常用低壓電器-西南科技大學網(wǎng)絡教育學院課件

電氣控制與PLC

ElectricControlandPLC1西南科技大學電氣控制與PLC

ElectricControland第3章PLC概述及構成原理主講武麗Email:wuli@2西南科技大學第3章PLC概述及構成原理主講武麗2西南科技大學PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的，是一種工業(yè)標準設備。雖然PLC的生產(chǎn)廠家和產(chǎn)品種類眾多，但它們的基本組成相似，并且都具有相同的工作原理，使用方法也大同小異。因此，學習和掌握PLC的基本組成和工作原理是學習各種類型PLC的基礎。學習目標：

1、了解PLC的產(chǎn)生、特點、分類、編程語言及發(fā)展趨勢。2、熟悉并掌握PLC的定義、組成及工作原理。第3章PLC概述及構成原理（導學）3西南科技大學PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的，是一種工業(yè)標準設第3章PLC概述及構成原理（導學）主要知識點：

◆PLC的產(chǎn)生及定義

◆PLC的特點及分類◆PLC的基本組成◆PLC的工作原理學習重點：掌握PLC的定義、組成、工作原理。學習難點：理解PLC控制系統(tǒng)與繼電接觸器控制系統(tǒng)的區(qū)別。4西南科技大學第3章PLC概述及構成原理（導學）主要知識點：4西南科第3章PLC概述及構成原理§3-1PLC概述◆PLC的產(chǎn)生及定義

◆PLC的特點及分類§3-2PLC的基本組成◆PLC控制系統(tǒng)與繼電接觸控制系統(tǒng)的區(qū)別◆硬件系統(tǒng)的組成§3-3PLC的工作原理5西南科技大學第3章PLC概述及構成原理§3-1PLC概述5西§3-1PLC概述一、PLC的產(chǎn)生與定義1、PLC的產(chǎn)生

PLC即可編程序邏輯控制器，是美國通用汽車公司（GM）于1968年由于生產(chǎn)的需要而提出的，主要用來取代繼電接觸控制系統(tǒng)（提出了10項設計指標）?？删幊绦蜻壿嬁刂破鞯挠⑽拿Q為ProgrammableLogicController，因此縮寫為PLC。1969年第一臺PLC在美國的數(shù)字設備公司（DEC）制成，并成功地應用到美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上。最初的PLC只具備邏輯控制、定時、計數(shù)等功能。6西南科技大學§3-1PLC概述一、PLC的產(chǎn)生與定義6西南科技大學隨著電子技術、計算機技術、通信技術和控制技術的迅速發(fā)展，可編程序控制器的功能已遠遠超出了順序控制的范圍。有一段時間被稱為可編程控制器（ProgrammableController，略寫PC）。為區(qū)別于個人計算機PersonalComputer(PC)，故仍沿用PLC這個縮寫?！?-1PLC概述7西南科技大學隨著電子技術、計算機技術、通信技術和控制技術2、PLC的定義國際電工學會（IEC）曾先后于1982.11、1985.1和1987.2發(fā)布了可編程序控制器標準草案的第一、二、三稿。在第三稿中，對PLC作了如下定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，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。可編程序控制器及其有關的外圍設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。§3-1PLC概述8西南科技大學2、PLC的定義§3-1PLC概述8西南科技大學§3-1PLC概述PLC的定義強調(diào)以下幾點：1）數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)——也是一種計算機2）專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計3）面向用戶指令——編程方便4）邏輯運算、順序控制、定時計算和算術操作5）數(shù)字量或模擬量輸入/輸出控制6）易與控制系統(tǒng)聯(lián)成一體7）易于擴充9西南科技大學§3-1PLC概述PLC的定義強調(diào)以下幾點：9西南科技§3-1PLC概述二、PLC的特點及分類1、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10西南科技大學§3-1PLC概述二、PLC的特點及分類10西南科技大§3-1PLC概述2、PLC的分類◆按結構形式分類：可分為整體式和模塊式◆按功能分類：可分為低檔、中檔、高檔三類◆按I/O點數(shù)分類：可分為小型、中型和大型S7-200系列S7-300系列S7-400系列11西南科技大學§3-1PLC概述2、PLC的分類S7-200系列S73、PLC產(chǎn)品概覽

