PLC基礎知識講解課件

PLC基礎1、教學目的：通過這一章的學習，使學生了解PLC

2、教學重點：PLC的產(chǎn)生、特點、應用及發(fā)展趨勢；PLC的組成、基本工作原理及技術(shù)性能指標

3、教學難點：PLC的產(chǎn)生、特點、應用范圍，PLC的掃描的工作方式和執(zhí)行程序的過程4、學時分配：理論4學時PLC基礎1、教學目的：通過這一章的學習，使學生了解PLC5、參考教材：《可編程控制器原理及應用教程》孫振強編清華大學出版社“十一五”國家級規(guī)劃教材《電氣控制及可編程控制器》史國生編化學工業(yè)出版社《電氣控制與可編程控制器的原理及應用》陳立定編機械工業(yè)出版社5、參考教材：《可編程控制器原理及應用教程》孫振強編清華課程特點及學習要求特點：本課程實踐性很強，突出可編程控制器的應用。要求：掌握可編程控制器原理，從自動化產(chǎn)品的角度，了解其使用，包括產(chǎn)品選型，控制系統(tǒng)設計，安裝調(diào)試。認真做好每一次實驗。課程特點及學習要求特點：2-1可編程控制器概述一、可編程控制器的產(chǎn)生

可編程控制器（ProgrammableController)簡稱PLC。自1969年第一臺PLC面世以來，已成為一種最重要、最普及、應用場合最多的工業(yè)控制器。與機器人、CAD/CAM并稱為工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱。

2-1可編程控制器概述一、可編程控制器的產(chǎn)生1968年美國通用汽車公司提出的替代繼電器控制系統(tǒng)的新型控制器的十項指標：1）編程簡單、現(xiàn)場可修改程序；2）維護方便、采用插件式結(jié)構(gòu)；3）可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)；4）體積小于繼電器控制系統(tǒng)；5）數(shù)據(jù)可以直接送入計算機；6）成本可與繼電器系統(tǒng)競爭；7）輸入可為市電；8）輸出可為市電，能直接驅(qū)動電磁閥、交流接觸器等；9）通用性強、易于擴展；10）用戶存儲器大于4K。1968年美國通用汽車公司提出的替代繼電器控制系統(tǒng)的新型可編程控制器的誕生1969年,美國研制出世界第一臺PDP-141971年,日本研制出第一臺DCS-81973年,德國研制出第一臺可編程控制器1974年,中國研制出第一臺可編程控制器ProgrammableLogicController:PLCProgrammableController:PCPersonalComputer:PC可編程控制器的誕生1969年,美國研制出世界第一臺PDP-1二、國際電工委員會（IEC）PLC的定義：PLC是一種數(shù)字運算操作的電子裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)外圍設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴展其功能的原則設計二、國際電工委員會（IEC）PLC的定義：PLC是一種數(shù)字運三、PLC的特點

可靠性高，抗干擾能力強。編程直觀、簡單。環(huán)境要求低，適應性好。功能完善，接口功能強。體積小、重量輕、功耗低三、PLC的特點可靠性高，抗四、PLC的分類1、按結(jié)構(gòu)形式分類整體式PLC模塊式PLC疊裝式PLC2、按輸入/輸出總點數(shù)分小型PLC中型PLC大型PLC四、PLC的分類1、按結(jié)構(gòu)形式分類五、PLC的應用早期的PLC改造原有的繼電接觸器控制系統(tǒng)。廣泛應用于各種控制系統(tǒng)中，如各種順序控制等。主要用于有大量開關(guān)量和少數(shù)模擬量的控制系統(tǒng)。1、開關(guān)量的邏輯控制2、運動控制3、過程控制4、數(shù)據(jù)控制5、通信及聯(lián)網(wǎng)五、PLC的應用早期的PLC改造原有的繼電接觸器控制系統(tǒng)。六、PLC的發(fā)展趨勢PLC的發(fā)展趨勢：1、小型化、專用化和低價格；2、大型、高速、多功能和分布式全自動網(wǎng)絡化。六、PLC的發(fā)展趨勢PLC的發(fā)展趨勢：1、小型化、專用化和低七、可編程控制器的性能指標1、存儲容量2、I/O點數(shù)3、掃描速度4、指令的功能與數(shù)量5、內(nèi)部元件的種類及數(shù)量6、特殊功能單元7、可擴展能力七、可編程控制器的性能指標1、存儲容量2-2PLC的組成一、組成：中央處理單元（CPU）存儲器輸入輸出單元（I/O單元）電源單元編程器2-2PLC的組成一、組成：PLC基礎知識講解課件外形的樣子PLC編程器7-1外形的樣子PLC7-1三菱FX2N系列PLC的外形圖工作指示燈輸出端子輸入端子I/O狀態(tài)指示燈三菱FX2N系列PLC的外形圖工作指示燈輸出端子輸入端子I/1、中央處理器模塊（CPU）CPU的功能：診斷電源、PC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯誤；接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；用掃描的方式接收輸入信號，送入PC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來；PC進入運行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作；將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。1、中央處理器模塊（CPU）CPU的功能：2、存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存放系統(tǒng)管理程序。用戶存儲器存放用戶編制的控制程序。2、存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。3、輸入輸出單元（I/O）：是PLC與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。輸入部件是開關(guān)、按鈕、傳感器等。輸出部件是電磁閥、接觸器、繼電器。（1）輸入接口電路2-23、輸入輸出單元（I/O）：是PLC與被控對象間傳遞輸入輸出（2）輸出接口電路繼電器輸出**晶體管輸出晶閘管輸出（2）輸出接口電路繼電器輸出**4、電源可編程控制器使用220V交流電源或24V直流電源，內(nèi)部配有一個專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電路需要的工作電源（5V直流）。

