第3講PLC的基本組成與工作原理課件

第3講PLC的基本組成與工作原理

一、教學目的1．熟悉PLC的工作原理2．掌握PLC的I/O內(nèi)部等效電路及使用方法3．掌握PLC循環(huán)掃描工作方式及應(yīng)用注意事項二、教學方式與學時課堂講解、設(shè)計分析、學生練習，2學時三、教學內(nèi)容1．PLC的產(chǎn)生與發(fā)展情況2．PLC的I/O種類與內(nèi)部等效電路3．PLC的工作方式與主要技術(shù)指標第3講PLC的基本組成與工作原理一、教學目的二、教學1四、思考題1．PLC與其它工控裝置相比有何優(yōu)缺點？2．PLC有哪些I/O單元？各適用什么場合？3．請描述PLC采用循環(huán)掃描工作方式。第3講PLC的基本組成與工作原理

四、思考題第3講PLC的基本組成與工作原理2I0.0I0.1Q0.0Q0.0繼電接觸器控制電機起停PLC控制電機起停I0.0I0.1Q0.0Q0.0繼電接觸器PLC3PLC的產(chǎn)生與發(fā)展1.PLC的含義2.PLC的定義3.PLC的發(fā)展PLC的產(chǎn)生與發(fā)展1.PLC的含義4

能不能設(shè)計一種把計算機的通用、靈活、功能完備與繼電器控制的簡單、易懂相結(jié)合的新型控制裝置呢?

回答是肯定的，就是PLC。PLC是一種集計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、通信技術(shù)于一體的新型自動控制裝置，并得到了廣泛應(yīng)用，被譽為當代工業(yè)自動化的三大支柱（PLC、工業(yè)機器人、CAD/CAM）之一。

繼電接觸器應(yīng)用例子

能不能設(shè)計一種把計算機的通用、靈活、功能完備與繼電器5可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController),簡稱PLC。可編程序控制器（ProgrammableController）,簡稱PC。但個人計算機（PersonalComputer）常簡稱為PC（機），為了避免混淆，可編程控制器簡稱為PLC。1.PLC含義

PLC應(yīng)用例子

可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicCo62.PLC定義

PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)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)等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機械或生產(chǎn)過程。2.PLC定義PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系7

1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出世界上第一臺PLC，并在GM公司的汽車自動裝配生產(chǎn)上試用成功。1971年，日本引進這項技術(shù)并開始生產(chǎn)PLC。1973年，德國和法國也研制出PLC。1977年，我國研制成功第一臺PLC。3.PLC發(fā)展

目前，全世界生產(chǎn)PLC的公司約200家，生產(chǎn)300多種產(chǎn)品。但有七家公司是舉足輕重的，它們是：美國ROCKWELL所屬的A-B公司，GE-FANUC公司；德國西門子公司（SIMENS）;法國施耐德(Schneider)所屬的美國MODICON公司和法國TE公司；日本三菱公司（MITSUBISHI）和立石公司（OMRON）。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出世界上第一臺PLC，8S7系列是西門子公司近年推出的新產(chǎn)品。其中，S7-400是大型機，數(shù)字量I/O可達128k，模擬量I/O可達8k；S7-300是中型機，數(shù)字量I/O可達16k，模擬量I/O可達1024個；S7-200是小型機，數(shù)字量I/O可達256個，模擬量I/O可達64個。S7-300S7-400S7系列是西門子公司近年推出的新產(chǎn)品。其中，S7-400是大9PLC的主要特點靈活性和通用性強干擾能力強、可靠性高編程語言簡單易學與外設(shè)連接簡單功能強、擴展方便控制系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試時間短體積小、重量輕、易于實現(xiàn)機電一體化PLC的主要特點靈活性和通用性強101.PLC與繼電器控制邏輯的比較

繼電器控制系統(tǒng)具有價格便宜，但存在機械觸點的缺陷，只適用于十分簡單、功能固定的控制場合；而PLC具有可靠、工藝改變?nèi)菀椎葍?yōu)勢，必將取代繼電器控制裝置。繼電器控制板1.PLC與繼電器控制邏輯的比較繼電器控112.PLC與單片機系統(tǒng)的比較

單片機系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，但與PLC相比，存在不易掌握、系統(tǒng)設(shè)計復雜、抗干擾能力不強等缺點，一般適用于控制要求不高的場合。單片機控制板2.PLC與單片機系統(tǒng)的比較單片機系統(tǒng)具有123.PLC與工控計算機的比較

