課件第一章2plc結(jié)構(gòu)和原理

第1章可編程序控制器結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1結(jié)構(gòu)和工作原理1.2技術(shù)性能指標(biāo)1.3編程語(yǔ)言1.1結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1.1結(jié)構(gòu)

1.1.2工作原理

返回本章首頁(yè)P(yáng)LC的基本組成PLC主要由CPU模塊、輸入/輸出模塊、電源模塊和外部設(shè)備組成1.1.1結(jié)構(gòu)

整體式組合式

PLC的基本分類小型機(jī)常采用整體式中、大型機(jī)常采用組合式認(rèn)知PLC的硬件組成小型機(jī)：一體機(jī)。有接口可擴(kuò)展。S7300信號(hào)模塊(SM)

?數(shù)字量輸入模塊： 24VDC， 120/230VAC ?數(shù)字量輸出模塊： 24VDC，繼電器

?模擬量輸入模塊：

電壓，電流，電阻，熱電偶

?模擬量輸出模塊：

電壓，電流

接口模塊(IM) IM360/IM361和IM365可以用來(lái)進(jìn)行多層組態(tài)，它們把總線從一層傳到另一層。中、大型機(jī)：模塊式?？筛鶕?jù)需要在主板上隨意組合。輸出設(shè)備輸入設(shè)備

I/O擴(kuò)展單元

特殊功能單元主機(jī)輸出單元輸入單元

電源外設(shè)接口I/O擴(kuò)展口存儲(chǔ)器

系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器

CPU

用戶程序存儲(chǔ)器盒式磁帶機(jī)打印機(jī)EPROM寫(xiě)入器

上位計(jì)算機(jī)

PLC編程器可編程終端PT…

整體式PLC的基本組成框圖

組合式PLC的基本組成框圖系統(tǒng)總線通信單元控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程CPU單元輸出單元編程器PLC或上位計(jì)算機(jī)……智能I/O單元輸入單元1.中央處理單元CPU中央處理單元（CPU）一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片上。（1）通用處理器：8086、80286、80386

（2）單片機(jī)芯片：8031、8096

（3）位片式微處理器：AMD-2900

小型采用8位微處理器中型采用16位微處理器大型采用高速位片式微處理器★輸入并存儲(chǔ)用戶程序、顯示輸入內(nèi)容和地址；

CPU指揮PLC完成各種預(yù)定的功能★檢查、校驗(yàn)用戶程序，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤即報(bào)警；★執(zhí)行用戶程序、驅(qū)動(dòng)外部輸出設(shè)備動(dòng)作；★診斷故障、記憶故障信息并報(bào)警。

CPU單元系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器——存儲(chǔ)系統(tǒng)系統(tǒng)程序用戶程序存儲(chǔ)器——存儲(chǔ)系統(tǒng)用戶程序工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器——存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)

2.存儲(chǔ)器（CMOS固化監(jiān)控程序和解釋程序）

PLC與外部設(shè)備聯(lián)系的橋梁開(kāi)關(guān)量輸入單元開(kāi)關(guān)量輸出單元直流輸入單元交流輸入單元晶體管輸出單元晶閘管輸出單元繼電器輸出單元

3.I/O單元

輸入、輸出接口：采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。輸出接口作用：將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行電路的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使PLC與外部強(qiáng)電隔離。輸出三種形式：繼電器--低速大功率

可控硅--高速大功率

晶體管--高速小功率輸入接口作用：將按鈕、行程開(kāi)關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。輸入接口電路通常PLC的輸入類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內(nèi)部提供。輸入方式一般有以下三種：直流匯點(diǎn)輸入方式交流匯點(diǎn)輸入方式分隔式輸入方式直流匯點(diǎn)輸入方式（1）輸入接口電路：采用光電耦合器，防止強(qiáng)電干擾。COM光電三極管發(fā)光二極管直流電源輸入端子+–PLCXn+24V–發(fā)光二極管交流匯點(diǎn)輸入方式交流輸入電路LED+5VA→→R2～MSCR1內(nèi)部電路R3濾波→→→→光電耦合