5、編程器主要用來編輯程序、調(diào)試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行，還可以在線測試PC的內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PC進行人機對話。編程器一般有兩類：專用編程器和個人計算機。專用編程器:(1)手持編程器：FX-10P-E,FX-20P-E(2)圖形編程器個人計算機：安裝相關(guān)編程軟件4、電源2.3可編程控制器基本工作原理開機內(nèi)部處理通訊服務輸入刷新程序執(zhí)行輸出刷新

編程控制器有兩種基本的工作狀態(tài)：運行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)?？删幊炭刂破髟陂_機后，完成內(nèi)部處理、通信處理、輸入刷新、程序執(zhí)行、輸出刷新五個工作階段，稱為一個掃描周期。完成一次掃描后，又重新執(zhí)行上述過程，可編程控制器這種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。

2.3可編程控制器基本工作原理開機內(nèi)部處理通訊服務輸入刷新內(nèi)部處理階段

PLC接通電源后，在進行循環(huán)掃描之前，首先確定自身的完好性，若發(fā)現(xiàn)故障，除了故障燈亮之外，還可判斷故障性質(zhì)：一般性故障，只報警不停機，等待處理；嚴重故障，則停止運行用戶程序，此時PLC切斷一切輸出聯(lián)系。

確定內(nèi)部硬件正常后，進行清零或復位處理，清除各元件狀態(tài)的隨機性；檢查I/O連接是否正確；啟動監(jiān)控定時器，執(zhí)行一段涉及到各種指令和內(nèi)存單元的程序，然后監(jiān)控定時器復位，允許掃描用戶程序。內(nèi)部處理階段PLC接通電源后，在進行循環(huán)掃描之前，首先確定通信服務階段PLC在通信服務階段檢查是否有與編程器和計算機的通信請求，若有則進行相應處理，如接收由編程器送來的程序、命令和各種數(shù)據(jù)，并把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、出錯信息等發(fā)送給編程器進行顯示。如果有與計算機等的通信要求，也在這段時間完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送任務。

可編程控制器處于停止狀態(tài)時，只執(zhí)行以上的操作?？删幊炭刂破魈幱谶\行狀態(tài)時，還要完成下面三個階段的操作。通信服務階段PLC在通信服務階段檢查是否有與編程器和計算機的輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理輸入端輸入電路輸入映像寄存器輸入刷新階段---CPU從輸入電路的輸出端讀出各路狀態(tài)，并將其寫入輸入映像寄存器；SB0SB1b.程序執(zhí)行階段--CPU從輸入映像寄存器和元件映像寄存器中讀出各繼電器的狀態(tài)，并根據(jù)此狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，執(zhí)行結(jié)果再寫入元件映像寄存器中；c.緊接著的輸出刷新階段---將輸出映像寄存器的狀態(tài)寫入輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路傳遞輸出端子，從而控制外接器件動作。X0Y0Y0Y1元件映像寄存器讀寫輸出鎖存器輸出電路輸出端KM0KM1讀寫X0X1Y0Y1輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理輸入端輸入電路輸入映像寄存器輸入