工控計算機具有總線標準化程度高、兼容性強、軟件資源豐富等優(yōu)點，特別適合于要求快速、模型復雜、計算工作量大的場合；而PLC易學、易懂、可靠性高，在開關(guān)量邏輯控制、順序控制及高可靠性要求的場合。工業(yè)控制計算機3.PLC與工控計算機的比較工控計算機具有總線標134.PLC與DCS的比較

DCS是由儀表回路控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，所以它在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢，初期主要側(cè)重于回路調(diào)節(jié)功能。而PLC是由繼電器控制邏輯發(fā)展而來的，所以它在數(shù)字處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢，初期主要側(cè)重于開關(guān)量的順序控制。DCS4.PLC與DCS的比較DCS是由儀表回14開關(guān)邏輯控制位置控制過程控制多級控制網(wǎng)絡(luò)PLC的應(yīng)用領(lǐng)域開關(guān)邏輯控制PLC的應(yīng)用領(lǐng)域15PLC的基本組成兩種結(jié)構(gòu)：整體式和模塊組合式整體式PLC的組成：由輸入單元、電源、CPU、輸出單元、通信接口、存儲器、I/O擴展端口等組成。模塊組合式PLC的基本組成：由系統(tǒng)總線（電源及框架）、通信單元、智能I/O單元、輸出單元、輸入單元、CPU單元等組成。PLC的基本組成兩種結(jié)構(gòu)：整體式和模塊組合式16整體式模塊式整體式模塊式17整體式PLC組成框圖整體式PLC組成框圖18模塊式PLC組成模塊式PLC組成19PLC的存儲器PLC的存貯器分為以下3種:

系統(tǒng)程序存貯器：用于存貯監(jiān)控程序,為只讀存貯器(ROM)。用戶程序存貯器：用于存放用戶程序。不同的PLC，其存貯器類型可能不同。有的PLC，其用戶存貯器采用鋰電池或大電容后備的RAM；有些PLC，采用快閃存貯器（FLASHMEMORY）；有些PLC，采用EPROM。數(shù)據(jù)存貯器：一般選用RAM，用于保存數(shù)據(jù)。

PLC的存儲器PLC的存貯器分為以下3種:20PLC的I/O單元I/O單元是PLC與外設(shè)聯(lián)系的橋梁。1.開關(guān)量輸入單元（1）開關(guān)量直流輸入單元（2）開關(guān)量交流輸入單元2.開關(guān)量輸出單元（1）晶體管輸出單元（2）雙向晶閘管輸出單元（3）繼電器輸出單元PLC的I/O單元I/O單元是PLC與外設(shè)聯(lián)系的橋梁。21直流輸入單元電路圖直流輸入單元電路圖22交流輸入單元電路圖交流輸入單元電路圖23（1）晶體管輸出單元

晶體管輸出單元有匯流（信宿/NPN型）和源流（信源/PNP型）兩種，這兩種輸出單元的外加直流電壓極性不同。當內(nèi)部輸出鎖存器為1時，LED點亮，負載得電；當內(nèi)部輸出鎖存器為0時，LED熄滅，負載失電。如果是感性負載（如接觸器），則必須與負載并接續(xù)流二極管，以提供能量釋放通路。晶體管輸出單元主要用于輸出脈沖信號。（1）晶體管輸出單元晶體管輸出單元有匯流（信宿/NP24匯流型晶體管輸出單元電路圖匯流型晶體管輸出單元電路圖25

輸出端子外部只能使用交流電源。如果外加直流電源，當雙向晶閘管導通后，則無法使之關(guān)斷。工作原理為：當輸出鎖存器狀態(tài)為1時，LED點亮，負載得電。當輸出鎖存器狀態(tài)為0時，LED熄滅，負載失電。（2）雙向晶閘管輸出單元輸出端子外部只能使用交流電源。如果外加直流電源，當雙向26雙向晶閘管輸出單元電路圖雙向晶閘管輸出單元電路圖27

可根據(jù)負載需要，選擇直流電源或交流電源。其工作過程：當輸出鎖存器狀態(tài)為1時，繼電器的常開觸點閉合，負載得電，LED點亮；當輸出鎖存器狀態(tài)為0時，繼電器的常開觸點斷開，負載失電，LED熄滅。由于繼電器觸點的電氣壽命一般為10～30萬次，因此在需要輸出點頻繁通斷的場合，應(yīng)選用晶體管（直流負載）或晶閘管（交流負載）輸出型的PLC。(3)繼電器輸出單元可根據(jù)負載需要，選擇直流電源或交流電源。其工作過程：28繼電器輸出單元電路圖繼電器輸出單元電路圖29PLC通過外設(shè)端口可與編程器、PC機、另一臺PLC等相連。電源部分PLC一般配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源向內(nèi)部電路供電,外加220V/110VAC輸入電源。有的PLC能向外部提供24VDC電源,請參閱隨機手冊。I/O擴展端口

