可編程序控制器的組成及原理.ppt

2019/7/1,1,可編程控制器（PLC）應(yīng)用實(shí)踐,課程號(hào)：09366027,上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院,程志華,021-可編程序控制器的組成及原理,了解PLC PLC的基本原理,2019/7/1,2,1968年 GM(美國通用汽車)為改造控制設(shè)備招標(biāo)的技術(shù)要求,編程方便，可現(xiàn)場修改程序； 維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)； 可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)； 體積小于繼電器控制柜； 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)； 成本可與繼電器控制系統(tǒng)競爭； 輸入可為市電； 輸出可為市電，輸出電流要求在2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等； 系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)變更最?。?用戶存儲(chǔ)器容量大于4KB,1969年 DEC研制出第一臺(tái)PLC-PDP-14,招標(biāo)技術(shù)要求,了解PLC,PLC的誕生,2019/7/1,3,定義:,了解PLC,國際電工委員會(huì)(IEC)于1987年對可編程序控制器作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)”。,新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置,自動(dòng)化技術(shù),計(jì)算機(jī)技術(shù),通信技術(shù),微處理器,繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制,早期的可編程序控制器在功能上只能進(jìn)行邏輯控制，因而稱為可編程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC。 隨著技術(shù)的進(jìn)步，其控制功能不斷增強(qiáng)，現(xiàn)在的可編程序控制還可進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、模擬量控制，因此美國電氣制造協(xié)會(huì)(NEMA)于1980年將它正式命名為可編程序控制器(Programmable Controller)簡稱為PC。 但是近年來PC又成為個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡稱，為了加以區(qū)別，現(xiàn)在把可編程序控制器又稱為PLC。,2019/7/1,4,1969年，美國研制出世界第一臺(tái)PDP-14 1971年，日本研制出第一臺(tái)DCS-8 1973年，德國研制出第一臺(tái)PLC 1974年，中國研制出第一臺(tái)PLC -始于60年代末 美國首先研制和使用可編程序控制器以后，世界各國特別是日本和聯(lián)邦德國也相繼開發(fā)了各自的PLC（70年代中期出現(xiàn)了微處理器并被應(yīng)用到可編程序控制器后，PLC的功能日趨完善，特別是它的小型化、高可靠性和低價(jià)格，使它在現(xiàn)代工業(yè)控制中嶄露頭角）。 -展于到80年代初 PLC的應(yīng)用已在工業(yè)控制領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位。PLC控制技術(shù)已在世界范圍內(nèi)廣為流行，國際市場競爭相當(dāng)激烈，產(chǎn)品更新很快，換代周期約為35年。 -成于90年代后 工業(yè)控制領(lǐng)域幾乎全被PLC占領(lǐng)。國外專家預(yù)言，PLC技術(shù)將在工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱(PLC、機(jī)器人和CADCAM)中躍居首位。,發(fā)展: (現(xiàn)狀，方向（小型化、大型化、機(jī)電一體化、通訊和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化）,了解PLC,2019/7/1,5,分類: (按容量和功能來分，大致可分為小型、中型和大型三類),- 小型機(jī):（=250點(diǎn)） 小型PLC的功能一般以開關(guān)量控制為主，它們的輸入輸出點(diǎn)數(shù)適合于接觸器、繼電器控制的場合，還能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥等執(zhí)行元件。這類裝置具有上百個(gè)內(nèi)部輔助繼電器，它是內(nèi)存中的一個(gè)單元，可以起到記憶中間狀態(tài)的作用，并且還具有計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、寄存器等功能。這類PLC的特點(diǎn)是價(jià)格低廉、體積小巧，適合于控制單臺(tái)設(shè)備，開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品。 這類小型機(jī)有日本三菱公司的FX2N/F40，歐姆龍公司的C60P，富士公司的NB290，美國德州儀器公司的TI100，通用電氣公司的GEI， (也有小型機(jī)帶模擬量控制，如西門子公司S5100U，S7200) 。,了解PLC,2019/7/1,6,- 整體式結(jié)構(gòu) 一般小型機(jī)都采用整體式結(jié)構(gòu)。