PLC结构与工作原理1.ppt

1、多媒体课件 PLC应用 湖南铁道职业技术学院 2005年4月,一、电动机正反转电气控制 二、电动机正反转PLC控制 三、PLC产生和特点 四、PLC结构 五、电动机点动控制线路 六、PLC工作原理 七、讨论：比较电气控制、 PLC控制、及微机的异同 八、三菱FX2-PLC编程器件 九、讨论： 十、总结,标题,一、电动机正反转电气控制线路,二、电动机正反转PLC控制 1、I/O分配：,2、梯形图 3、指令表,三、PLC的产生和特点：1、PLC产生,1） 传统的继电器控制特点： 优：简单、价廉，易于掌握，操作方便，应用广泛 缺点：V大，速度慢，耗电，硬件连接，可靠性差，通用性和灵活性差。 2） P

2、LC产生： 60年代末，美国汽车制造业竞争，各厂家生产汽车型号 不断更新加工线也改变重新配置控制系统，68年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM）设想： 计算机功能完善、灵活、通用 继电器简单、方便；且编程和输入简单化取代原继电器控制装置。 69年，美国数字设备公司（DEC），研制出第一台PLC，并在通用汽车公司（GM）生产线上装配试用成功很快发展。 1971年日本生产PLC 1973年德、英、法 我国1974年,3）PLC特点：,PLC是专为工业应用而设计：专门用于工业控制的计算机。 1）可靠性高、抗干扰能力强 采用了屏蔽：对电源变压器、CPU、编程器 滤波：I/O线路LC、RC、型，消

3、除高频干扰，各模块之间的 相互影响。 光电隔离：在处理器与I/O电路之间采用模块式结构：故障迅速更换 PLC平均无故障（35）*104h 三菱公司F系列，平均无故障30万h，一般微机所不能比拟 2）编程简单，使用方便：梯形图 3）功能强、 速度快，精度高，有逻辑运算，定时，计数等功能， D/A，A/D，数据处理，通信联网 4） 通用性好：许多PC制成模块式，可灵活组合 5）V小，G轻，功能强，消耗底，环境适应性强，不需专门机房和空调 但：目前PLC价格还较高，高、中档PLC使用需具有一定计算机知识价廉应用是实现机电一体化的较理想设备，性价比。,4）PLC分类：,（1）按PLC I/O点数分：

4、超小型：8192点 （2） 按PLC结构分： 整体式：单元式（箱体式） 各模块配置在一起装入机体，简单，紧凑，V小，价廉 模快式： 各部分以模快分开，如：CPU模快，I/O模块，用搭积木方式组装在一起，灵活，扩展方便，便于维修，大、中型PLC。 (3)按PLC功能： 低档机：逻辑运算，计数 中档计：逻辑运算，计数，算术运算，数据比较 高档机：智能，过程控制,5）PLC应用和发展：,（1） PLC应用： PLC应用领域非常广，并正在迅速扩大 早期PLC：凡是有继电器的地方； 现今PLC：控制系统存在 用于逻辑控制：顺序控制 最基本用途： 工业自动化过程控制： A/D、D/A转换模快 压力、温度：

5、模拟量 数据处理：加减乘除 通信联网： （2）我国PLC的发展和应用概况 我国：1974年开始研制 1977年应用 旧设备的改造和在一些引进设备和生产线上大量使用PLC 日本三菱公司F系列（F、F1、F2、FX系列）A、系列、 日本立石公司 C系列、松下系列 德国西门子公司S5、S7系列：S7-200、300、400系列 美国通用汽车公司（GE系列） PLC产品国产化，引进和研制PC单位很多,四、PLC结构,以为处理器为核心的结构：硬件和软件 1、硬件组成：PLC组成逻辑部分： 以CPU为核心的电子系统，实际上就是一种工业控制用的 专用计算机。 （1）继电控制线路：,（2）PLC结构 逻辑部分

