常用低压电器-西南科技大学网络教育学院课件

电气控制与PLC

ElectricControlandPLC1西南科技大学电气控制与PLC

ElectricControland第3章PLC概述及构成原理主讲武丽Email:wuli@2西南科技大学第3章PLC概述及构成原理主讲武丽2西南科技大学PLC是专为在工业环境下应用而设计的，是一种工业标准设备。虽然PLC的生产厂家和产品种类众多，但它们的基本组成相似，并且都具有相同的工作原理，使用方法也大同小异。因此，学习和掌握PLC的基本组成和工作原理是学习各种类型PLC的基础。学习目标：

1、了解PLC的产生、特点、分类、编程语言及发展趋势。2、熟悉并掌握PLC的定义、组成及工作原理。第3章PLC概述及构成原理（导学）3西南科技大学PLC是专为在工业环境下应用而设计的，是一种工业标准设第3章PLC概述及构成原理（导学）主要知识点：

◆PLC的产生及定义

◆PLC的特点及分类◆PLC的基本组成◆PLC的工作原理学习重点：掌握PLC的定义、组成、工作原理。学习难点：理解PLC控制系统与继电接触器控制系统的区别。4西南科技大学第3章PLC概述及构成原理（导学）主要知识点：4西南科第3章PLC概述及构成原理§3-1PLC概述◆PLC的产生及定义

◆PLC的特点及分类§3-2PLC的基本组成◆PLC控制系统与继电接触控制系统的区别◆硬件系统的组成§3-3PLC的工作原理5西南科技大学第3章PLC概述及构成原理§3-1PLC概述5西§3-1PLC概述一、PLC的产生与定义1、PLC的产生

PLC即可编程序逻辑控制器，是美国通用汽车公司（GM）于1968年由于生产的需要而提出的，主要用来取代继电接触控制系统（提出了10项设计指标）。可编程序逻辑控制器的英文名称为ProgrammableLogicController，因此缩写为PLC。1969年第一台PLC在美国的数字设备公司（DEC）制成，并成功地应用到美国通用汽车公司的生产线上。最初的PLC只具备逻辑控制、定时、计数等功能。6西南科技大学§3-1PLC概述一、PLC的产生与定义6西南科技大学随着电子技术、计算机技术、通信技术和控制技术的迅速发展，可编程序控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。有一段时间被称为可编程控制器（ProgrammableController，略写PC）。为区别于个人计算机PersonalComputer(PC)，故仍沿用PLC这个缩写。§3-1PLC概述7西南科技大学随着电子技术、计算机技术、通信技术和控制技术2、PLC的定义国际电工学会（IEC）曾先后于1982.11、1985.1和1987.2发布了可编程序控制器标准草案的第一、二、三稿。在第三稿中，对PLC作了如下定义：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。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。§3-1PLC概述8西南科技大学2、PLC的定义§3-1PLC概述8西南科技大学§3-1PLC概述PLC的定义强调以下几点：1）数字运算操作的电子系统——也是一种计算机2）专为在工业环境下应用而设计3）面向用户指令——编程方便4）逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作5）数字量或模拟量输入/输出控制6）易与控制系统联成一体7）易于扩充9西南科技大学§3-1PLC概述PLC的定义强调以下几点：9西南科技§3-1PLC概述二、PLC的特点及分类1、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10西南科技大学§3-1PLC概述二、PLC的特点及分类10西南科技大§3-1PLC概述2、PLC的分类◆按结构形式分类：可分为整体式和模块式◆按功能分类：可分为低档、中档、高档三类◆按I/O点数分类：可分为小型、中型和大型S7-200系列S7-300系列S7-400系列11西南科技大学§3-1PLC概述2、PLC的分类S7-200系列S73、PLC产品概览

