西门子PLC可编程序控制器原理

1、1第第5 5章章 可编程序控制器原理可编程序控制器原理本本章章内内容容5.1 可编程序控制器简介5.2 可编程序控制器的特点5.3 可编程序控制器的发展趋势5.4 可编程序控制器的基本组成5.5 可编程序控制器的工作原理 5.6 PLC的主要性能指标 25.1 5.1 可编程序控制器简介可编程序控制器简介-PLC的发展的发展 1968年，美国通用汽车公司（GM）希望有一种新的工业控制装置，保留上述两种控制装置的优点，而摒弃其缺点：它可以随着生产品种的改变，灵活方便地改变控制方案以满足对控制的不同要求。 GM公司对这种新的工业控制装置提出了十项功能指标 ， 并向社会公开招标。 1969年著名的美

2、国数字设备公司（DEC）按GM的功能要求研制出了这种新的工业控制装置，并在GM公司的一条汽车自动化生产线上（位于底特律）首次运行取得成功。 人们根据这种新型工业控制装置可以通过编程改变控制方案这一特点，以及专门用于逻辑控制的情况，称这种新的工业控制装置为可编程逻辑控制器(programmable logic controller)，简称PLC。 3 可编程序逻辑控制器PLC产生于1969年，最初只具备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继电接触器控制。 随着可编程控制器的发展，它已经完全不是一开始只能进行逻辑控制那种功能状态，因而用“PLC”是不能描述其多功能的特点的。1980年，美国电

3、气制造商协会（NEMA）给它一个新的名称“programmable controller”，简称PC。 1985年，国际电工委员会IEC对可编程序控制器作了如下规定：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。5.1 5.1 可编程序控制器简介可编程序控制器简介- PLC的发展的发展 4 1969年美国的DEC公司研制成功了世界第一台PLC。Allen-Bradley公司（简称A-B公司），MODICON公司。美国流派 欧洲走的是独立研制PLC的道路，1973年由德国的西门子公司研制成功了欧洲的第一台PLC。德国西门子（SIMENS）公司 。欧洲流派 1971年日本从

4、美国引进了PLC技术加以消化，由日立公司试制成功了日本的第一台PLC。OMRON，松下电工，三菱。日本流派5.1 5.1 可编程序控制器简介可编程序控制器简介- PLC的三大流派的三大流派 512435灵活灵活性和性和通用通用性强性强抗干抗干扰能扰能力强力强可靠可靠性高性高编程编程语言语言简单简单易学易学PLC与外与外部设部设备的备的连接连接简单简单 使用使用方便方便PLC具有具有完善完善的功的功能和能和较强较强的扩的扩展能展能力力5.2 5.2 可编程序控制器的特点可编程序控制器的特点 65.3 5.3 可编程序控制器的发展趋势可编程序控制器的发展趋势小型小型PLCPLC体积更小、速度更高、

5、功能增强、价体积更小、速度更高、功能增强、价格低廉格低廉容量更大、速度更高、功能更多、可容量更大、速度更高、功能更多、可靠性更高、易于连络通信靠性更高、易于连络通信大中型大中型PLCPLC7按按I/OI/O点点按结构按结构按使用按使用小型机中型机大型机整体式模块式通用型专用型PLCPLC的基本分类的基本分类5.4 5.4 可编程序控制器的基本组成可编程序控制器的基本组成 8输入设备输入设备按钮行程开关继电器触点输出设备输出设备接触器电磁阀指示灯5.4 5.4 可编程序控制器的基本组成可编程序控制器的基本组成 I/OI/O扩展扩展 单元单元 特殊功特殊功 能单元能单元主机主机输出单元输出单元输入

6、单元输入单元 电电 源源外设接口外设接口I/O/O扩扩展展口口存存 储储 器器 系统程序系统程序 存储器存储器 C P U 用户程序用户程序 存储器存储器整体式整体式 PLC的基本组成框图的基本组成框图打印机编程器PLC上位计算机 9智能智能I/O模块模块 PLC系系 统统 总总 线线通信模块通信模块PLC或或上位上位PC 控控 制制 系系 统统 现现 场场输出模块输出模块输入模块输入模块 编程器编程器CPU模块模块组合式组合式 PLC的基本组成框图的基本组成框图5.4 5.4 可编程序控制器的基本组成可编程序控制器的基本组成 10输入并存储用户程序、显示输入内容和地址；输入并存储用户程序、显