1）PLC的幾種流派

PLC產(chǎn)品按地域大體可以分成三個流派：美國產(chǎn)品、歐洲產(chǎn)品、日本產(chǎn)品?！裘绹腜LC：如羅克韋爾(Rockwell)公司（包括AB公司）產(chǎn)品，通用電氣（GE）產(chǎn)品。◆歐洲的PLC：如西門子（Siemens)公司和施耐德（法國Schneider）公司的產(chǎn)品。◆日本的PLC：如歐姆龍（OMRON）公司的產(chǎn)品，三菱（Mitsubishi)公司的產(chǎn)品?！?-1PLC概述12西南科技大學3、PLC產(chǎn)品概覽§3-1PLC概述12西南科技大學西門子S7系列PLC歐姆龍C200H系列PLC松下FP0系列PLC§3-1PLC概述13西南科技大學西門子S7系列PLC歐姆龍C200H系列PLC松下FP0系列2）三種流派的三類代表產(chǎn)品§3-1PLC概述序號代表產(chǎn)品（型號）PLC網(wǎng)絡生產(chǎn)公司1PLC—3PLC—53級總線復合型拓撲結構美國AB公司（AB）2S7系列3級總線復合型拓撲結構西門子公司（SIEMENS）3FP系列4級子網(wǎng)的復合型網(wǎng)絡日本松下電工公司4C系列復合型網(wǎng)絡結構日本立石公司（OMRON）14西南科技大學2）三種流派的三類代表產(chǎn)品§3-1PLC概述序號代表§3-2PLC的基本組成如何實現(xiàn)對一臺單向運行電機的控制？繼電接觸控制線路QSPLC繼電器QSPLC控制系統(tǒng)15西南科技大學§3-2PLC的基本組成如何實現(xiàn)對一臺單向運行電機的控制§3-2PLC的基本組成PLC控制程序（軟件編程實現(xiàn)）PLC控制系統(tǒng)繼電接觸控制系統(tǒng)16西南科技大學§3-2PLC的基本組成PLC控制程序PLC控制系統(tǒng)繼電§3-2PLC的基本組成PLC控制系統(tǒng)與繼電接觸控制系統(tǒng)的區(qū)別1）從控制方法上看，電器控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，繼電器的觸點數(shù)量有限；而PLC采用了所謂的“軟繼電器”技術，其控制邏輯是以程序的方式存放在存儲器中，系統(tǒng)連線少、體積小、功耗小，觸點數(shù)量是無限的，PLC系統(tǒng)的靈活性和可擴展性好。2）從工作方式上看，在繼電器控制電路中，當電源接通時，電路中所有繼電器都處于受制約狀態(tài)，即該吸合的都同時吸合，不該吸合的受某種條件限制而不能吸合，即采用并行工作方式。而PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，即串行工作方式。17西南科技大學§3-2PLC的基本組成PLC控制系統(tǒng)與繼電接觸控制系統(tǒng)§3-2PLC的基本組成3）從控制速度上看，繼電器控制系統(tǒng)的工作頻率低，機械觸點會出現(xiàn)抖動問題。而PLC的速度快，程序指令執(zhí)行時間在微秒級，且不會出現(xiàn)觸點抖動問題。4）從定時和計數(shù)控制上看，電器控制系統(tǒng)采用時間繼電器的延時時間易受環(huán)境溫度和溫度變化的影響，定時精度不高。而PLC采用半導體集成電路作定時器，精度高，定時范圍寬，修改方便，不受環(huán)境的影響，且PLC具有計數(shù)功能。5）從可靠性和可維護性上看，由于電器控制系統(tǒng)的機械觸點使系統(tǒng)的可靠性和可維護性較差。而PLC采用無觸點動作，其壽命長、可靠性高，并具有自診斷功能及動態(tài)監(jiān)視功能，為現(xiàn)場調(diào)試和維護提供了方便。18西南科技大學§3-2PLC的基本組成3）從控制速度上看，繼電器控制系§3-2PLC的基本組成PLC的基本組成

包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分一、硬件系統(tǒng)的組成中央處理器、存儲器、輸入/輸出模塊、編程器等。硬件系統(tǒng)框圖如下所示。二、軟件系統(tǒng)：包括系統(tǒng)程序和用戶程序19西南科技大學§3-2PLC的基本組成PLC的基本組成19西南科技大學20西南科技大學20西南科技大學

1、中央處理器

CPU按照其系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務：（1）接收編程器或上位機鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，存入隨機存儲器RAM中；（2）用掃描的方式接收現(xiàn)場輸入設備的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入狀態(tài)表或數(shù)據(jù)寄存器中；（3）診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等；（4）PLC進入運行狀態(tài)后，從存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過指令解釋后，按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信§3-2PLC的基本組成21西南科技大學1、中央處理器§3-2PLC的基本組成21西南科技大學號，去接通或斷開相關的控制電路，分時、分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、組合、比較和變換等操作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯運算或算術運算等任務；（5）根據(jù)運算結果，更新有關標志位的狀態(tài)和輸出寄存器表的內(nèi)容，再由輸出狀態(tài)表的位狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關內(nèi)容，實現(xiàn)輸出控制、打印或數(shù)據(jù)通訊等功能；（6）CPU除順序執(zhí)行程序以外，還能接收輸入輸出接口發(fā)來的中斷請求，并進行中斷處理，中斷處理完后，再返回原址繼續(xù)執(zhí)行。