映像寄存器在PLC的存儲器中，有一個專門存放輸入輸出信號狀態(tài)的區(qū)域，稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器，可編程控制器梯形圖中別的編程元件也有對應的映像存儲區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。外接的輸入觸點電路接通時，對應的輸入映像寄存器為“1”，梯形圖中對應的輸入繼電器的常開觸點接通，常閉觸點斷開。外接的輸入觸點電路斷開時，對應的輸入映像寄存器為“0”，梯形圖中對應的輸入繼電器的常開觸點斷開，常閉觸點接通。映像寄存器輸入處理階段

在輸入處理階段，可編程控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。

注意：在采樣時刻，輸入映像寄存器中的內(nèi)容才與輸入信號一致，而其它時間范圍內(nèi)輸入信號的變化是不會影響輸入映像寄存器中的內(nèi)容的，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的輸入處理階段被讀入。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

輸入處理階段程序執(zhí)行階段可編程控制器的用戶程序由若干條指令所組成，指令在存儲器中按步序號順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。注意：當程序執(zhí)行過程中因某種干擾使掃描失控或進入死循環(huán)時，WDT會發(fā)出超時報警信號，使程序重新開始執(zhí)行；若由于偶然因素造成超時，而重新掃描程序不會再遇到“偶然干擾”，系統(tǒng)便轉(zhuǎn)入正常運行；若出現(xiàn)不可恢復的確定性故障，則系統(tǒng)會自動停止執(zhí)行用戶程序，切斷外部負載，發(fā)出故障信號，等待處理。程序執(zhí)行階段可編程控制器的用戶程序由若干條指令所組成，指令在輸出處理階段在輸出處理階段，CPU將輸出映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。梯形圖中某一輸出繼電器的線圈“通電”時，對應的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)（或稱該編程元件為ON）。信號經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負載通電工作。輸出處理階段在輸出處理階段，CPU將輸出映像寄存器的0/1狀2.3.2掃描周期可編程控制器在運行工作狀態(tài)時，執(zhí)行一次掃描操作所需要的時間稱為掃描周期，其典型值為1~100ms。

沒有外部設備與可編程控制器連接時該段時間為0；輸入/輸出處理的執(zhí)行時間≤1ms。指令執(zhí)行所需的時間與用戶程序的長短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當用戶程序較長時，指令執(zhí)行時間在掃描周期中占相當大的比例。2.3.2掃描周期可編程控制器在運行工作狀態(tài)時，執(zhí)行一次2.3.3I/O滯后時間

I/O滯后時間又稱為系統(tǒng)響應時間，是指可編程控制器外部輸入信號發(fā)生變化的時刻起至它控制的有關(guān)外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的間隔。

I/O滯后現(xiàn)象的原因：（1）輸入濾波器有時間常數(shù)

（2）輸出繼電器有機械滯后

（3）PC循環(huán)操作時，進行公共處理、I/O刷新和執(zhí)行用戶程序等產(chǎn)生掃描周期

（4）程序語句的安排，也影響響應時間2.3.3I/O滯后時間I/O滯后時間又稱為系統(tǒng)響應時說明:輸入信號在第一個掃描周期的輸入采樣階段之后才出現(xiàn)，故在第一個掃描周期內(nèi)，各映像寄存器的均為“0”狀態(tài)，使Y0、Y1、Y2輸出端的狀態(tài)為OFF（“0”）狀態(tài)Y1Y0X0Y1Y1Y2輸入信號X0Y1Y2Y0輸入采樣程序執(zhí)行輸出處理出現(xiàn)信號第一周期輸入采樣程序執(zhí)行輸出處理第二周期說明:在第二個掃描周期的輸入采樣階段，輸入繼電器X0的狀態(tài)為ON（“1”）狀態(tài)，程序執(zhí)行階段，Y1、Y2依次接通，故Y1、Y2輸出端的狀態(tài)為ON（“1”）狀態(tài)。輸入采樣程序執(zhí)行輸出處理第三周期說明:在第三個掃描周期的程序執(zhí)行階段，由于Ｙ１的接通使Ｙ０接通，可見從外部輸入觸點接通