务程序,处理完成后再返回到被中断处,接着循 环扫描；中断指令可对内部和外部大事快速反应； PLC 对于中断的处理思路与微机对中断 的处理基本一样,但也会由于厂家与型号的不同 稍有区分； 3-3 PLC 的 I/O 模块和外部设备 PLC对外是通过各类 I/O 接口模块的外接 线,来完成对工业设备或生产过程的检测与掌握；为了适应各种各样输入 / 输出的过程信号需要, 相 应有很多种 I/O 接口模块；一、数字量（开关量） I/O 模块 数字量输入模块 接收现场输入电器的开关量 输入信号、光电隔离

15、,并通 过电平转换将开关量输入信号转换成CPU所需的信号电平；数字量输出模块 光电隔离、电平转换、并通过 功率放大器输出（或驱动）去掌握现场的 执行电器；数字量 I/O 模块的类型及特点：1、输入模块直流输入模块外接直流12V、24V、48V电源沟通输入模块外接沟通 110V、220V电源交直流输入模块外接交直流电源,即交、直流电源都能用；无源输入模块 干接触型 由 PLC内部供应电细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - -

16、- - - - - -学习必备 欢迎下载源, 无需外接电源；2、输出模块 继电器输出 交直流输出模块 输出电流大 3 5A, 交直流两用 , 适应性强 , 但动作速度慢 10 12ms, 工作频率低；晶体管输出 直流输出模块 外接直流电源 , 动 作速度 2ms, 工 作频率高 可达 20KHz,但输出电流 小 1A 可控硅 双向的 或固态继电器输出 沟通输出模 块 外接沟通电源 , 输出电流大 , 动作速度快 , 工作频 率高；二、模拟量 I/O 模块 1、模拟量输入模块 模拟量输入模块的作用就是通过 A/D 转换把外部模拟量输入信号转换成 号电平；其参数如下：CPU所需的数字信（1）模拟电

17、压输入范畴（典型值）单极性： 05V； 0 10V 双极性： -5 +5V； -10 +10V （2）模拟电流输入范畴 （典型值）：010mA；420mA 2、模拟量输出模块模拟量输出模块的作用就是通过 D/A 转换 把 CPU输出的数字信号转换成外部掌握所需的模拟量输出的掌握信号；其参数如下：（1）模拟电压输出范畴（典型值）细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备 欢迎下载单极性： 15V；

18、 1 10V 双极性： -10 +10V （2）模拟电流输出范畴 （典型值）：020mA；420mA 3、模拟量输入 / 输出模块 模拟量输入 / 输出模块是将模拟输入 / 输出集成在同一模块中,其电压电流输入 / 输出 范畴典型值同上；三、特别 I/O 模块（智能模块）1、智能模块的涵义与特点 智能模块是自带微处理器、储备器和系统程序的 功能模块；其特点是：1 智能模块的 CPU与 PLC的 CPU并行工作 也可 独立地连续工作 ; 2 占用 PLC的 CPU时间很少 , 有利于提高 PLC的 扫描速度和完成特别功能 , 并大大削减用户程序 的编程难度和编程量；2、智能模块的种类 常见的特别

19、 I/O 模块有： PID 调剂模块、高速计 数器模块、温度传感器模块、通信模块、运动控制模块等；此外,仍有快速响应模块、 数控模块、 运算模块、模糊掌握模块、语言处理模块、阀门掌握模块和 中断掌握模块等；四、外部设备简介 PLC 的外部设备有很多,如编程器、人机接口装置、打印机、 EPROM写入器、盒式磁带机 或微储备卡（ MMC卡）等,其中最常用的有人机细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -学

20、习必备 欢迎下载接口装置和编程器； 1 、人机接口装置（ HMI）人机接口装置简称 HMI即人机操作界面Human Machine Interface,是用来实现操作人员与 PLC掌握系统之间的对话和相互作用的装置 , 或简洁地说是人与机器直接打交道的工具或界 面；1）一般型人机接口 一般型人机接口是由安装在掌握台上的按 钮、转换开关、拨码开关、指示灯、LED数码管 显示器和声光报警器等元件组成；它是纯硬件并 通过硬接线的方式来实现与掌握系统的连接,常 用于小型 PLC掌握系统；2）可编程终端 可编程终端（ PT,Programmable Termination ）是一种智能型的人机接口装置,

21、 它 具有以下功能：1 在 PT上显示当前的掌握状态、 过程变量 , 包括 数字量 开关量 和数值等数据；2 显示报警信息；3 通过硬件和可视化图形按键输入数字量 （如起 动或停止按钮信号）、数值等掌握参数；4 使用 PT的内置功能对 PLC内部进行简洁的监 控、设置等；西门子的可编程终端产品有：文本显示器 TD、操作员面板（ OP）、触摸屏 TP 等；它们可 以用专用的组态软件进行不同的组态,以实现其相应的显示、参数设置、掌握等功能；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 11 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳

22、总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备 欢迎下载文本显示器是一种低档的人机界面产品,硬键盘 操作；一般只能用于显示中文和英文信息,适用 于小型的 PLC掌握系统,完成不太复杂的显示与 操作操作员面板是一种中档的人机界面产品 , 硬键盘 操作, 有文本操作面板和图形操作面板二大类； 可 显示更多的文字和图形 , 适用于中小型的 PLC控 制系统 , 完成较复杂的显示与操作；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 12 页,共 13 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料

23、 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备 欢迎下载触摸屏 是一种高档的人机界面产品,具有显示和软键盘操作功能,操作人员能够在触摸屏上操作；触摸屏一般和中大型 PLC 连接构成一个掌握系统,用于较大型的、工作流程较复杂的、显示和设置较多的、且需较多操作单元的过程掌握；组合型人机接口装置 组合型人机接口装置就是以上二种人机接口 的组合,常用于大型 PLC掌握系统；监控运算机系统 监控运算机系统是用通用运算机和监控 软件结合而形成的一种人机接口装置；它除了能 实现可编程终端的全部功能外,在显示、对数据 库的支持、对网络的支持、对大量数据的记录、统计和报表的打印等功能明显增强；监控运算机 系统多用于监控中心内作为整个掌握网络的监控 站使用；教学后记细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 13 页,共 13 页 - - - - - - - - -