PLC基础知识讲解课件

PLC基础1、教学目的：通过这一章的学习，使学生了解PLC

2、教学重点：PLC的产生、特点、应用及发展趋势；PLC的组成、基本工作原理及技术性能指标

3、教学难点：PLC的产生、特点、应用范围，PLC的扫描的工作方式和执行程序的过程4、学时分配：理论4学时PLC基础1、教学目的：通过这一章的学习，使学生了解PLC5、参考教材：《可编程控制器原理及应用教程》孙振强编清华大学出版社“十一五”国家级规划教材《电气控制及可编程控制器》史国生编化学工业出版社《电气控制与可编程控制器的原理及应用》陈立定编机械工业出版社5、参考教材：《可编程控制器原理及应用教程》孙振强编清华课程特点及学习要求特点：本课程实践性很强，突出可编程控制器的应用。要求：掌握可编程控制器原理，从自动化产品的角度，了解其使用，包括产品选型，控制系统设计，安装调试。认真做好每一次实验。课程特点及学习要求特点：2-1可编程控制器概述一、可编程控制器的产生

可编程控制器（ProgrammableController)简称PLC。自1969年第一台PLC面世以来，已成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。与机器人、CAD/CAM并称为工业生产自动化的三大支柱。

2-1可编程控制器概述一、可编程控制器的产生1968年美国通用汽车公司提出的替代继电器控制系统的新型控制器的十项指标：1）编程简单、现场可修改程序；2）维护方便、采用插件式结构；3）可靠性高于继电器控制系统；4）体积小于继电器控制系统；5）数据可以直接送入计算机；6）成本可与继电器系统竞争；7）输入可为市电；8）输出可为市电，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；9）通用性强、易于扩展；10）用户存储器大于4K。1968年美国通用汽车公司提出的替代继电器控制系统的新型可编程控制器的诞生1969年,美国研制出世界第一台PDP-141971年,日本研制出第一台DCS-81973年,德国研制出第一台可编程控制器1974年,中国研制出第一台可编程控制器ProgrammableLogicController:PLCProgrammableController:PCPersonalComputer:PC可编程控制器的诞生1969年,美国研制出世界第一台PDP-1二、国际电工委员会（IEC）PLC的定义：PLC是一种数字运算操作的电子装置，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指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外围设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则设计二、国际电工委员会（IEC）PLC的定义：PLC是一种数字运三、PLC的特点

可靠性高，抗干扰能力强。编程直观、简单。环境要求低，适应性好。功能完善，接口功能强。体积小、重量轻、功耗低三、PLC的特点可靠性高，抗四、PLC的分类1、按结构形式分类整体式PLC模块式PLC叠装式PLC2、按输入/输出总点数分小型PLC中型PLC大型PLC四、PLC的分类1、按结构形式分类五、PLC的应用早期的PLC改造原有的继电接触器控制系统。广泛应用于各种控制系统中，如各种顺序控制等。主要用于有大量开关量和少数模拟量的控制系统。1、开关量的逻辑控制2、运动控制3、过程控制4、数据控制5、通信及联网五、PLC的应用早期的PLC改造原有的继电接触器控制系统。六、PLC的发展趋势PLC的发展趋势：1、小型化、专用化和低价格；2、大型、高速、多功能和分布式全自动网络化。六、PLC的发展趋势PLC的发展趋势：1、小型化、专用化和低七、可编程控制器的性能指标1、存储容量2、I/O点数3、扫描速度4、指令的功能与数量5、内部元件的种类及数量6、特殊功能单元7、可扩展能力七、可编程控制器的性能指标1、存储容量2-2PLC的组成一、组成：中央处理单元（CPU）存储器输入输出单元（I/O单元）电源单元编程器2-2PLC的组成一、组成：PLC基础知识讲解课件外形的样子PLC编程器7-1外形的样子PLC7-1三菱FX2N系列PLC的外形图工作指示灯输出端子输入端子I/O状态指示灯三菱FX2N系列PLC的外形图工作指示灯输出端子输入端子I/1、中央处理器模块（CPU）CPU的功能：诊断电源、PC内部电路的工作状态和编程的语法错误；接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；用扫描的方式接收输入信号，送入PC的数据寄存器保存起来；PC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。1、中央处理器模块（CPU）CPU的功能：2、存储器包括系统存储器和用户存储器。系统存储器存放系统管理程序。用户存储器存放用户编制的控制程序。2、存储器包括系统存储器和用户存储器。3、输入输出单元（I/O）：是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。输入部件是开关、按钮、传感器等。输出部件是电磁阀、接触器、继电器。（1）输入接口电路2-23、输入输出单元（I/O）：是PLC与被控对象间传递输入输出（2）输出接口电路继电器输出**晶体管输出晶闸管输出（2）输出接口电路继电器输出**4、电源可编程控制器使用220V交流电源或24V直流电源，内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（5V直流）。

5、编程器主要用来编辑程序、调试程序和监控程序的执行，还可以在线测试PC的内部状态和参数，与PC进行人机对话。编程器一般有两类：专用编程器和个人计算机。专用编程器:(1)手持编程器：FX-10P-E,FX-20P-E(2)图形编程器个人计算机：安装相关编程软件4、电源2.3可编程控制器基本工作原理开机内部处理通讯服务输入刷新程序执行输出刷新

