[信息与通信]第二章 PLC的基础知识.ppt

PLC原理及应用,第二章 PLC的基础知识,第二章 PLC的基础知识,可编程序控制器的基本概念 可编程序控制器的基本组成 可编程序控制器的扩展构成 可编程序控制器的工作方式,2.1可编程序控制器的基本概念,2.1.1存储程序控制 1、接线程序控制：通过电器元器件的固定接线来实现控制逻辑，完成控制任务。 制造周期较长，造价相应较高，维修也不方便，灵活性和通用性较低，故障率较高 2、支配控制系统工作的程序存放在存储器中， 利用程序来实现控制逻辑，完成控制任务。 具有通用、灵活、可靠性高等特点,可编程序控制器构成的存储程序控制系统的组成部分： 输入部分：它们直接接受来自操作台上的操作命令，或来自被控对象上的各种状态信息，如按钮、开关、传感器等。 输出部分：它们用来接受程序执行结果的状态，以操作各种被控对象，如电动机、电磁阀、状态指示部件等。 控制部分：采用微处理器和存储器，执行按照被控对象的实际要求编制并存入程序存储器的程序，来完成控制任务。,软继电器的概念： 对于使用者来说，在编制应用程序时，可以不考虑微处理器和存储器的复杂构成及其使用的计算机语言，而把PLC看成是内部由许多“软继电器”组成的控制器，用提供给使用者的近似于继电器控制线路图的编程语言进行编程。 PLC内部的继电器并不是实际的物理继电器，它实质上是存储器中的某些触发器，该位触发器状态为“1”时，相当于继电器接通；该位触发器状态为“0”时，相当于继电器断开。,“软继电器”的线圈、常开接点、常闭接点 PLC为用户提供的继电器一般是：输入继电器、输出继电器、辅助继电器、特殊功能继电器、移位寄存器、计时计数器等。其中输入输出继电器一般与外部输入、输出设备相连接，而其他继电器与外部设备没有直接联系，因此可统称为内部继电器。,PLC控制系统的组成,2.1.2 PLC 常用术语 1位 是PLC中逻辑运算的基本元素，通常也称为内部继电器。 2I/O点 常用I/O点数来表征PLC的规模。 3通道 一个通道含16位，或者说含16个继电器。 4区 相同类型通道的集合。数据区、定时/计数器区、内部继电器区等,2.2 可编程序控制器的基本组成,2.2.1 PLC的硬件组成,1主机（CPU模块） 在主机内部，由微处理器（MPU）通过数据总线、地址总线、控制总线以及辅助电路连接存储器、接口及I/O单元，诊断PLC的硬件状态；借助编程器接收用户键入的程序和数据；读取、解释并执行用户程序；按规定的时序接收输入状态、刷新输出状态，与外部设备交换信息等。总之，由主机实现对整个PLC的控制和管理。,（1）微处理器（MPU）：PLC 中常用的MPU主要采用通用微处理器、单片机等。 （2）存储器：PLC的存储器用于存储程序和数据。系统程序存储器用于存储系统程序，一般采用ROM或EPROM；用户程序存储器用于存储用户的应用程序。 （3）I/O接口：I/O接口是MPU与外部设备、I/O模块等的连接部件，用于扩充PLC总线的驱动能力和扇入扇出点数。,2电源 PLC配有开关式稳压电源，电源的交流输入端一般接有尖峰脉冲吸收电路，以提高抗干扰能力。小型PLC电源的交流输入电压范围一般较宽，如有的小型PLC可在l60VAC260VAC范围内正常工作。,3输入输出模块 是PLC与现场I/O设备或其他外部设备之间的连接部件。 输入模块用于调理输入信号，对输入信号进行滤波、隔离、电平转换等，把输入信号的逻辑值安全可靠地传递到PLC内部。 输出模块用于把用户程序的逻辑运算结果输出到PLC外部，输出模块具有隔离PLC内部电路和外部执行元件的作用，还具有功率放大的作用。,（1）直流开关量输入模块：,（2）交流开关量输入模块：,（3）直流开关量输出模块,（4）交流开关量输出模块,（5）继电器输出模块,（6）开关量输入输出模块等效电路：,4功能模块 除开关量输入/输出外，PLC的其他输入/输出功能由功能模块来实现。一个功能模块占用多个输入输出通道，因此在组合式PLC中对功能模块的使用数量存在限制，而对开关量输入/输出模块的数量不加限制。一般地，除编程器以外的外部设备需经功能模块才能与主机总线连接。因此，对应于各种外设以及PLC要完成的特殊输入输出功能，有多种功能模块。,常用的功能模块有： 模拟量输入模块 模拟量输出模块 动态输入/输出模块 温度传感器模块 高速计数模块 PID模块 远程I/O模块 通讯模块,5扩展口 扩展口是PLC的总线接口。主机与近程扩展机之间利用扩展口相连接。 6编程器 编程器是PLC最常用的外设，也是PLC中唯一不需要通过功能模块而直接与总线相连接的外设。,编程器上的方式选择开关 编程位置：PLC主机处于编程方式。用户可通 过编程器向PLC输入、查询、修改用户程序，但PLC不运行用户程序； 监控位置：PLC主机处于监控方式。PLC已运行用户程序，用户不能输入和修改用户程序，但可查询用户程序，干预户程序运行。 运行位置：PLC主机处于运行方式。PLC运行用户程序，用户不能输入和修改用户程序，也不能干预用户程序的运行情况，只能查询用户程序并监视其状态。,7其他外设 PLC可带打印机、CRT显示器、键盘等外设，这些外设需通过相应的功能模块与PLC连接。