輸入點(diǎn)的狀態(tài)顯示

外部開(kāi)關(guān)輸入點(diǎn)分隔式輸入方式輸出接口電路通常PLC的輸出類型可以是直流、交流和交直流。輸出電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內(nèi)部提供。一般有以下四種：晶體管輸出方式--高速小功率(直流)場(chǎng)效應(yīng)管輸出方式(直流)固體繼電器輸出方式--高速大功率(交流)有觸點(diǎn)繼電器輸出方式--低速大功率(交直流)繼電器輸出輸出接口電路：以繼電器形式為例：PLC內(nèi)部電路內(nèi)部電路J+交流電源或直流電源YCOM-采用晶體管輸出的多路匯點(diǎn)輸出接口電路

采用場(chǎng)效應(yīng)管輸出的多路匯點(diǎn)輸出接口電路固體繼電器輸出方式1.2.1工作原理1.循環(huán)掃描PLC采用循環(huán)掃描工作方式。這個(gè)工作過(guò)程一般包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，其工作過(guò)程如圖所示。上電處理共同處理通信服務(wù)外設(shè)服務(wù)程序執(zhí)行輸入輸出刷新公共部分掃描時(shí)間T1外設(shè)掃描時(shí)間T3用戶程序執(zhí)行時(shí)間T4I／0掃描時(shí)間T5通信服務(wù)掃描時(shí)間T21.4.2

PLC的循環(huán)掃描工作過(guò)程掃描工作分為5個(gè)階段公共處理階段

通信服務(wù)階段

程序執(zhí)行階

段

I/O刷新階段外設(shè)端口處理階段PLC執(zhí)行的五個(gè)階段，稱為一個(gè)掃描周期，PLC完成一個(gè)周期后，又重新執(zhí)行上述過(guò)程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。PLC在運(yùn)行工作狀態(tài)，執(zhí)行如上所述的一次掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為1～100ms。掃描周期與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和CPU的運(yùn)算速度有很大的關(guān)系。用戶程序較長(zhǎng)時(shí)，指令執(zhí)行的時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。

PLC工作過(guò)程定期檢查用戶程序存儲(chǔ)器、I/O單元的連接、I/O總線是否正常，定期復(fù)位監(jiān)控定時(shí)器WDTPLC之間以及PLC與PC之間；PLC與其他帶微處理器的智能裝置通信編程器、終端設(shè)備、彩色圖形顯示器、打印機(jī)以掃描的方式按順序逐句掃描處理，運(yùn)算結(jié)果存入輸出映象區(qū)對(duì)應(yīng)位中掃描的方式輸入信號(hào)的狀態(tài)存入輸入映象區(qū)；結(jié)果存入輸出映象區(qū)，直至傳送到外部被控設(shè)備。清除內(nèi)部繼電器區(qū)，復(fù)位定時(shí)器等，并進(jìn)行自診斷，對(duì)電源、PLC內(nèi)部電路、用戶程序的語(yǔ)法進(jìn)行檢查。讀讀讀寫(xiě)寫(xiě)

執(zhí)行用戶程序I/O刷新I/O刷新I/O刷新I/O刷新2.PLC執(zhí)行用戶程序的過(guò)程Q0.1Q0.0I0.0I0.1Q0.0輸入端子輸入電路用戶輸入設(shè)備輸入映像寄存器輸出電路輸出端子輸出映像寄存器輸出鎖存器

用戶輸出設(shè)備PLC的I／0響應(yīng)時(shí)間：輸入觸點(diǎn)閉合到輸出觸點(diǎn)閉合的時(shí)間。PLC的I／0響應(yīng)時(shí)間=輸入延遲時(shí)間