6、：以CPU为核心的电子系统，实际上就是一 种 工业控制用的专用计算机。,2、各部分的作用,1）输入单元I 作用：是连接可编程控制器与其它外设之间的桥梁。对输入信号进行滤波、隔离、电平转换等，把输入信号安全、可靠地传送给CPU。生产设备的控制信号通过输入模块传送给CPU。 常用的输入信号：按钮、位置开关、开关或电位器、传感器、变送器 原理 按SB发光二极管导通（LED灯亮）在发光激励下，光电三极管导通驱动内部电路通断 采用了滤波和光电隔离 RC滤波 一个输入单元一个输入继电器一个输入点,2）输出单元O,（1）作用：输出单元是连接可编程控制器与控制设备的桥梁。将 CPU运算的结果进行隔离和功率放大

7、后通过输出模块输出。驱动外部执行元件工作。 （2）三种输出方式： 继电器输出：a) 线圈与触头已完全分离，故不再需要隔离措施，用于开关速度要求不高且又需要大电流输出 2A负载能力，响应10ms 晶体管输出：b) 使用光电偶合器驱动开关晶体管要求快速开断或动作频繁，响应0.2ms。 晶闸管输出：c)1ms ： I/O点数:PLC的一个输入/输出组件都对应PC面板上的一个输入/输出接线柱一个输入/输出点。,3）中央处理器CPU（微处理器）PLC核心元件，PLC控制运算中心（相当于人脑）PLC常用CPU有：8080、8086、80286、80386、单片机8031、8096等等。8位、16位、32位

8、 4) 存储器:安放程序,记忆功能 系统存储器： 主要用来安放系统管理和监控程序，解释程序，是由厂家提供并固化在ROM/EPROM中，不能由用户直接存取。 用户存储器： 用来存放由编程器 或磁带输入的用户程序 5)编程器：PLC外部设备 用它来输入、检查、修改、调试用户程序，也用来监视PLC工作情况。 PLC工作时间不用：一台编程器多台PLC 简易型：价廉，小型PLC 智能型：价高 6）电源部分： PLC内部有一个设计优良的独立电源。 电源部分将交流220V转换供PLC内部CPU存储器等电子电路工作所需直流电源5V、24V。 开关式稳压电源供电，用锂电池作停电后的后备电源，有些型号的 PLC如

9、F1、F2、FX还可向外部传感器提供24V直流电源。,3、可编程控制器的编程语言,PLC常用的编程语言有四种：梯形图、指令表、功能图以及高级语言 （1）PLC梯形图中每个网络由多个梯形级组成，每个梯形级由一个或多个支路组成，由一个输出元件构成。 类似继电器控制电路 （2）指令语句表编程语言 与汇编语言类似 用一系列操作指令组成的语句表将控制流程描绘出来。 序号 操作码 操作数 0 LD X1 1 OR Y1 2 ANI X1 3 OUT Y1 4 END PLC不同型号，操作码及操作数都不同,(3)功能图编程语言： 控制过程： 同流程图一样的功能图 (4)高级语言编程： 大型PLC开始采用 类

10、似PASCAC，同普通计算机,五、电动机长车点动控制线路,SB1:停车 SB2:长车 SB3:点动,电动机长车点动控制线路,六、PLC工作原理, PLC的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致的，可以简单地描 述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。但个人计 算机与PLC的工作方式有所不同，计算机一般采用等待命令的工作方式 如常用的键盘扫描或I/O扫描方式，当键盘有健按下或I/O口有信号输 入时则中断转入相应的子程序。而PLC在确定了工作任务，装入了专用 程序后成为一种专用机，它采用循环扫描的工作方式。系统工作任务及 应用程序执行都是循环扫描的工作方式。 PLC对用户程序的执行过

