《PLC应用技术》ppt课件第一单元 认识PLC.ppt

1、a1 第一单元第一单元 认识认识PLCPLC 任务一任务一 PLC控制器常识控制器常识 任务二任务二 PLC的内部结构和控制系统的内部结构和控制系统 任务三任务三 一个简单的一个简单的PLC系统系统 异步电动机点动运行电路异步电动机点动运行电路 a2 任务一任务一 PLC控制器常识控制器常识 一、一、PLC的产生和应用的产生和应用 自20世纪60年代起，各种生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器接触器 控制系统构成的，产品的每一次改型都直接导致继电器接触器控制系统的重新设计和 安装。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC（Programmable Logic Contro

2、ller），用它取代传统的继电器接触器控制系统在美国通用汽车公司的汽车自动 装配线上使用，取得了巨大成功。 这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便， 可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快在其他工业领域推广 应用。 国际电工委员会（IEC）在1987年2月颁布的可编程控制器标准草案的第三稿中将 PLC定义为：“可编程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，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种 类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，

3、都应按易于与工业控制器系统 连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。” a3 图1-1是四台PLC通信联网的示意图，图1-2和图1-3是两个应用实例。 图1-1 PLC的通信联网 图1-2 选用GE公 司PLC的某开关量控 制盘 图1-3 选用A-B公 司PLC的某造纸厂控 制柜 a4 二、常用的二、常用的PLC控制器控制器 目前，世界上PLC产品可按地域分成三大流派：美国、欧洲和日本产品。 1美国PLC产品 图1-4 GE公司90-30模块式PLC 图1-5 GE公司90-70模块式PLC a5 2欧州PLC产品 图1-8 西门子S7-200 PLC 图1-9 西门子S7-300 PLC 图

4、1-10 西门子S7-400 PLC a6 3日本PLC产品 图1-12 FX1N系列PLC 图1-13 FX1S系列PLC 图1-15 FX2N系列PLC a7 4我国PLC产品 图1-22 24点混合型通用PLC 图1-25 凯迪恩PLC a8 任务二任务二 PLC的内部结构和控制系统的内部结构和控制系统 一、一、PLC的内部结构的内部结构 PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块、电源和编程器（或编程软件）组成， CPU模块通过输入模块将外部控制现场的控制信号读入CPU模块的存储器中，经过用户 程序处理后，再将控制信号通过输出模块来控制外部控制现场的执行机构。如图1-26 是PLC控制

5、系统的示意图。 图1-26 PLC控制系统的示意图 a9 1CPU模块 PLC的CPU模块由CPU芯片和存储器组成。 CPU是PLC的核心部件，整个PLC的工作过程都是在CPU的统一指挥和协调下进行 的，CPU的主要任务： 1） 接收从编程软件或编程器输入的用户程序和数据，并存储在存储器中。 2）用扫描方式接收现场输入设备的状态和数据，并存入相应的数据寄存器或输 入映像寄存器。 3）监测电源、PLC内部电路工作状态和用户程序编制过程中的语法错误。 4）在PLC的运行状态，执行用户程序，完成用户程序规定的各种算术逻辑运算、 数据的传输和存储等。 5）按照程序运行结果，更新相应的标志位和输出映像寄

6、存器，通过输出部件实 现输出控制、制表打印和数据通信等功能。 PLC的存储器有两种，一种是存放系统程序的存储器，另一种是存放用户程序的存 储器。系统程序存储器用只读存储器（ROM、PROM、EPROM、EEPROM）实现。用户 程序存储器一般用随机存储器（RAM）实现，以方便用户修改程序，为了使在RAM中 的信息不丢失，RAM都有后备电池。固定不变的用户程序和数据也可固化在只读存储 器中。 a10 2开关量输入/输出接口 PLC与工业过程相连接的接口即为I/O接口，I/O接口有两个要求：一是接口有良 好的抗干扰能力，二是接口能满足工业现场各类信号的匹配要求，所以接口电路一 般都包含光电隔离电路

7、和RC滤波电路。 （1）开关量输入接口 开关量输入电路的作用是将现场的开关量信号变成PLC内部处理的标准信号。开 关量输入电路可分为三类：直流输入接口，交流输入接口，交直流输入接口。 1）直流输入接口 图1-29 直流输入接口 a11 2）交直流输入接口 图1-30 交直流输入接口 a12 3）交流输入接口 图1-31 交流输入接口 a13 （2）开关量输出接口 开关量输出电路的作用是将PLC的输出信号传送到用户输出设备（负载），开关 量输出电路可分为三类：直流输出接口，交流输出接口，交直流输出接口。按输出 开关器件的种类不同，开关量输出电路也可分为三类：晶体管输出型，继电器输出 型，双向晶闸

8、管输出型。 1）直流输出接口（晶体管型） 图1-32 直流输出接口 a14 2）交直流输出接口（继电器型） 图1-33 交直流输出接口 a15 3）交流输出接口（双向晶闸管型） 图1-34 交流输出接口 a16 二、二、PLC的控制系统的控制系统 1接线程序控制系统 在传统的继电器和电子逻辑控制系统中，完成控制任务的逻辑控制部分是将继 电器、接触器、电子元件等用导线连接起来的。这种控制系统称为接线程序控制系 统，逻辑程序就在导线连接中，所以也称为接线程序，如图1-35所示。在接线程序控 制系统中，控制功能的更改必须通过改变导线的连接才能实现。 图1-35 继电器控制系统 a17 2存储程序控制