+掃描周期

+等待刷新時(shí)間

+輸出延遲時(shí)間CPU讀輸入輸入輸出延遲時(shí)間——最短響應(yīng)時(shí)間輸入/輸出刷新時(shí)間最短響應(yīng)時(shí)間=輸入延遲時(shí)間+一個(gè)掃描周期+輸出延遲時(shí)間圖2.5程序執(zhí)行原理圖注意：1）輸入信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，否則就檢測(cè)不到該信號(hào)。

2）一個(gè)掃描周期多次執(zhí)行輸出指令后者優(yōu)先。PLC執(zhí)行用戶程序的特點(diǎn)①按梯形圖自左向右、自上而下逐次執(zhí)行程序②執(zhí)行程序時(shí)所需數(shù)據(jù)取自于：

輸入映像寄存器輸出映像寄存器③輸入映像寄存器和輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)輸出映像寄存器：在一個(gè)掃描周期中可讀可寫(xiě)輸入映像寄存器：在一個(gè)掃描周期中保持不變④每個(gè)掃描周期I/O刷新階段集中讀入/讀出數(shù)據(jù)此時(shí)輸出映像寄存器數(shù)據(jù)輸出給鎖存器，通過(guò)輸出端子和外部電源，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。1.產(chǎn)生I/O滯后現(xiàn)象的原因

PLC的I/O滯后現(xiàn)象（1）輸入濾波器對(duì)信號(hào)的延遲作用。濾波器時(shí)間常數(shù)越大，對(duì)輸入信號(hào)的延遲作用越強(qiáng)。有的PLC其輸入電路濾波器的時(shí)間常數(shù)可以調(diào)整。——輸出ON延時(shí)。

（2）輸出繼電器的動(dòng)作延遲（繼電器輸出型PLC）。從輸出鎖存器ON、到輸出觸點(diǎn)ON經(jīng)歷一定時(shí)間要求有較快響應(yīng)的場(chǎng)合最好不要使用繼電器輸出型PLC。與繼電接觸器的異同

相同點(diǎn)：圖形結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系相同。

不同點(diǎn)：（1）實(shí)現(xiàn)原理不同（硬繼電器、軟繼電器）（2）工作方式不同（3）安裝、維護(hù)量不同物理繼電器繼電器需硬接線連接觸點(diǎn)個(gè)數(shù)有限PLC繼電器繼電器用程序軟連接觸點(diǎn)個(gè)數(shù)無(wú)限繼電器的接線改變——控制功能改變PLC的用戶程序改變——控制功能改變

兩種控制中繼電器的區(qū)別用PLC控制——外部接線不變，改變用戶程序。用繼電器控制——要改變控制電路的實(shí)際接線。KMQFUKH

M3~SB1SB2KMKHKM

繼電器控制接線PLC控制外部接線輸入設(shè)備PLC~SB1SB2KHKM輸出設(shè)備

欲改變控制功能：主電路相同例如I0.0Q0.0Q0.0PLC控制I0.1SB2KMKM繼電器控制SB1

兩種控制的梯形圖比較線圈線圈常開(kāi)觸點(diǎn)常開(kāi)觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)

電動(dòng)機(jī)熱繼電器熱繼電器動(dòng)斷觸頭接線柱交流接觸器線圈按鈕L1L2L3

模擬實(shí)驗(yàn)室連接接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路1.2技術(shù)性能指標(biāo)1.外形尺寸

2.輸入輸出點(diǎn)數(shù)

3.速度4.存儲(chǔ)器容量5.指令系統(tǒng)6.擴(kuò)展性7.通信功能

PLC組成控制系統(tǒng)所能接入的最大數(shù)量以執(zhí)行1000字指令所需的時(shí)間來(lái)衡量ms/千字指令長(zhǎng)度或指令條數(shù)允許擴(kuò)展的模塊個(gè)數(shù)RAM的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算：以字（16位）為單位邏輯控制時(shí)，RAM=（I+O）點(diǎn)數(shù)*10

有AD時(shí)，RAM=AD通道數(shù)*120

有AD和DA時(shí)，RAM=（AD+DA*2501.3編程語(yǔ)言IEC-1131標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定PLC的5種編程語(yǔ)言：1.FBD(Function