第二章--可编程序控制器的组成与工作原理课件.ppt
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1、 介绍 PLC技术的基本组成基本组成、原理与应用,了解PLC 工作原理工作原理与特点的基础上,重点介绍小型 PLC的应用技术。包括小型 PLC 的硬件与系统构成、基本性系统构成、基本性能、指令与编程方法、控制系统的硬件与软件的设能、指令与编程方法、控制系统的硬件与软件的设计方法计方法、系统的安装与调试、PLC 网络与通讯。第二章 可编程序控制器的 组成与工作原理第一节 PLC 概述一、PLC 的由来与定义1、PLC 的由来 1968年通用汽车公司提出 利用计算机的功能和继电器控制系统的简单易懂相结合。面向控制过程、面向问题的“自然语句”进行编程,使得不熟悉计算机的人也能方便地使用。指标:1)编
2、程简单,可在现场修改程序。2)维护方便,最好是插件式。3)可靠性高于继电器控制柜。4)体积小于继电器控制柜。5)可将数据直接送入管理计算机。6)在成本上可与继电器控制柜竞争。7)输入可以是交流 115V。8)在扩展时,原有系统只需作很小变更。9)输出交流 115V 以上,2A 以上,能直接驱动电磁阀。10)用户程序存储器容量至少能扩展到 4KB。美国数字设备公司(DEC)率先研制出第一台 PLC,PDP-14.表21 各代 PLC 的特点与应用范围 年代 功能特点 应用范围 第一代19691972逻辑运算、定时、计数、中小规模集成电路CPU,磁心存储器取代继电器控制 第二代19731975增加
3、算术运算、数据处理功能,初步行成系列。可靠性进一步提高能同时完成逻辑控制,模拟量控制 第三代19761983增加复杂数值运算和数据处理,远程I/O和通信功能,采用大规模集成电路,CPU,加强自诊断、容错技术适应大型复杂控制系统控制需要并用于联网、通信、监控等场合 第四代1983至今高速大容量功能,采用32位CPU,编程语言多样化,通信能力进一步完善,智能化功能模块齐全构成分级网络控制系统,实现图像动态过程控制,模拟网络资源共享2、PLC 的定义国际电工委员会IEC对PLC下的定义(1987年2月)可编程序控制器是一种数字运算操作数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计,它采用可编程序
4、的存储器可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令,并通过数字式,模拟式的输入和输出数字式,模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的设备,都应按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充功能的原则而设计。二、PLC 的特点 1、可靠性高,抗干扰能力强 1)采用循环扫描,集中采样,集中输出 2)硬件设计采用模块式结构,采取屏蔽、滤波、隔离、联锁等抗干扰技术,增加 输出联锁、环境检测与故障诊断电路 3)软件设计中设置实时监控、自诊断、信 息保护、恢复等程序与硬件电路配合实 现各种故障诊断、处理、报警显示及保 护功能能在下
5、列条件下可靠工作:电源电压:AC 220V 15抗振强度:1055Hz 0.5mm 3轴方向各2h抗冲击强度:10g 3轴方向各3次抗干扰强度:1000Vp_p、脉宽1s,30100Hz噪声工作温度:055存放温度:2070 湿度:3090(不结雾)耐压:AC1500V 1min(各端子与地端之间)2、编程简单,易于掌握 梯形图编程与继电器逻辑电路图类似 直观、清晰、修改方便、易掌握3、组合灵活使用方便 采用标准化模块结构 控制系统接线简单,工作量小,使用、维护方便4、功能强,通用型好 具备很强的信息处理能力、输出控制能力 具有智能 I/O 功能模块:温度、位置高速计数、高速模拟量转换、远程
6、I/O、通信等模块 具有逻辑运算、定时、计数、步进等功能 可完成 A/D、D/A 转换、数字运算、数据处理、通信联网、生产过程监控 可开关量、模拟量、单台、生产线、机群控制 可现场、远距离、简单系统、复杂系统控制5、开发周期短,成功率高 只要正确、合理选用各种模块组成系统,采用软件控制6、体积小、重量轻、功耗低 供编程使用的软继电器(千个)状态器(千个)定时器(几百个)计数器(几百个)数据寄存器(几千个)三、PLC 产品分类1、按结构型式分类 1)整体式 PLC(单元式、箱体式)将电源、CPU、存储器、I/O装在一起 特点:结构紧凑、体积小、价格低、2)模块式 PLC(积木式)各个部分按功能做