§3-2PLC的基本組成22西南科技大學號，去接通或斷開相關的控制電路，分時、分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存2、存儲器包括RAM和ROM3、輸入/輸出模塊輸入/輸出（簡稱I/O）模塊是現(xiàn)場輸入設備（如限位開關、操作按鈕、選擇開關、行程開關等）、輸出設備（如驅動電磁閥、接觸器、電機等）或其它外部設備之間的連接部件。輸入/輸出模塊包括：開關量輸入/輸出模塊；模擬量輸入/輸出模塊?！?-2PLC的基本組成23西南科技大學2、存儲器§3-2PLC的基本組成23西南科技大學（1）開關量輸入模塊的基本原理開關量輸入模塊的作用是接收現(xiàn)場的開關信號，并將輸入的高電平信號轉換為PLC內(nèi)部所需要的低電平信號。開關量輸入模塊根據(jù)使用的電源不同，分為直流輸入模塊、交流輸入模塊和交直流輸入模塊三種。§3-2PLC的基本組成24西南科技大學（1）開關量輸入模塊的基本原理§3-2PLC的基本組成2直流輸入模塊的原理電路§3-2PLC的基本組成25西南科技大學直流輸入模塊的原理電路§3-2PLC的基本組成25西南科§3-2PLC的基本組成交流輸入模塊的原理電路26西南科技大學§3-2PLC的基本組成交流輸入模塊的原理電路26西南科（2）開關量輸出模塊的基本原理開關量輸出模塊的作用是將PLC的輸出信號傳送給外部負載（即用戶輸出設備），并將PLC內(nèi)部的低電平信號轉換為外部所需電平，以滿足不同負載的需要。§3-2PLC的基本組成27西南科技大學（2）開關量輸出模塊的基本原理§3-2PLC的基本組成§3-2PLC的基本組成負載使用的電源（用戶電源）直流輸出模塊交流輸出模塊交直流輸出模塊輸出開關器件的種類晶體管輸出方式可控硅輸出方式繼電器輸出方式28西南科技大學§3-2PLC的基本組成負載使用的電源直流輸出模塊交流輸§3-2PLC的基本組成29西南科技大學§3-2PLC的基本組成29西南科技大學（3）模擬量輸入模塊的基本原理該模塊用來將模擬信號轉換成PLC能夠接收的數(shù)字信號。其主要功能就是進行模擬量到數(shù)字量的轉換。這種模擬量可以是緩慢變化的溫度或電壓（電流）信號。選擇使用模擬量輸入模塊時，主要考慮如下技術要求：◆輸入量類型：電壓，電流；◆輸入量程：常見為0~10V(4~20mA)；◆輸入極性：如0~10V，土5v；◆輸入通路數(shù)：常見有單路、8路和16路；◆轉換精度：決定于A/D轉換芯片規(guī)格，如8位、12位；◆轉換速度：常見有10~100μs?！?-2PLC的基本組成30西南科技大學（3）模擬量輸入模塊的基本原理§3-2PLC的基本組成3§3-2PLC的基本組成（4）S7-200PLC的模擬量模塊EM231為模擬量輸入模塊，有四路模擬量輸入通道，可以是標準的電壓信號，也可以是標準的電流信號。EM232為模擬量輸出模塊，有兩路模擬量輸出通道，可以輸出標準的電壓信號，也可以輸出標準的電流信號。EM235為模擬量輸入/輸出組合模塊，有四路輸入通道、兩路輸出通道。如下圖31西南科技大學§3-2PLC的基本組成（4）S7-200PLC的模擬偏置（OFFSET）電位計調(diào)零增益（GAIN）電位計調(diào)滿度32西南科技大學偏置（OFFSET）電位計調(diào)零32西南科技大學

5、編程器編程器分為以下三類：（1）簡易編程器。通常把它直接插入PLC的專用接口，與PLC相連接，并由PLC提供電源。它只能與PLC直接聯(lián)機編程，不能脫機編程。（2）圖形編程器。圖形顯示屏可以用來顯示編程內(nèi)容、繼電器占用情況、程序容量、程序調(diào)試與執(zhí)行時各種信號的狀態(tài)和錯誤提示等。這種編程器還可以和打印機、盒式磁帶機等設備相連，監(jiān)控功能強，但價格貴，適用于大、中型PLC的編程。（3）工業(yè)控制計算機作為編程器。

§3-2PLC的基本組成3