11、程是： 通过CPU的周期性的循环扫描的作方式。 1、输入处理： 扫描全部输入端，读取其壮态并写入输入状态影象寄存器内。如：各开关点通、断状态，A/D转换值 2、程序执行： 进行扫描用户程序，它按梯形图左右，上 下逐步扫描，并据I/0状态及有关数据逻辑运算结果 写入输出寄存器状态表。 每扫描1次，所有用户程序都被执行1次,3、输出处理： 在所有指令执行完毕后，把输出状态表中所有输出继电器的状态（通1，断0）转寄输出琐存器中，一定方式驱动外部负载（PLC实际输出）.完成一个循环，CPU又返回去进行下一个循环的扫描。 扫描周期：:PLC在执行一次从输入处理到输出处理的扫描操作所需的时间。一般20ms

12、左右。 特点：集中采样，集中输出工作方式。串行工作方式。 优：从根本上提高了系统的抗干扰能力，系统可靠性增强 缺：一定程度降低了系统响应速度，既存在I/O滞后现象,1、梯形图与继电控制比较？ 2、电气控制、PLC、微机的异同？,相同： 1、 结构形式 大致相同：梯形图 2、梯形图大致沿用了继电器电路中元件名称和符号，仅个别不 同 3、从信号I/O形式及功能看，二者也是相同的。 不同： 1、器件组成不同：硬、软 2、工作方式不同：并、串行 3、实施控制方式不同：硬连，编程 4、触点数量不同：有限、无限。,七、讨论,2、PLC、继电器、微机控制比较,八、三菱FX2-PLC编程器件,日本的生产厂家在

13、PLC机微型化及降低成本上作了成功努力三菱公司：性能/价格比占优势 F：超小型，开关量控制 F1：超小型，带模拟量控制 F2：中大规模，开关量控制 FX2：整体式和模快式相结合的叠装式，速度快，超小型， 加强性，1991年推出。型号命名方式： FX 序号：0、2、0N、2N：FX0、FX2、FX0N、FX2C I/O总点数：14256 单元类型：M基本单元 E扩展单元 输出方式：R继电器输出 S晶体管输出 T晶闸管输出 特殊品种类别：DDC电源 DC输入 AI 无：AC电源，DC输入2A/1点 如：FX2N-48MR-ES/UL DS:24VDC,世界性 UL:标准型 FX2-32MR,1、P

14、LC的编程器件概述 可编程控制器的编程元件从物理实质上来说是电子电路及存储器。具有不同使用目的的元件电路有所不同。考虑工程技术人员的习惯，用继电器电路中类似名称命名。称为输入继电器、输出继电器、辅助(中间)继电器、定时器、计时器等。为了明确它们的物理属性，称它们为“软继电器”。从编程的角度出发，我们可以不管这些器件的物理实现，只注重它们的功能，像在继电器电路中一样使用它们。 PLC中的各种编程元件（软继电器）的功能是相互独立的，他们均用字母来表示。X输入；Y输出 编号：字母和3位数字表示，机型不同而异。 2、FX2系列PLC编程器件： 1）输入继电器（X0X177）128点 （八进制） 作用：

15、专门用来接受外部敏感元件或开关发来的信号，PLC输入端 相连。, 等效电路：按下SBX0线圈通X0常开闭合，常闭断开 注意： 只能由外部信号所驱动，而不能由程序驱动，其触点也不能接输出驱动外部负载。 编程时，其线圈不能在梯形图中出现。 编号：FX2 :X0X177 八进制）128点 F140MR：X400X513 （24点）,2、输出继电器Y0Y177 作用：将PC的输出信号送给输出模快，再驱动外部负载，它有一对常开触点（硬触点）与PC的输出端子相连，有一定的负载能力。 注意： 只能由程序驱动，而不能由外部信号直接驱动。 编号： Y0Y177 （八进制）128点,3、辅助继电器M： 1）通用辅

16、助继电器M0M499 （十进制） 作用：类似中间继电器 只能由程序驱动，不能直接驱动负载 编号：M0M499 （十进制）500点 2）断电保持辅助继电器M500M1023（524点）（十进制） 3）特殊辅助继电器M8000M8255（256点） 只能利用其触点的：线圈PLC自动驱动 M8000：运行监视：当PLC运行，M8000接通 M8002：初始化脉冲：PLC运行开始发一单脉冲 M8012：100ms时钟脉冲 M8013：1s时钟脉冲 可驱动线圈型： 用户激励线圈后， PLC作特定动作 M8030：接通，即使电池 电压低下，灯也不亮 M8033：PLC停止时数据 保存 M8034：输出（外