1）PLC的几种流派

PLC产品按地域大体可以分成三个流派：美国产品、欧洲产品、日本产品。◆美国的PLC：如罗克韦尔(Rockwell)公司（包括AB公司）产品，通用电气（GE）产品。◆欧洲的PLC：如西门子（Siemens)公司和施耐德（法国Schneider）公司的产品。◆日本的PLC：如欧姆龙（OMRON）公司的产品，三菱（Mitsubishi)公司的产品。§3-1PLC概述12西南科技大学3、PLC产品概览§3-1PLC概述12西南科技大学西门子S7系列PLC欧姆龙C200H系列PLC松下FP0系列PLC§3-1PLC概述13西南科技大学西门子S7系列PLC欧姆龙C200H系列PLC松下FP0系列2）三种流派的三类代表产品§3-1PLC概述序号代表产品（型号）PLC网络生产公司1PLC—3PLC—53级总线复合型拓扑结构美国AB公司（AB）2S7系列3级总线复合型拓扑结构西门子公司（SIEMENS）3FP系列4级子网的复合型网络日本松下电工公司4C系列复合型网络结构日本立石公司（OMRON）14西南科技大学2）三种流派的三类代表产品§3-1PLC概述序号代表§3-2PLC的基本组成如何实现对一台单向运行电机的控制？继电接触控制线路QSPLC继电器QSPLC控制系统15西南科技大学§3-2PLC的基本组成如何实现对一台单向运行电机的控制§3-2PLC的基本组成PLC控制程序（软件编程实现）PLC控制系统继电接触控制系统16西南科技大学§3-2PLC的基本组成PLC控制程序PLC控制系统继电§3-2PLC的基本组成PLC控制系统与继电接触控制系统的区别1）从控制方法上看，电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，继电器的触点数量有限；而PLC采用了所谓的“软继电器”技术，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中，系统连线少、体积小、功耗小，触点数量是无限的，PLC系统的灵活性和可扩展性好。2）从工作方式上看，在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的都同时吸合，不该吸合的受某种条件限制而不能吸合，即采用并行工作方式。而PLC采用循环扫描的工作方式，即串行工作方式。17西南科技大学§3-2PLC的基本组成PLC控制系统与继电接触控制系统§3-2PLC的基本组成3）从控制速度上看，继电器控制系统的工作频率低，机械触点会出现抖动问题。而PLC的速度快，程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。4）从定时和计数控制上看，电器控制系统采用时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。而PLC采用半导体集成电路作定时器，精度高，定时范围宽，修改方便，不受环境的影响，且PLC具有计数功能。5）从可靠性和可维护性上看，由于电器控制系统的机械触点使系统的可靠性和可维护性较差。而PLC采用无触点动作，其寿命长、可靠性高，并具有自诊断功能及动态监视功能，为现场调试和维护提供了方便。18西南科技大学§3-2PLC的基本组成3）从控制速度上看，继电器控制系§3-2PLC的基本组成PLC的基本组成

包括硬件系统和软件系统两大部分一、硬件系统的组成中央处理器、存储器、输入/输出模块、编程器等。硬件系统框图如下所示。二、软件系统：包括系统程序和用户程序19西南科技大学§3-2PLC的基本组成PLC的基本组成19西南科技大学20西南科技大学20西南科技大学

1、中央处理器

CPU按照其系统程序所赋予的功能，完成以下任务：（1）接收编程器或上位机键入的用户程序和数据，存入随机存储器RAM中；（2）用扫描的方式接收现场输入设备的状态或数据，并存入输入状态表或数据寄存器中；（3）诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等；（4）PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经过指令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信§3-2PLC的基本组成21西南科技大学1、中央处理器§3-2PLC的基本组成21西南科技大学号，去接通或断开相关的控制电路，分时、分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等操作，完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务；（5）根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出寄存器表的内容，再由输出状态表的位状态或数据寄存器的有关内容，实现输出控制、打印或数据通讯等功能；（6）CPU除顺序执行程序以外，还能接收输入输出接口发来的中断请求，并进行中断处理，中断处理完后，再返回原址继续执行。