9、系统 所谓存储程序控制，就是将控制逻辑以程序语言的形式存放在存储器中，通过执 行存储器中的程序实现系统的控制要求。在存储程序控制系统中，控制功能的更改只 需改变程序而不必改变导线的连接就能实现。可编程控制系统就是存储程序控制系统， 如图1-36所示。它由输入设备、可编程序控制器内部控制电路、输出设备三部分组成。 图1-36 PLC构成的控制系统 a18 对用户来说，不必考虑PLC内部由CPU、RAM、ROM等组成的复杂的电路，只要 将PLC看成内部由许多“软继电器”组成的控制器，以便用梯形图编程。“软继电器” 的线圈和触点的符号如图1-37所示。所谓“软继电器”，实质上是存储器中的每一位 触发

10、器(统称为映像寄存器)，该位触发器为“1”状态，相当于继电器接通；该位触发 器为“0”状态，相当于继电器断开。 图1-37 软继电器的线圈和触点 a19 任务三任务三 一个简单的一个简单的PLC系统系统 异步电动机点动运行电路异步电动机点动运行电路 一、任务提出一、任务提出 如图1-38所示是电动机点动运行电路， SB为启动按钮， KM为交流接触器，按下 启动按钮SB，KM的线圈通电吸合，主触点闭合，电动机开始运行， SB被放松后，KM 的线圈断电释放，主触点断开，使电机M停止运行。本任务研究利用PLC来实现点动 控制电路。 图1-38 电动机点动运行电路 a20 二、原理分析二、原理分析 为

11、了将这个控制关系用PLC控制器实现，PLC需要一个输入触点、一个输出触点，输入输出点 分配见表1-2。 表1-2 输入输出点分配表 输 入输 出 输入继电器输入元件作用输出继电器输出元件作用 X0SB启动按钮Y0KM控制电动机用交流接触器 图1-40 PLC控制器实现的异步电动机点动控制电路 a21 将图1-40改画成图1-41来说明系统的工作过程 。 图1-41 PLC实现的点动电路工作原理 a22 三、知识链接三、知识链接 1PLC的工作原理 （1）循环扫描工作方式 PLC用户程序的执行采用循环扫描工作方式。它有两种基本的工作模式，运行 （RUN）模式和停止（STOP）模式，如图1-42所

12、示。 图1-42 PLC基本的工作模式 a23 在运行模式，PLC要完成输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段的工作，如 图1-43所示。 PLC重复地执行上述三个阶段，每重复一次的时间就是一个扫描周期（也称一个 工作周期）。在每次扫描中，可编程控制器只对输入采样一次，输出刷新一次，这可 以确保在程序执行阶段，输入映像寄存器和输出锁存电路中的内容保持不变。 图1-43 程序执行过程 a24 （2）PLC对输入输出的处理规则 将图1-43所示的执行过程画成流程图的形式如图1-44所示，可以更形象地说明输 入输出的处理规则。 图1-44 程序执行过程流程图 a25 （3）输入输出滞后时间 PLC由于

13、采用扫描工作方式，消除了复杂电路的内部竞争，但这也带来了输入输 出的响应滞后问题。 输入输出滞后时间是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它所控制的外部输 出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入模块滤波时间、输出模块的滞后时 间和扫描工作方式产生的滞后时间这三部分组成。 1）输入模块的RC滤波电路用来滤除由输入端引入的干扰，消除因外接输入触点 动作时产生的抖动，滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，典型值约为 10ms。 2）输出模块的滞后时间与模块类型有关，继电器型约为10ms，晶体管型一般在 1ms以下，双向晶闸管型在负载通电时的滞后时间约为1ms，负载由通电到断电时的 最大

14、滞后时间约为10ms。 3）由扫描工作方式产生的滞后时间最大可达两个多扫描周期。扫描周期与用户 程序的长短、指令的种类和CPU执行指令的速度有关，典型值约为1100ms。 滞后现象对于一般的工业设备是完全允许的，但对某些需要输出对输入作出快速响 应的实时控制设备，滞后现象又是必须克服的，此时在硬件上可采用快速响应模块、 高速计数模块等，在软件上可采用改变信息刷新方式、运用中断处理、调整输入滤波 器等措施。 a26 2编程元件 不同厂家、不同系列的PLC，其内部软继电器（编程元件）的功能和编号也不相同， 因此在编制程序时，必须熟悉所选用PLC的每条指令涉及编程元件的功能和编号。 （1）输入继电器

15、（X） 输入继电器与输入端相连，它是专门用来接受PLC外部开关信号的元件。PLC通过 输入接口将外部输入信号状态（接通时为“1”，断开时为“0”）读入并存储在输入映 象寄存器中。输入继电器必须由外部信号驱动，不能用程序驱动，所以在程序中不可 能出现其线圈。由于输入继电器（X）为输入映象寄存器中的状态，所以其触点的使用 次数不限。FX系列PLC的输入继电器以八进制进行编号，FX2N输入继电器的编号范围为 X000X267（184点）。 （2）输出继电器（Y） 输出继电器是用来将PLC内部信号输出传送给外部负载（用户输出设备）。输出继 电器线圈是由PLC内部程序的指令驱动，其线圈状态传送给输出单元，再由输出单元对 应的硬触点来驱动外部负载。每个输出继电器在输出单元中都对应有唯一一个常开硬 触点，但在程序中供编程的输出继电器，不管是常开还是常闭触点，都可以无数次使 用。FX系列PLC的输出继电器也是八进制编号，其中FX2N编号范围为Y000Y267（184 点）。 a27 3. 编程语言和指令 （1）梯形图 梯形图语言是在传统电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基 础上演变而来的。它与电器控制线路图相似，继承了传统电器控制逻辑中使用的框架 结构、逻辑运算方式和输入输出形式，具有形象、直观、实用的特点。 （2）指令表 这种编程语言是一