17、部）禁止 M8039：以定时扫描方式 运行，扫描时间由D8039定,4、状态器S 1) 是在编制步进控制程序中所使用的基本元件，与STL相结合。 2)编号： 初始状态器：S0S9 10点（十进制） 回零状态器：S10S19 10点（十进制） 通用状态器：S20S499 480点（十进制） 保持状态器：S500S899 400点（十进制） 报警状态器：S900S999 100点（十进制） 有无数对常开常闭触头，当不使用步进梯形指令普通继电器。 5、定时器T 定时器的动作及地址编号 1)常规定时器T0T245 编号：（十进制） 100ms定时器T0T199 200点（0.13276.7）s 10m

18、s定时器T200T245 46点（0.01327.67）s,常规定时器T0T245 编号：（十进制） 100ms定时器T0T199 200点（0.13276.7）s 10ms定时器T200T245 46点（0.01327.67）s 原理：当X0接通，T200计时Y0输出 当X0断开，T200复位Y0也复位（不管定时到或未到）,2）积算定时器T246T255 编号：100ms积算定时器T250T255 6点（0.13276.7）s1ms积算定时器T246T249 4点（0.00132.767）s,6、计数器C： 1）内部信号计数器： FX2系列PC有内部计数器和高速计数器，内部计数器又分为16位

19、递加和32位双向计数器。在此，我们只介绍16位递加内部信号计数器。 作用： 是在只心执行扫描操作时对内部器件（如X、Y、M、S、T）的信号进行计数的计数器。 (1）16位递加计数器： 编号： 通用型C0C99 100点（132767） 断电保持型：C100C199 100点,如图为递加计数器，X11是计数输入，X11每接通1次，计数器当前值加1，当计数器当前值为10，计数器C0输出接点接通。 之后，即使输入X11再接通，计数器的当前值也保持不变。当复位输入X10接通时，执行RST指令，计数器当前值复位为0，输出接点复位。定时器设定值可以用常数K来设定。,（2）32位双向计数器： 编号： 通用型

20、C200C219 20点（-2147836482147483647） 断电保持型：C220C234 15点,类型：递加型：M8200M8234 置0：达设定值动作递减型：M8200M8234 置1：达设定值复位 符号及功能： 当计数器当前值由-6变为-5（增大）：触点动作1 当计数器当前值由-5变为-6（减小）：触点复位0 当复位输入X13接通时，计数器当前值为0，输出接点复位,当计数器当前值由-6变为-5（增大）：触点动作1 当计数器当前值由-5变为-6（减小）：触点复位0 当复位输入X13接通时，计数器当前值为0，输出接点复位,2）高速计数器：中断原则运行的，因而它独立于扫描周期。 (1）

21、 地址编号：C235C255 21点 输入：X0X5 (2） 类型： 1相1输入无启动/复位端高速计数器：C235C240 6点 1相带启动/复位高速计数器：C241C245 5点 1相2输入双向相高速计数器：C246C250 6点, 1相带起动/复位高速计数器 C241-C245 X13合M8245通C245递减计数 X13断M8245断C245递加计数 X14通C245复位，C245还能由外部X3复位 外部起动X7接通X15通选中C245,C245对X2输入 进行计数,7、指针（P/I）： 表示程序标号：用作跳转、中断等程序的入口地址。 1）分支指令用指针：标号：P0P63 64点 作用： 用来指定条件跳转，子程序调用等分支指令的跳转目标 举例：P53 注意：编程时，编号不能重复使用。 2）输入中断用指针： 标号：I#0# -I8#共9点 举例：I001为输入X0从OFF-ON变化 时、执行由该指针作为编号后面的中断程