當主機上的I/O點數(shù)或類型不能滿足用戶需要時,可通過I/O擴展口連接I/O擴展單元來增加I/O點數(shù)。外設(shè)端口PLC通過外設(shè)端口可與編程器、PC機、另一臺PLC等相連。30

智能單元是一個具有自己的CPU、存貯器、系統(tǒng)程序、外設(shè)端口的計算機系統(tǒng)。如A/D單元PID單元、溫度控制單元等。編程工具

1．專用編程器：由PLC制造廠提供,可分為簡易(手持式)編程器和圖形編程器。

2．計算機輔助編程：PLC制造廠提供計算機輔助編程軟件，就能在PC機上完成編程與監(jiān)視工作。

智能單元智能單元是一個具有自己的CPU、存貯器、系統(tǒng)程序、外設(shè)端31PLC的編程語言

梯形圖(LADDERDIAGRAM)語句表(INSTRUCTIONLIST)順序功能圖(SEQUENTIALFUNCTIONCHART)邏輯功能圖（FUNCTIONBLOCKDIAGRAM）結(jié)構(gòu)文本（STRUCTUREDTEXT）

IEC規(guī)定的5種PLC編程語言PLC的編程語言梯形圖(LADDERDIAGRAM)I32PLC的編程語言

1.梯形圖編程語言PLC的編程語言1.梯形圖編程語言33（1）繼電器控制電路中使用的都是物理繼電器，必須通過硬接線來連接。PLC中的繼電器是“軟繼電器”，具有物理繼電器的特點（通電線圈、常開觸點、常閉觸點），但實際上是內(nèi)部寄存器的一個位，互相之間的連接通過編程來實現(xiàn)。（2）PLC的繼電器有無數(shù)個常開、常閉觸點供用戶使用。而物理繼電器的觸點數(shù)是有限的。（3）PLC的輸入繼電器是由外部信號驅(qū)動的。而物理繼電器的狀態(tài)是由通過它的線圈電流確定的。兩種繼電器的區(qū)別：（1）繼電器控制電路中使用的都是物理繼電器，必須通過硬接線34PLC的編程語言

語句表編程語言是一種類似于計算機的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能。不同廠家的PLC，其助記符一般不同。語句表編程語言不如梯形圖形象、直觀，但是在使用手持式編程器輸入用戶程序時，必須把梯形圖程序轉(zhuǎn)換成語句表程序才能輸入。

2.語句表編程語言PLC的編程語言語句表編程語言是一種類似于計算機的匯編35PLC的工作方式

PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。即：PLC接通電源，進行系統(tǒng)初始化處理后，不管用戶程序執(zhí)行條件如何，都周而復始地進行循環(huán)掃描，并執(zhí)行系統(tǒng)程序規(guī)定的任務(wù)，如右圖所示。PLC的工作方式PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。即：PLC36每個掃描周期的5個工作階段公共處理階段：CPU要復位監(jiān)視定時器，進行硬件和用戶程序檢查。若發(fā)現(xiàn)一般性故障，則只報警而不停機。執(zhí)行用戶程序階段：從上到下、從左到右的順序執(zhí)行。輸入信息從PLC內(nèi)部繼電器的映像寄存器讀取，而不是直接從PLC的輸入端子讀取。執(zhí)行結(jié)也是寫入元件映像寄存器中，而不是立即用于驅(qū)動外部負載，必須等到I/O刷新階段才將全部輸出信號通過輸出端子從而控制負載。掃描周期計算處理階段I/O刷新階段：從輸入電路讀取各輸入點的狀態(tài)信息，并將此狀態(tài)信息寫入輸入映像寄存器中；將輸出繼電器的元件映像寄存器的狀態(tài)信息傳送到相應(yīng)的輸出鎖存器中，再經(jīng)輸出電路隔離和功率放大后傳送到PLC的輸出端。外設(shè)端口服務(wù)階段：完成CPU與外設(shè)的通信處理每個掃描周期的5個工作階段公共處理階段：CPU要復位監(jiān)視定37PLC控制的執(zhí)行過程第一個掃描周期I/O刷新階段第二個掃描周期用戶程序執(zhí)行階段第二個掃描周期I/O刷新階段PLC控制的執(zhí)行過程第一個掃描周期I/O刷新階段第二個掃描周38PLC的滯后現(xiàn)象1.由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，對輸入信號和輸出信號只在每個掃描周期的I/O刷新階段集中輸