7、成独立模块 电源模块、CPU模块、I/O模块等 特点:配置灵活、装配维护方便2、按I/O点数和存储器容量分类 1)小型 PLC I/O点数 2048点,存储器 8kB步 具有:数据运算、模拟调节、联网通信、监视记录、打印等功能 应用:大规模控制、自动化网络控制3、按功能划分 1)低档机 2)中档机 3)高档机四、PLC的应用和发展早期的早期的PLC 改造原有的继电接触器控改造原有的继电接触器控制系统。制系统。广泛应用于各种控制系统中,如各种广泛应用于各种控制系统中,如各种顺序控制等。主要用于有大量开关量顺序控制等。主要用于有大量开关量和少数模拟量的控制系统。和少数模拟量的控制系统。PLC的发展
8、趋势:的发展趋势:1、小型化、专用化、小型化、专用化和低价格;和低价格;2、大型、高速、多功能和、大型、高速、多功能和分布式全自动网络化。分布式全自动网络化。第二章 可编程序控制器的 组成与工作原理n概述概述n基本组成基本组成n基本工作原理基本工作原理nI/O系统系统n定时器与计数器定时器与计数器第二节 PLC 的基本组成 一、PLC 主机的硬件组成与各部分作用 (图21 是 PLC 的基本组成的简化图)组成主机(基本单元)I/O扩展模 块外部设备端口组成:n中央处理单元(CPU)n存储器n输入输出单元(I/O单元)n电源单元n编程器外形的样子nPLC n编程器n7-1输入端子输入信号灯输出端
9、子输出信号灯编程电缆运行开关电源指示灯运行指示灯电池指示灯出错指示灯扩展端口锂电池图3-1 FX2N型PLC的外形FX2N型PLC外观各种类型的各种类型的PLC中、大型中、大型PLC的结构外型的结构外型n中、大型中、大型PLC的结构外型,它通常采用积木式结构,可以根据需要将各种标准模块进行的结构外型,它通常采用积木式结构,可以根据需要将各种标准模块进行搭接,常用的模块有搭接,常用的模块有电源模块电源模块、CPU模块模块、输入模块输入模块、输出模块输出模块以及各种以及各种特殊模块特殊模块。中、大型PLC的结构外型中央处理单元(CPU)n通用微处理器;nFX2系列采用可编程控制器使用的微处理器是1
10、6位的8096单片机。CPU 的性能决定 PLC 的功能档次PLC 中常用的 CPU 有3种:1)单片机芯片8031、8096 2)通用微处理器8080、8086、80386 3)双极型位片式微处理芯片AMD-29xx2、存储器(是运算与控制中心)1)系统存储器(ROM 区)存程序,只读系统管理程序运行管理、存储空间管理、系统自诊 断管理用户程序编辑和指令解释程序将编程语言转为机器 码为 CPU 运行操作标志子程序与调用管理程序为提高运行速度专 用子程序 2)用户存储器(RAM 区可修改)用户程序存储区存放用户程序 数据区存放用户使用ON/OFF状态量、数据量 生成用户数据区(CMOS RAM
11、、EPROM、EEPROM)带后备理电池可保持210年 内存容量以“步(字)”为单位二进制16位数3、输入、输出单元(I/O 单元)输入进入 PLC 输出控制外部设备 作用电平变换、速度匹配、驱动 功率放大、信号隔离等4、电源单元 交流电压波动1015 直流DC12V、DC24V 作用工作、内部、外部供电二、PLC控制系统的组成 1、I/O扩展模块和扩展单元 I/O扩展为增加输入输出口模块表22 基本单元型号规格表23 扩展单元型号规格表24 基本模块型号规格表22 基本单元型号规格型号型号输入点数输入点数输出点数输出点数 扩展模块扩展模块最大最大I/OI/O点数点数继电器输出继电器输出晶体管
12、输出晶体管输出FX2-16MRFX2-16MRFX2-24MRFX2-24MRFX2-32MRFX2-32MRFX2-48MRFX2-48MRFX2-64MRFX2-64MRFX2-80MRFX2-80MRFX2-128MRFX2-128MRFX2-16MTFX2-16MTFX2-24MTFX2-24MTFX2-32MTFX2-32MTFX2-48MTFX2-48MTFX2-64MTFX2-64MTFX2-80MTFX2-80MTFX2-128MTFX2-128MT81216243240648121624324064161616323232表23 扩展单元型号规格型号型号输入点数输入点数(DC
13、24VDC24V)输出点数输出点数扩展模块最大扩展模块最大I/OI/O点数点数FX-32ERFX-32ERFX-48ERFX-48ERFX-48ETFX-48ET16242416(继电器)(继电器)24(继电器)(继电器)24(晶体管)(晶体管)163232表24 扩展模块型号规格型号型号输入点数(输入点数(DC24VDC24V)输出点数输出点数FX-8EXFX-8EXFX-16EXFX-16EXFX-8EYRFX-8EYRFX-8EYTFX-8EYTFX-8EYSFX-8EYSFX-16EYRFX-16EYRFX-16EYTFX-16EYTFX-16EYSFX-16EYSFX-8ERFX-8