它的中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口和電源都裝在一個(gè)金屬或塑料機(jī)殼中，結(jié)構(gòu)非常緊湊。機(jī)箱的上、下兩側(cè)分別安裝輸入、輸出接線端子及電源進(jìn)線，并有相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示輸入輸出狀態(tài)。面板上留有編程器插座、EPROM插座、擴(kuò)展單元的接口插座等?；締卧蛿U(kuò)展單元之間用扁平電纜連接。 整體式PLC一般還配備許多專用的特殊功能單元，如位置控制單元、數(shù)據(jù)輸入單元等，使PLC的功能得到擴(kuò)展。,分類: (按硬件結(jié)構(gòu)來分，大致可分為整體式、插件式和疊裝式三類),了解PLC,2019/7/1,7,PLC的應(yīng)用領(lǐng)域:,開關(guān)量的邏輯控制； 位置控制； 過程控制； 數(shù)據(jù)處理； 通信聯(lián)網(wǎng)；,了解PLC,運(yùn)動(dòng)控制及 安全控制,2019/7/1,8,PLC的基本原理,2019/7/1,9,PLC的結(jié)構(gòu)示意圖,PLC的基本原理,2019/7/1,10,1中央處理單元(CPU) -整個(gè)PLC的核心,PLC的基本原理,通用CPU: 如8位（8080/8085/6800/Z80/51）,16/32位, 及奔騰 CPU （S7-400）; 單片CPU: 三菱FX2系列采用16位8098MCU 位片式CPU: 4位一片，相連可組成任意長度MCU,2存儲(chǔ)器(RAM,ROM,EPROM) 存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及工作數(shù)據(jù)。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器；存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器；存放工作數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。,2019/7/1,11,PLC的輸出接口電路,3輸入、輸出接口電路 輸入、輸出接口電路是PLC與現(xiàn)場IO設(shè)備或其他外設(shè)之間的連接部件，它起著PLC和外圍設(shè)備之間傳遞信息的作用。 輸入接口電路接收從按鈕開關(guān)、選擇開關(guān)、行程開關(guān)等來的開關(guān)量輸入信號(hào)和由電位器、熱電偶、測速發(fā)電機(jī)等來的連續(xù)變化的模擬量輸入信號(hào)，然后送入PLC。輸入接口電路一般由光電耦合電路。,PLC的基本原理,負(fù)載電源： AC250/DC30V DC5-30V AC85-242V,負(fù)載電流： 2A 0.5A 0.3A,響應(yīng)時(shí)間： 10ms 0.2ms 1/10ms(斷-通/通-斷),2019/7/1,12,PLC的輸入接口電路,PLC的基本原理,2019/7/1,13,2019/7/1,14,2019/7/1,15,輸入、輸出接線示例,2019/7/1,16,2019/7/1,17,工作方式:,PLC的基本原理,2019/7/1,18,輸入處理又叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對應(yīng)的映像寄存器。在此輸入映像寄存器被刷新，接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時(shí)，輸入映像寄存器與外界隔離，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，其映像寄存器的內(nèi)容也不會(huì)發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。 程序執(zhí)行階段根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右，先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。 輸出處理也叫輸出刷新，程序執(zhí)行完畢后，將輸出映像寄存器中的寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。,PLC的基本原理,2019/7/1,19,PLC采用循環(huán)掃描工作方式，在PLC中，用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。PLC的掃描過程如圖所示。 這個(gè)工作過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行和輸出處理幾個(gè)階段。全過程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。 內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器等。 通信操作服務(wù)階段，PLC與一些智能模塊通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等。 當(dāng)PLC處于停(STOP)狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。當(dāng)PLC處于運(yùn)行(RUN)狀態(tài)時(shí)， PLC的掃描過程從內(nèi)部處理、通信操作，到程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。,PLC的掃描過程,工作原理:,PLC的基本原理,2019/7/1,20,PLC歸納:,特點(diǎn): 1功能完善，結(jié)構(gòu)模塊化； 2硬、軟件開發(fā)周期短；