plc可编程控制器基础.ppt
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1、第第3章章 可编程控制器基础可编程控制器基础 u了了解解可可编编程程控控制制器器产产生生的的背背景景、特特点点、性能指标以及今后的发展方向性能指标以及今后的发展方向u掌握掌握可编程控制器的硬件组成形式可编程控制器的硬件组成形式 u熟悉可编程控制器的软件及工作过程熟悉可编程控制器的软件及工作过程 学习目标:学习目标:教学内容:教学内容:3.1 可编程控制器概述可编程控制器概述 3.2 可编程控制器的组成可编程控制器的组成 3.3 可编程控制器的工作原理可编程控制器的工作原理 3.4 可编程控制器的硬件基础可编程控制器的硬件基础 3.5 可编程控制器的软件基础可编程控制器的软件基础 3.6 可编程
2、控制器的性能指标及分类可编程控制器的性能指标及分类 第第3章章 可编程控制器基础可编程控制器基础 3.1 可编程控制器概述可编程控制器概述u可编程控制器的英文名称是可编程控制器的英文名称是Programmable Controller,早期简称早期简称PC,后来为了与个人后来为了与个人计算机(计算机(PC)区分,在行业中多称之为区分,在行业中多称之为Programmable Logic Controller,即可编程即可编程逻辑控制器,简称逻辑控制器,简称PLC,而这种称呼又与可而这种称呼又与可编程控制器的起源和它本身的特点有关。编程控制器的起源和它本身的特点有关。返回返回3.1.1 可编程控
3、制器的产生与发展可编程控制器的产生与发展 u美国数字设备公司(美国数字设备公司(DEC)根据根据美国通用汽车公美国通用汽车公司司提出的提出的10项指标,于项指标,于1969年研制出第一台控制年研制出第一台控制器,型号为器,型号为PDP-14,它的开创性意义在于引入了它的开创性意义在于引入了程序控制功能,为计算机技术在工业控制领域的程序控制功能,为计算机技术在工业控制领域的应用开辟了空间。应用开辟了空间。u至上世纪至上世纪70年代,年代,PLC技术已经进入成熟期。推技术已经进入成熟期。推动动PLC技术发展的动力主要来自于两个方面:其技术发展的动力主要来自于两个方面:其一是企业对高性能、高可靠性自
4、动控制系统的客一是企业对高性能、高可靠性自动控制系统的客观需要和追求;其次,大规模及超大规模集成电观需要和追求;其次,大规模及超大规模集成电路技术的飞速发展,微处理器性能的不断提高,路技术的飞速发展,微处理器性能的不断提高,为为PLC技术的发展奠定了基础并开拓了空间技术的发展奠定了基础并开拓了空间。返回返回3.1.1 可编程控制器的产生与发展可编程控制器的产生与发展uPLC对对高性能的追求主要体现在:高性能的追求主要体现在:增强增强网络通信网络通信功能。功能。发展智能发展智能模块模块。高可靠性。高可靠性。编程软件标准化。编程软件标准化。编程软件和语言向高层次发展。编程软件和语言向高层次发展。3
5、.1.2 可编程控制器的特点可编程控制器的特点 u可编程控制器的产生是基于工业控制的需要,是可编程控制器的产生是基于工业控制的需要,是面向面向工业(电气)控制领域工业(电气)控制领域的专用设备,的专用设备,取代传取代传统继电统继电-接触器系统的硬件线路接触器系统的硬件线路,它有以下特点:,它有以下特点:CPU为可靠性高,抗干扰能力强;为可靠性高,抗干扰能力强;灵活性强,控制系统具有良好的柔性;灵活性强,控制系统具有良好的柔性;编程简单,使用方便编程简单,使用方便;控制系统易于实现,开发工作量少,周期短;控制系统易于实现,开发工作量少,周期短;维修方便;维修方便;体积小,能耗低;体积小,能耗低;
6、功能强,性能价格比高功能强,性能价格比高。3.2 可编程控制器的组成可编程控制器的组成uPLCPLC的的基本组成部件基本组成部件如图如图3-13-1所示:所示:返回返回3.2.1 中央处理单元(中央处理单元(CPUCPU)u中央处理单元是中央处理单元是PLC的核心部件,负责完成逻辑的核心部件,负责完成逻辑运算、数字运算以及协调系统内各部分的工作。运算、数字运算以及协调系统内各部分的工作。它在系统程序的管理下运行,主要功能有它在系统程序的管理下运行,主要功能有:接受并存储由编程器键入的用户程序和数据;接受并存储由编程器键入的用户程序和数据;诊断电源故障以及用户程序的语法错误;诊断电源故障以及用户