编程控制器有两种基本的工作状态：运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。可编程控制器在开机后，完成内部处理、通信处理、输入刷新、程序执行、输出刷新五个工作阶段，称为一个扫描周期。完成一次扫描后，又重新执行上述过程，可编程控制器这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。

2.3可编程控制器基本工作原理开机内部处理通讯服务输入刷新内部处理阶段

PLC接通电源后，在进行循环扫描之前，首先确定自身的完好性，若发现故障，除了故障灯亮之外，还可判断故障性质：一般性故障，只报警不停机，等待处理；严重故障，则停止运行用户程序，此时PLC切断一切输出联系。

确定内部硬件正常后，进行清零或复位处理，清除各元件状态的随机性；检查I/O连接是否正确；启动监控定时器，执行一段涉及到各种指令和内存单元的程序，然后监控定时器复位，允许扫描用户程序。内部处理阶段PLC接通电源后，在进行循环扫描之前，首先确定通信服务阶段PLC在通信服务阶段检查是否有与编程器和计算机的通信请求，若有则进行相应处理，如接收由编程器送来的程序、命令和各种数据，并把要显示的状态、数据、出错信息等发送给编程器进行显示。如果有与计算机等的通信要求，也在这段时间完成数据的接收和发送任务。

可编程控制器处于停止状态时，只执行以上的操作。可编程控制器处于运行状态时，还要完成下面三个阶段的操作。通信服务阶段PLC在通信服务阶段检查是否有与编程器和计算机的输入处理、程序执行、输出处理输入端输入电路输入映像寄存器输入刷新阶段---CPU从输入电路的输出端读出各路状态，并将其写入输入映像寄存器；SB0SB1b.程序执行阶段--CPU从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出各继电器的状态，并根据此状态执行用户程序，执行结果再写入元件映像寄存器中；c.紧接着的输出刷新阶段---将输出映像寄存器的状态写入输出锁存电路，再经输出电路传递输出端子，从而控制外接器件动作。X0Y0Y0Y1元件映像寄存器读写输出锁存器输出电路输出端KM0KM1读写X0X1Y0Y1输入处理、程序执行、输出处理输入端输入电路输入映像寄存器输入

映像寄存器在PLC的存储器中，有一个专门存放输入输出信号状态的区域，称为输入映像寄存器和输出映像寄存器，可编程控制器梯形图中别的编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。外接的输入触点电路接通时，对应的输入映像寄存器为“1”，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。外接的输入触点电路断开时，对应的输入映像寄存器为“0”，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。映像寄存器输入处理阶段

在输入处理阶段，可编程控制器把所有外部输入电路的接通/断开（ON/OFF）状态读入输入映像寄存器。

注意：在采样时刻，输入映像寄存器中的内容才与输入信号一致，而其它时间范围内输入信号的变化是不会影响输入映像寄存器中的内容的，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。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。

输入处理阶段程序执行阶段可编程控制器的用户程序由若干条指令所组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。在执行指令时，各编程元件的映像寄存器（输入映像寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。注意：当程序执行过程中因某种干扰使扫描失控或进入死循环时，WDT会发出超时报警信号，使程序重新开始执行；若由于偶然因素造成超时，而重新扫描程序不会再遇到“偶然干扰”，系统便转入正常运行；若出现不可恢复的确定性故障，则系统会自动停止执行用户程序，切断外部负载，发出故障信号，等待处理。程序执行阶段可编程控制器的用户程序由若干条指令所组成，指令在输出处理阶段在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的0/1状态传送到输出锁存器。梯形图中某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为“1”状态（或称该编程元件为ON）。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。输出处理阶段在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的0/1状2.3.2扫描周期可编程控制器在运行工作状态时，执行一次扫描操作所需要的时间称为扫描周期，其典型值为1~100ms。

没有外部设备与可编程控制器连接时该段时间为0；输入/输出处理的执行时间≤1ms。指令执行所需的时间与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行指令的速度有很大的关系。当用户程序较长时，指令执行时间在扫描周期中占相当大的比例。2.3.2扫描周期可编程控制器在运行工作状态时，执行一次2.3.3I/O滞后时间

I/O滞后时间又称为系统响应时间，是指可编程控制器外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的间隔。

I/O滞后现象的原因：（1）输入滤波器有时间常数

（2）输出继电器有机械滞后

（3）PC循环操作时，进行公共处理、I/O刷新和执行用户程序等产生扫描周期

（4）程序语句的安排，也影响响应时间2.3.3I/O滞后时间I/O滞后时间又称为系统响应时说明:输入信号在第一个扫描周期的输入采样阶段之后才出现，故在第一个扫描周期内，各映像寄存器的均为“0”状态，使Y0、Y1、Y2输出端的状态为OFF（“0”）状态Y1Y0X0Y1Y1Y2输入信号X0Y1Y2Y0输入采样程序执行输出处理出现信号第一周期输入采样程序执行输出处理第二周期说明:在第二个扫描周期的输入采样阶段，输入继电器X0的状态为ON（“1”）状态，程序执行阶段，Y1、Y2依次接通，故Y1、Y2输出端的状态为ON（“1”）状态。输入采样程序执行输出处理第三周期说明:在第三个扫描周期的程序执行阶段，由于Ｙ１的接通使Ｙ０接通，可见从外部输入触点接通