§3-2PLC的基本组成22西南科技大学号，去接通或断开相关的控制电路，分时、分渠道地去执行数据的存2、存储器包括RAM和ROM3、输入/输出模块输入/输出（简称I/O）模块是现场输入设备（如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关等）、输出设备（如驱动电磁阀、接触器、电机等）或其它外部设备之间的连接部件。输入/输出模块包括：开关量输入/输出模块；模拟量输入/输出模块。§3-2PLC的基本组成23西南科技大学2、存储器§3-2PLC的基本组成23西南科技大学（1）开关量输入模块的基本原理开关量输入模块的作用是接收现场的开关信号，并将输入的高电平信号转换为PLC内部所需要的低电平信号。开关量输入模块根据使用的电源不同，分为直流输入模块、交流输入模块和交直流输入模块三种。§3-2PLC的基本组成24西南科技大学（1）开关量输入模块的基本原理§3-2PLC的基本组成2直流输入模块的原理电路§3-2PLC的基本组成25西南科技大学直流输入模块的原理电路§3-2PLC的基本组成25西南科§3-2PLC的基本组成交流输入模块的原理电路26西南科技大学§3-2PLC的基本组成交流输入模块的原理电路26西南科（2）开关量输出模块的基本原理开关量输出模块的作用是将PLC的输出信号传送给外部负载（即用户输出设备），并将PLC内部的低电平信号转换为外部所需电平，以满足不同负载的需要。§3-2PLC的基本组成27西南科技大学（2）开关量输出模块的基本原理§3-2PLC的基本组成§3-2PLC的基本组成负载使用的电源（用户电源）直流输出模块交流输出模块交直流输出模块输出开关器件的种类晶体管输出方式可控硅输出方式继电器输出方式28西南科技大学§3-2PLC的基本组成负载使用的电源直流输出模块交流输§3-2PLC的基本组成29西南科技大学§3-2PLC的基本组成29西南科技大学（3）模拟量输入模块的基本原理该模块用来将模拟信号转换成PLC能够接收的数字信号。其主要功能就是进行模拟量到数字量的转换。这种模拟量可以是缓慢变化的温度或电压（电流）信号。选择使用模拟量输入模块时，主要考虑如下技术要求：◆输入量类型：电压，电流；◆输入量程：常见为0~10V(4~20mA)；◆输入极性：如0~10V，土5v；◆输入通路数：常见有单路、8路和16路；◆转换精度：决定于A/D转换芯片规格，如8位、12位；◆转换速度：常见有10~100μs。§3-2PLC的基本组成30西南科技大学（3）模拟量输入模块的基本原理§3-2PLC的基本组成3§3-2PLC的基本组成（4）S7-200PLC的模拟量模块EM231为模拟量输入模块，有四路模拟量输入通道，可以是标准的电压信号，也可以是标准的电流信号。EM232为模拟量输出模块，有两路模拟量输出通道，可以输出标准的电压信号，也可以输出标准的电流信号。EM235为模拟量输入/输出组合模块，有四路输入通道、两路输出通道。如下图31西南科技大学§3-2PLC的基本组成（4）S7-200PLC的模拟偏置（OFFSET）电位计调零增益（GAIN）电位计调满度32西南科技大学偏置（OFFSET）电位计调零32西南科技大学

5、编程器编程器分为以下三类：（1）简易编程器。通常把它直接插入PLC的专用接口，与PLC相连接，并由PLC提供电源。它只能与PLC直接联机编程，不能脱机编程。（2）图形编程器。图形显示屏可以用来显示编程内容、继电器占用情况、程序容量、程序调试与执行时各种信号的状态和错误提示等。这种编程器还可以和打印机、盒式磁带机等设备相连，监控功能强，但价格贵，适用于大、中型PLC的编程。（3）工业控制计算机作为编程器。

§3-2PLC的基本组成3