7、程序的语法错误;读取输入状态和数据并存储到相应的存储区读取输入状态和数据并存储到相应的存储区;读读取取用用户户程程序序指指令令,解解释释执执行行用用户户程程序序,完完成成逻逻辑辑运运算算、数数字字运运算算、数数据据传传递递等等任任务务,刷刷新新输出映像区输出映像区,将输出映像内容送至输出单元。,将输出映像内容送至输出单元。返回返回3.2.2 存储器单元存储器单元uPLCPLC的的存储器存储器单元分成两个部分:单元分成两个部分:系系统统程程序序存存储储器器;用用于于存存放放PLCPLC生生产产厂厂家家编编写写的的系系统统程程序序,系系统统程程序序在在出出厂厂时时已已经经被被固固化化在在PROMP
8、ROM或或EPROMEPROM中。中。用用户户程程序序存存储储器器。可可分分为为程程序序存存储储区区和和数数据据存存储储区区,程程序序存存储储器器用用于于存存放放用用户户编编写写的的控控制制程程序序,数数据据存存储储区区存存放放的的是是程程序序执执行行过过程程中中所所需需要的或者所产生的中间数据。要的或者所产生的中间数据。3.2.3 电源单元电源单元 u电源单元将外界提供的电源转换成电源单元将外界提供的电源转换成PLC的工作电的工作电源后,提供给源后,提供给PLC。有些电源单元也可以作为负有些电源单元也可以作为负载电源,通过载电源,通过PLC的的I/O接口向负载提供直流接口向负载提供直流24V
9、电源。电源。u电源单元还提供掉电保护电路和后备电池电源,电源单元还提供掉电保护电路和后备电池电源,以维持部分以维持部分RAM存储器的内容在外界电源断电后存储器的内容在外界电源断电后不会丢失。在面板上通常有发光二极管(不会丢失。在面板上通常有发光二极管(LCDLCD)指指示电源的工作状态,便于判断电源工作是否正常。示电源的工作状态,便于判断电源工作是否正常。3.2.4 输入输出单元输入输出单元 uPLC的输入、输出单元也叫的输入、输出单元也叫I/O单元,单元,对于模块式对于模块式的的PLC来说,来说,I/O单元以模块形式出现,所以又称单元以模块形式出现,所以又称为为I/O模块模块。I/O单元是单
10、元是PLC与工业现场的接口与工业现场的接口,现场信号与现场信号与PLC之间的联系通过之间的联系通过I/O单元实现。单元实现。u工业现场工业现场的输入和输出信号包括的输入和输出信号包括数字量和模拟量数字量和模拟量两类,因此两类,因此I/O单元也有数字单元也有数字I/O和模拟和模拟I/O两种,两种,前者又称为前者又称为DI/DO,后者又称为后者又称为AI/AO。PLC的的输入、输出单元还应包括一些功能模块,所谓输入、输出单元还应包括一些功能模块,所谓功功能模块能模块就是一些就是一些智能化智能化了的输入和输出模块。了的输入和输出模块。3.2.5 接口单元(接口单元(对外部设备对外部设备)u接口单元接
11、口单元包括包括扩展接口扩展接口、通信接口通信接口、编程器接口编程器接口和和存储器接口存储器接口及其它及其它外部设备接口外部设备接口等。等。uPLC的的I/O单元单元也属于接口单元的范畴,它完成也属于接口单元的范畴,它完成PLC与工业现场之间电信号与工业现场之间电信号的往来联系。除此之的往来联系。除此之外,外,PLC与其它外界设备和信号与其它外界设备和信号的联系都需要相的联系都需要相应的接口单元应的接口单元。3.2.5 接口单元(对外部设备)接口单元(对外部设备)u接口单元通常有以下接口单元通常有以下5种:种:I/OI/O扩展接口扩展接口 :用于扩展输入输出点数用于扩展输入输出点数 。通通信信接
12、接口口 :通通常常集集成成有有RS232RS232或或RS422RS422口口,用用于于与与PLCPLC、上上位机、远程位机、远程I/OI/O、监视器、编程器等外部设备相连组网。监视器、编程器等外部设备相连组网。编编程程器器接接口口 :PLCPLC本本体体通通常常是是不不带带编编程程器器的的,编编程程器器接接口口是连接编程器的。是连接编程器的。存储器接口:存储器接口:存储器接口是为了扩展存储区而设置的。存储器接口是为了扩展存储区而设置的。其其它它外外部部设设备备接接口口:包包括括条条码码读读入入器器的的接接口口、打打印印机机接接口口等等。等等。3.2.6 外部设备外部设备 uPLCPLC的外部