7、示输入内容和地址；检查、校验用户程序，发现错误即报警；检查、校验用户程序，发现错误即报警；执行用户程序、驱动外部输出设备动作；执行用户程序、驱动外部输出设备动作；诊断故障、记忆故障信息并报警。诊断故障、记忆故障信息并报警。接收、调用现场信息。接收、调用现场信息。中央处理单元是PLC的主要组成部分，是系统的控制中枢。5.4.1 5.4.1 中央处理单元中央处理单元(CPU)(CPU)11用户程序用户程序存储器存储器工作数据工作数据存储器存储器系统程序系统程序存储器存储器5.4.2 5.4.2 存储器存储器存储工作数据存储工作数据, ,可读可读/ /写写存储系统系统程序存储系统系统程序, ,是只读

8、存储器是只读存储器存储系统用户程序存储系统用户程序, ,可读可读/ /写写125.4.3 5.4.3 输入输入/ /输出单元输出单元数字量数字量I/OI/O 模拟模拟量量I/OI/O按钮、选择开关、行程开关、接近开关、压力继电器等输入输入接触器、继电器、电磁阀、指示灯、报警装置等输出输出 压力、流量、液位、温度、转速等输入输入 电动调节阀、变频器等，进行模拟量的PID调节输出输出PLCPLC与外部与外部设备联系设备联系的桥梁的桥梁13滤波内部电路SR1CR2LEDCOMT5VAR3直流输入电路直流输入电路 1 1开关量输入单元开关量输入单元5.4.3 5.4.3 输入输入/ /输出单元输出单元

9、T- 光电耦合器R1- 限流电阻R2/C-滤波电路LED-显示输入状态14交流输入电路交流输入电路5.4.3 5.4.3 输入输入/ /输出单元输出单元1 1开关量输入单元开关量输入单元C 隔直电容R2/R1- 分压电路LED-显示输入状态T- 光电耦合器15晶体管输出电路晶体管输出电路5.4.3 5.4.3 输入输入/ /输出单元输出单元 负载电源只能是直流 输出电路负载能力小 工作电流仅0.30.5 A 接口使用寿命长 响应速度快 延迟一般为0.51 ms2 2开关量输出单元开关量输出单元16双向晶闸管输出电路双向晶闸管输出电路5.4.3 5.4.3 输入输入/ /输出单元输出单元 负载电

10、源交/直流均可 输出电路负载能力大 工作电流约1A 接口使用寿命长 响应速度较快 延迟一般为12 ms2 2开关量输出单元开关量输出单元17继电器输出电路继电器输出电路5.4.3 5.4.3 输入输入/ /输出单元输出单元 负载电源交/直流均可 输出电路负载能力大 工作电流约25A 接口使用寿命长 响应速度较慢 延迟一般为810 ms2 2开关量输出单元开关量输出单元18保证保证CPUCPU、存、存储器、输入储器、输入接口、输出接口、输出接口能够可接口能够可靠工作靠工作。由开关式稳压电源为内部电路供电由开关式稳压电源为内部电路供电可作为输入单元连接的外部设备的电源可作为输入单元连接的外部设备的

11、电源能向外部提供能向外部提供24V的直流电源的直流电源5.4.4 5.4.4 电源部件电源部件19用一台软启动器控制两台电动机 5.5 PLC5.5 PLC工作原理工作原理u 循环扫描工作方式循环扫描工作方式u 输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段 20启动组织块启动组织块上电后执行一次上电后执行一次循环监视时间开始循环监视时间开始读取输入信号状态，读取输入信号状态，并存储在输入映像区并存储在输入映像区执行执行OB1程序程序包括中断程序包括中断程序将输出映像区状态写将输出映像区状态写到实际输出设备到实际输出设备一一个个循循环环扫扫描描周周期期5.5 PLC5

12、.5 PLC工作原理工作原理21(一) 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。5.5 PLC5.5 PLC工作原理工作原理22(二) 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各

13、触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。5.5 PLC5.5 PLC工作原理工作原理23即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或

14、数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。5.5 PLC5.5 PLC工作原理工作原理24(三) 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。5.5 PLC5.5 PLC工作原理工作原理25PLCSB1SB2KMSTI0.0I0.1I0.2Q0.0COMCOMKMFUFR M 3 QS5.5 PLC5.5 PLC工作原理工作原理PLC控制原理控制原理26读读读读读读写写写写 执行用户程序执行用户程序 I/O I/O刷新刷新 I/OI/O刷新刷新Q0.1Q0.1Q0.0Q0.0I0.0I0.0I0.1I0.1Q0.0Q0.0输输入入端端子子输输入入电电路路用户输入设备用户输入设备输入映像寄存器输入映像寄存器输输出出电电路路输输出出端端子子元件映像寄存器元件映像寄存器输出锁存器输出锁存器 用户输出设备用户输出设备PLC执行用户程序的过程执行用户程序的过程5.5 PLC5.5 PLC工作原理工作原理( )( )( )( )27124356785.6 PLC5.