,2.2.2 PLC的软件系统 1系统程序 系统程序是PLC赖以工作的基础，采用汇编语言编写，在PLC出厂时就已固化于ROM型系统程序存储器中，不需要用户干预。 系统程序分为系统监控程序和解释程序。,2用户程序 用户程序又称为应用程序，是用户为完成某一特定的控制任务而利用PLC的编程语言编制的程序。用户程序通过编程器输入到PLC的用户程序存储器中。,3编程语言 各种型号的PLC都有其自己的编程语言，但这些编程语言基本可分为两类：梯形图语言和语句表语言。 语句表语言类似于计算机汇编语言，是用指令助记符来编程的。 梯形图语言是类似于继电器控制线路图的一种编程语言，它面向控制过程，直观易懂，是PLC编程语言中应用最多的一种语言。,2.3 可编程序控制器的扩展构成,在实际应用中，经常遇到仅用主机不能满足控制要求的情况。例如，有的场合控制规律不太复杂，但信号较多，这时仅用主机就可能出现输入/输出点数不够用，而选用高档PLC虽然输入/输出点数够用，但成本较高。在这种情况下，应考虑采用主机带扩展机的方式。,2.3.1 近程扩展方式 当CPU主机上的I/O点数不能满足需要时，或组合式PLC选用的模块较多在主机上安装不开时，可通过扩展口进行近程扩展。,几点注意： 不同型号的PLC所带扩展机的数量不同； 主机和扩展机必须同类型，但不一定同型号； 在构成近程扩展方式时，一般采用主机I/O点数多于扩展机I/O点数的方式。,2.3.2 通讯联网方式 PLC有多种通讯模块，利用这些通讯模块，配以适当的通讯适配器，可以构成PLC网络和计算机PLC网络。,1HOST Link通讯 PLC与上位机的连接通讯称为HOST Link通讯。一台CPM2A与一台上位机通讯称为1：1方式；多台CPM2A与一台上位机通讯称为1：N方式。 利用1：N HOST Link 通讯可以用一台上位机监控多台PLC，实现集散控制，一台上位机最多可以监控32台PLC。,2同级连接系统Controller Link网 Controller Link是一种工厂自动化网络形式，它可在CS1、C200H、CVM1等PLC之间进行数据交换。此外，还可与带Controller Link支持卡的上位机进行大容量数据包的发送和接收操作。,2.4 可编程序控制器的工作方式,2.4.1 工作方式,2.4.2 扫描工作方式 各种PLC均采用循环扫描方式工作，但其扫描时间上有所不同。所谓扫描时间，是指PLC两次执行用户程序之间的时间间隔，又称为扫描周期或循环周期。 CPU的操作可以分为如下6部分：上电后初始处理、共同处理、上位链接服务、外设服务、运算处理、I/O刷新。其中，共同处理、上位链接服务、外设服务、运算处理、I/O刷新所占用的时间构成了PLC的扫描时间TS。,1上电后初始处理 PLC刚加上电源后，进行一次上电后初始处理，为PLC工作做好准备。上电后初始处理，用于清除内部继电器区，并复位所有计时器，检查I/O单元的连接等。,2共同处理 用于复位监视计时器，检查I/O总线是否正常，检查扫描时间是否过长，检查程序存储器有无异常。检查正常后，方可进行下面的操作。如果有异常情况，可根据错误的严重程度发出报警或停止PLC运行。共同处理时间记为TC。,3上位链接服务 在构成计算机PLC网络时，用于处理与计算机间的通讯。,4外设服务 用于处理来自外部设备的信息。外设服务时间TO取决于共同处理时间TC、上位链接服务时间TL、运算处理时间TP和I/O刷新时间TR。,5运算处理 用于执行用户程序。每条指令均有其执行时间，并且同条指令执行时与不执行时所占用的时间也不相同。运算处理时间就是CPU执行一遍用户程序所用的时间。受此因素影响，运算处理时间TP不是常数，而是受程序状态的影响，每次执行程序都不尽相同。,6I/O刷新 在每次程序执行完后，通过I/O刷新，从输入部分读取输入信号的状态并送入输入映像区，从输出映像区中将程序执行结果输出到PLC外部。I/O刷新时间TR与PLC硬件系统的构成有关，取决于PLC中I/O模块的数量以及是否具有远程扩展机。PLC的I/O刷新时间为主机和近程扩展机I/O刷新时间加上远程部分I/O刷新时间。,7PLC扫描时间TS PLC的扫描时间TSTC十TL+TO+TP+TR。由于TP不是定值，构成计算机PLC网络时TL也不是定值，所以在一个PLC系统用户程序不变的情况下，TS也不是定值。扫描时间TS的大小，对PLC的工作有着重要影响。扫描时间越长。PLC系统反应越慢，输入信号的允许频率越低，用于定位控制时产生的误差越大。因此，在进行PLC系统设计时，除硬件选择得当、结构合理外，软件上应尽可能地减小运算处理时间TP，从而减小扫描时间TS。,2.4.3 I/O响应 I/O响应是从输入状态变化到与之相关的外部输出状态变化之间的过程。 I/O响应时间是表征PLC反应速度的一个重要指标，它取决于PLC系统的结构，并与PLC的扫描时间密切相关。,最小I/O响应时间输入ON响应时间+扫描时间+输出ON响应时间（输入信号进入PLC内部时，正是I/O刷新时间） 最大I/O响应时间输入ON响应时间十2扫描时间十输出ON响应时间（刚好错过I/O刷新时间） 输入响应时间和输出响应时间分别取决于