13、设备种类很多,可以概括为以下四类:的外部设备种类很多,可以概括为以下四类:编编程程设设备备;除除了了用用于于编编程程,还还可可对对系系统统作作一一些些设定,以确定设定,以确定PLCPLC的工作方式。的工作方式。监监控控设设备备;将将现现场场数数据据动动态态实实时时显显示示出出来来,以以便操作人员随时掌握系统运行的情况。便操作人员随时掌握系统运行的情况。存储设备;用于存储设备;用于保存用户数据保存用户数据,避免程序丢失。,避免程序丢失。输输入入输输出出设设备备。用用于于接接受受信信号号和和输输出出信信号号的的专专用设备用设备,例如条码读入器、打印机等。例如条码读入器、打印机等。返回返回3.3 可
14、编程控制器的工作原理可编程控制器的工作原理u 可编程控制器是基于电子计算机的工业控可编程控制器是基于电子计算机的工业控制器,从制器,从PLCPLC产生的背景来看,产生的背景来看,PLCPLC系统与继电系统与继电器控制系统有着极深的渊源,因此可以器控制系统有着极深的渊源,因此可以比照着比照着继电器系统来学习继电器系统来学习PLCPLC的工作原理。的工作原理。返回返回3.3.1 可编程控制器的等效电路可编程控制器的等效电路 uPLCPLC的等效电路的等效电路如下图所示:如下图所示:3.3.2 可编程控制器的可编程控制器的工作过程工作过程 uPLC的工作过程以的工作过程以循环扫描的方式循环扫描的方式
15、进行,当进行,当PLC处于运处于运行状态时,它的运行周期可以划分为行状态时,它的运行周期可以划分为3个基本阶段:个基本阶段:输输入入采采样样阶阶段段:PLCPLC逐逐个个扫扫描描每每个个输输入入端端口口,将将所所有有输输入入设设备备当前状态保存到相应的当前状态保存到相应的输入专用存储区输入专用存储区-输入映像(寄存)区输入映像(寄存)区。(用用户户)程程序序执执行行阶阶段段:在在系系统统程程序序的的指指示示下下,CPUCPU从从用用户户程程序序存存储储区区逐逐条条读读取取用用户户指指令令,经经解解释释后后执执行行相相应应动动作作,产产生生相相应应结结果果,刷刷新新相相应应的的输输出出映映像像寄
16、寄存存器器,期期间间需需要要用用到到输输入入映映像像寄存器、输出映像寄存器的相应状态。寄存器、输出映像寄存器的相应状态。输输出出刷刷新新阶阶段段:系系统统程程序序将将输输出出映映像像寄寄存存器器中中的的内内容容传传送送到到输输出锁存器出锁存器中,经过输出接口、输出端子输出,驱动外部负载。中,经过输出接口、输出端子输出,驱动外部负载。上述三步骤为一个周期结束后,再进行下一循环。上述三步骤为一个周期结束后,再进行下一循环。返回返回3.3.2 可编程控制器的工作过程可编程控制器的工作过程uPLC工作过程的工作过程的特点小结特点小结如下:如下:PLCPLC采采用用集集中中采采样样、集集中中输输出出的的
17、工工作作方方式式,这这种种方方式式减减少了外界干扰的影响。少了外界干扰的影响。PLCPLC的的工工作作过过程程是是循循环环扫扫描描的的过过程程,循循环环扫扫描描时时间间的的长长短取决于指令执行速度、用户程序的长度等因素。短取决于指令执行速度、用户程序的长度等因素。输输出出对对输输入入的的响响应应有有滞滞后后现现象象。PLCPLC采采用用集集中中采采样样、集集中中输输出出的的工工作作方方式式,当当采采样样阶阶段段结结束束后后,输输入入状状态态的的变变化化将将要要等等到到下下一一个个采采样样周周期期才才能能被被接接收收,因因此此这这个个滞滞后后时时间间的的长长短短又又主主要要取取决决于于循循环环周
18、周期期的的长长短短。此此外外,影影响响滞滞后后时时间间的的因因素素还还有有输输入入电电路路滤滤波波时时间间、输输出出电电路路的的滞滞后时间等。后时间等。3.4 可编程控制器的可编程控制器的硬件基础硬件基础 uI/O单元是组成单元是组成PLC系统的重要环节,本节以介系统的重要环节,本节以介绍绍I/O单元的硬件电路单元的硬件电路为主,在此基础上简单介为主,在此基础上简单介绍绍PLC系统的硬件配置。应当说明的是,不同系统的硬件配置。应当说明的是,不同PLC在硬件的具体实现方案上总是有区别的,在硬件的具体实现方案上总是有区别的,本节的任务是讨论一般性的原理,而非某一具本节的任务是讨论一般性的原理,而非
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