可编程序控制器的组成及原理.ppt

2019/7/29,1,可编程控制器（PLC）应用实践,课程号：09366027,上海大学机电工程与自动化学院,程志华,021-可编程序控制器的组成及原理,了解PLC PLC的基本原理,2019/7/29,2,1968年 GM(美国通用汽车)为改造控制设备招标的技术要求,编程方便，可现场修改程序； 维修方便，采用插件式结构； 可靠性高于继电器控制系统； 体积小于继电器控制柜； 数据可直接送入管理计算机； 成本可与继电器控制系统竞争； 输入可为市电； 输出可为市电，输出电流要求在2A以上，可直接驱动电磁阀、接触器等； 系统扩展时，原系统变更最小； 用户存储器容量大于4KB,1969年 DEC研制出第一台PLC-PDP-14,招标技术要求,了解PLC,PLC的诞生,2019/7/29,3,定义:,了解PLC,国际电工委员会(IEC)于1987年对可编程序控制器作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充功能的原则设计”。,新型工业自动控制装置,自动化技术,计算机技术,通信技术,微处理器,继电器控制和计算机控制,早期的可编程序控制器在功能上只能进行逻辑控制，因而称为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC。 随着技术的进步，其控制功能不断增强，现在的可编程序控制还可进行算术运算、模拟量控制，因此美国电气制造协会(NEMA)于1980年将它正式命名为可编程序控制器(Programmable Controller)简称为PC。 但是近年来PC又成为个人计算机(Personal Computer)的简称，为了加以区别，现在把可编程序控制器又称为PLC。,2019/7/29,4,1969年，美国研制出世界第一台PDP-14 1971年，日本研制出第一台DCS-8 1973年，德国研制出第一台PLC 1974年，中国研制出第一台PLC -始于60年代末 美国首先研制和使用可编程序控制器以后，世界各国特别是日本和联邦德国也相继开发了各自的PLC（70年代中期出现了微处理器并被应用到可编程序控制器后，PLC的功能日趋完善，特别是它的小型化、高可靠性和低价格，使它在现代工业控制中崭露头角）。 -展于到80年代初 PLC的应用已在工业控制领域中占主导地位。PLC控制技术已在世界范围内广为流行，国际市场竞争相当激烈，产品更新很快，换代周期约为35年。 -成于90年代后 工业控制领域几乎全被PLC占领。国外专家预言，PLC技术将在工业自动化的三大支柱(PLC、机器人和CADCAM)中跃居首位。,发展: (现状，方向（小型化、大型化、机电一体化、通讯和网络标准化）,了解PLC,2019/7/29,5,分类: (按容量和功能来分，大致可分为小型、中型和大型三类),- 小型机:（=250点） 小型PLC的功能一般以开关量控制为主，它们的输入输出点数适合于接触器、继电器控制的场合，还能直接驱动电磁阀等执行元件。这类装置具有上百个内部辅助继电器，它是内存中的一个单元，可以起到记忆中间状态的作用，并且还具有计时、计数、寄存器等功能。这类PLC的特点是价格低廉、体积小巧，适合于控制单台设备，开发机电一体化产品。 这类小型机有日本三菱公司的FX2N/F40，欧姆龙公司的C60P，富士公司的NB290，美国德州仪器公司的TI100，通用电气公司的GEI， (也有小型机带模拟量控制，如西门子公司S5100U，S7200) 。,了解PLC,2019/7/29,6,- 整体式结构 一般小型机都采用整体式结构。它的中央处理单元、存储器、输入输出接口和电源都装在一个金属或塑料机壳中，结构非常紧凑。机箱的上、下两侧分别安装输入、输出接线端子及电源进线，并有相应的发光二极管显示输入输出状态。面板上留有编程器插座、EPROM插座、扩展单元的接口插座等。基本单元和扩展单元之间用扁平电缆连接。 整体式PLC一般还配备许多专用的特殊功能单元，如位置控制单元、数据输入单元等，使PLC的功能得到扩展。,分类: (按硬件结构来分，大致可分为整体式、插件式和叠装式三类),了解PLC,2019/7/29,7,PLC的应用领域:,开关量的逻辑控制； 位置控制； 过程控制； 数据处理； 通信联网；,了解PLC,运动控制及 安全控制,2019/7/29,8,PLC的基本原理,2019/7/29,9,PLC的结构示意图,PLC的基本原理,2019/7/29,10,1中央处理单元(CPU) -整个PLC的核心,PLC的基本原理,通用CPU: 如8位（8080/8085/6800/Z80/51）,16/32位, 及奔腾 CPU （S7-400）; 单片CPU: 三菱FX2系列采用16位8098MCU 位片式CPU: 4位一片，相连可组成任意长度MCU,2存储器(RAM,ROM,EPROM) 存储器主要用于存放系统程序、用户程序以及工作数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器。,2019/7/29,11,PLC的输出接口电路,3输入、输出接口电路 输入、输出接口电路是PLC与现场IO设备或其他外设之间的连接部件，它起着PLC和外围设备之间传递信息的作用。 输入接口电路接收从按钮开关、选择开关、行程开关等来的开关量输入信号和由电位器、热电偶、测速发电机等来的连续变化的模拟量输入信号，然后送入PLC。输入接口电路一般由光电耦合电路。,PLC的基本原理,负载电源： AC250/DC30V DC5-30V AC85-242V,负载电流： 2A 0.5A 0.3A,响应时间： 10ms 0.2ms 1/10ms(断-通/通-断),2019/7/29,12,PLC的输入接口电路,PLC的基本原理,2019/7/29,13,2019/7/29,14,2019/7/29,15,输入、输出接线示例,2019/7/29,16,2019/7/29,17,工作方式:,PLC的基本原理,2019/7/29,18,输入处理又叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映像寄存器。在此输入映像寄存器被刷新，接着进入程序执行阶段。在程序执行时，输入映像寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映像寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。 程序执行阶段根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右，先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。 输出处理也叫输出刷新，程序执行完毕后，将输出映像寄存器中的寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。,PLC的基本原理,2019/7/29,19,PLC采用循环扫描工作方式，在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。PLC的扫描过程如图所示。 这个工作过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行和输出处理几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。 内部处理阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器等。 通信操作服务阶段，PLC与一些智能模块通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等。 当PLC处于停(STOP)状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。当PLC处于运行(RUN)状态时， PLC的扫描过程从内部处理、通信操作，到程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。,PLC的扫描过程,工作原理:,PLC的基本原理,2019/7/29,20,PLC归纳:,特点: 1功能完善，结构模块化； 2硬、软件开发周期短；