14、ER8164 8(继电器)(继电器)8(晶体管)(晶体管)8(晶体管)(晶体管)16(继电器)(继电器)16(晶体管)(晶体管)16(晶体管)(晶体管)4(继电器)(继电器)2、I/O特殊功能模块 应用模拟量输入/输出、数字通信、联网。详细见第四章 3、编程器及其他外围设备 继电器逻辑器件硬件电路器件 PLC 逻辑器件 软件编程器件 软件编程器件 有输入继电器、输出 继电器、定时器、计数器 每个器件编号(按区)编程器件名称、用途、数量、编号、使用方法三、三、PLC 的编程软器件的编程软器件PLC的等效电路的等效电路n在在PLC中有大量的、各种各样的继电器,如输入继电器中有大量的、各种各样的继电
15、器,如输入继电器(X)、输出继电器、输出继电器(Y)、辅助继电器辅助继电器(M)、定时器、定时器(T)、计数器、计数器(C)等。不过这些继电器不是真正的继电等。不过这些继电器不是真正的继电器,而是用计算机中的存储器来模拟的,我们把它叫作器,而是用计算机中的存储器来模拟的,我们把它叫作软继电器软继电器。n存储器中的某一位就可以表示一个继电器,这种继电器也叫存储器中的某一位就可以表示一个继电器,这种继电器也叫位继电器位继电器。n存储器中的一位有两种状态:存储器中的一位有两种状态:“0”和和“1”。我们用。我们用0表示继电器失电表示继电器失电,用,用1表示继电器得电表示继电器得电。把。把“0”或或“
16、1”写入存储器中的某一位就表示对应的继电写入存储器中的某一位就表示对应的继电器线圈失电或得电。器线圈失电或得电。n读出该存储器某位的值读出该存储器某位的值为为0时,表示对应继电器的常开接点断开时,表示对应继电器的常开接点断开;n为为1时,表示对应继电器的常开接点闭合时,表示对应继电器的常开接点闭合。而常闭接点的值是对存储器位的。而常闭接点的值是对存储器位的取反。取反。n读存储器的次数是不受限制的,所以一个位继电器的接点从理论上讲是无穷读存储器的次数是不受限制的,所以一个位继电器的接点从理论上讲是无穷多的。多的。n为了区别常规控制电路和为了区别常规控制电路和PLC控制电路控制电路(通常叫梯形图通
17、常叫梯形图),PLC一般用一般用专用图形符号来表示,如表所示,其中可编程序控制器的继电器线圈专用图形符号来表示,如表所示,其中可编程序控制器的继电器线圈可有多种画法。可有多种画法。可编程序控制器图形符号表 常规电器和可编程序控制器的图形符号对照 PLC中的软元件中的软元件 n在在PLC中软元件有三种类型。中软元件有三种类型。n第一种为第一种为位元件位元件,PLC中的输入继电器中的输入继电器X、输出继电器、输出继电器Y、辅助继电、辅助继电器器M和状态继电器和状态继电器S为位元件。存储单元中的一位表示一个继电器,为位元件。存储单元中的一位表示一个继电器,其值为其值为“0”或或“1”,“0”表示继电
18、器失电,表示继电器失电,“1”表示继电器得电。表示继电器得电。n第二种为第二种为字元件字元件,最典型的字元件为数据寄存器,最典型的字元件为数据寄存器D,一个数据寄存器,一个数据寄存器可以存放可以存放16位二进制数,两个数据寄存器可以存放位二进制数,两个数据寄存器可以存放32位二进制数,位二进制数,在在PLC控制中用于数据处理。定时器控制中用于数据处理。定时器T和计数器和计数器C也可以作为数据寄存也可以作为数据寄存器来使用。器来使用。n第三种为第三种为位与字混合元件位与字混合元件,如定时器,如定时器T和计数器和计数器C,它们的线圈和接,它们的线圈和接点是位元件,它们的设定值寄存器和当前值寄存器为
19、字元件。点是位元件,它们的设定值寄存器和当前值寄存器为字元件。1、输入继电器 X0X177(八进制)作用专门用于接收和存储(记忆,对输入映 像寄存器的某一位)外部开关量信号 (FX2系列用8位编码,地址为X0X127)数量无数对常开、常闭触点编程 输入继电器线圈与 PLC 输入端子相对应 特点状态只能由外部信号驱动,无法用程 序驱动 触点只能用于内部编程,无法驱动外 部负载 响应时间 10ms 图22 输入、输出继电器等效电路图COM X0COM Y0 X0 Y0 X0常开触点常开触点 X0常闭触点常闭触点Y0常开触点常开触点Y0常闭触点常闭触点输输入入信信号号输输入入端端子子输输出出端端子子
20、负负载载 外部电源外部电源输入继电器输入继电器输出继电器输出继电器程序例程序例X0 X1 Y0图图22 FX2 型输入、输出继电器等效电路图型输入、输出继电器等效电路图2、输出继电器 Y0X177(八进制)作用只能提供一副触点驱动外部负载 (FX2系列用8位编码,地址为Y0Y127)数量无数对常开、常闭触点编程 输出继电器外部触点或输出管与 PLC 输出 端子相对应 特点状态只能由程序驱动,无法用外部信 号驱动(改变状态)响应时间 10ms 图22 输入、输出继电器等效电路图3、辅助继电器 M0M1023,M8000M8255(十进制)作用相当中间继电器,用于状态暂存、移 位、辅助运算、特殊功
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- 关 键 词:
- 第二 程序 控制器 组成 工作 原理 课件
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