电气控制与plc第5章ppt课件

第5章 可编程序控制器的构成及工作原理,5.1 可编程序控制器概述,5.1.1 可编程序控制器的产生与发展 1969年美国数字设备公司DEC研制出世界上第一台可编程序控制器，其型 号为PDP14型，在GM公司装配线上试用成功。 1971年，日本从美国引进了这项新技术，并很快研制成功了日本第一台可 编程序控制器。1973年1974年，德国、法国也相继研制成功了他们的可编程 序控制器。我国从1974年开始研制，1977年研制成功了以一位微处理器 MCl4500为核心的可编程序控制器，并开始应用于工业生产控制。 从第一台PLC诞生至今，PLC大致经历了四次更新换代。 第一代PLC，多数用1位机开发，采用磁芯存储器存储，仅具有逻辑控制、 定时、计数功能。 第二代PLC，使用了8位微处理器及半导体存储器，其产品逐步系列化，功 能也有所增强，己能实现数字运算、传送、比较等功能。 第三代PLC，采用了高性能微处理器及位片式CPU，工作速度大幅度提高， 同时促使其向多功能和联网方向发展，并具有较强的自诊断能力。 第四代PLC，不仅全面使用16位、32位微处理器作为CPU，内存容量也更 大。可以直接用于一些规模较大的复杂控制系统；编程语言除了可使用传统的梯 形图、流程图等外，还可使用高级语言；外设也更多样化。,2. 可编程序控制器的发展趋势 由于工业生产对自动控制系统需求的多样性，PLC的发展方向有两 个： 一是朝着小型、简易、价格低廉方向发展。单片机技术的发展，促 进了PLC向紧凑型发展，体积减小，价格降低，可靠性不断提高。这种 小型的PLC可以广泛取代继电器控制系统，应用于单机控制和小型生产 线的控制，如OMRON公司的C20、C20P、C28P、C40P、C60P、 C20H、C40H等。 二是朝着大型、高速、多功能方向发展。大型的PLC一般为多微处 理器系统，有较大的存储能力和功能强劲的输入/输出接口。通过丰富的 智能外设接口，可以实现流量、温度、压力、位置等闭环控制；通过网 络接口，可级连不同类型的PLC和计算机，从而组成控制范围很大的局 域网络，适用于大型的自动化控制系统。,5.1.2 可编程序控制器特点、分类和应用场合,1. 可编程序控制器的特点 （1）与继电器控制逻辑相比较 1）控制逻辑 2）工作方式 3）控制速度 4）限时控制 5）计数控制 6）设计与施工 7）可靠性和可维护性 8）价格 从以上几个方面的比较可知：PLC在性能上比继电控制逻辑优异， 特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗 低、使用维护方便，但价格高于继电控制。,（2）与微型计算机相比较 1）应用范围 2）使用环境 3）输入输出 4）程序设计 5）系统功能 6）运算速度和存贮容量 7）价格 从以上几个方面的比较可知：PLC是一种用于工业自动 化控制的专用微机控制系统，结构简单，抗干扰能力强，易 于学习和掌握。价格也比一般的微机系统便宜。,5.2 可编程序控制器的组成和工作原理,5.2.1可编程序控制器的基本结构 PLC是用微处理器实现的许多电子式继电器、定时器和计数器的组 合体，其内部结构框图如图5-1所示。,1.中央处理器（CPU） 中央处理器是PLC的“大脑”，它一般是由控制电路、运算器和寄存器 组成，这些电路一般都集成在一块芯片上。CPU通过地址总线、数据总 线和控制总线与存储器单元、输入/输出(I/O)接口电路连接。 2.存储器(Memory) 在PLC中使用的两种类型存储器为ROM和RAM。 3. 电源部件 电源部件将交流电源转换成供PLC的中央处理器、存储器等电子电路 工作所需要的直流电源，使PLC能正常工作，它的好坏直接影响PLC的 功能和可靠性。因此，目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电，用锂 电池作停电时的后备电源。 4. 输入、输出部分 输入、输出部分是PLC与被控设备相连接的接口电路。 5. 编程方式 PLC的编程方式有两种：一种是手编程器，另一种是利用上位计算机 中的专业编程软件。,2.2 可编程序控制器的基本工作原理,1. 可编程序控制器中的梯形图与继电器 梯形图是从继电器控制的电气原理图演变而来的，继电器控制电路 的元件图如图5-2（a）所示；PLC梯形图所用器件与此类似，如图5-2 （b）所示。,图5-3为三相鼠笼式异步电动机起停控制电路，若改用C系列P型 PLC实现控制，按控制要求可设计图5-4梯形图和对应的指令表程序。,5.2.2. 可编程序控制器的工作原理,可编程序控制器实现某一用户程序的工作过程如图5-5所示，可分为 三个阶段：输入采样阶段、程序执行阶段和输出处理阶段。,5.2.3 可编程序控制器的技术性能和继电器及其编号,1.可编程序控制器的基本技术性能 （1）输入/输出点数（即I/O点数） I/O点数是指可编程序控制器外部输入、输出端子总数，这是可编程序控制器 的最重要的一项指标。一般按可编程序控制器点数多少来区分机型的大小，小型 机的I/O点数在256以下（无模拟量），中型机的I/O点数为2562048（模拟量 64128路），大型机的I/O点数为2048（模拟量128512路）以上。 （2）扫描速度 扫描速度一般以执行1000步指令所需时间来衡量，故单位为ms/千步，也有 以执行一步指令的时间计算，例如s/步。 （3）指令条数 指令条数是衡量可编程序控制器软件功能强弱的主要指标。 （4）内存容量 内存容量是指可编程序控制器内有效用户程序的存储器容量。 （5）高功能模块 可编程序控制器除了主机模块外，还可以配接各种高功能模块。,2. C系列P型PLC的继电器及其编号 C系列P型PLC设置有：输人继电器(X)，输出继电器(Y)，内部辅助 继电器(AR)，保持继电器（HR），暂存继电器(TR)，专用内部继电器 (SR)，定时器/计数器(TIM/CNT)，64个数据存贮通道（DM）和一个高 速计数器FUN(98)。以上各类继电器(除输入继电器和专内部继电器线圈 外)的线圈和触点(含常开和常闭触点)都是PLC的编程元件。 （1）输入继电器（X） 输入继电器(Input Relay)占用0004CH，共5个通道(Channel)，每 个通道有16个继电器0015。输入继电器编号为00000415，共80 点。输入继电器线圈与PLC输入端子直接相联，其线圈只能由外部输入 信号驱动。其常开触点和常闭触点可用于编程，同一编号的触点可无限 使用。 （2）输出继电器（Y） 只有输出继电器(Output Relay)能向PLC外部传送信息，其线圈接受 CPU的运算结果。输出继电器占用0509CH，共5个通道，每个通道有 12个继电器即0011，其余4个继电器（即1215)被PLC用于内部操作的辅助继电器所占用。输出继电器编号为05000911，共60点。,（3）内部辅助继电器（AR） 内部辅助继电器(Auxiliary Internal Relay)占用9个通道1018CH， 继电器编号为10001807，共计136点，其中18CH中18081815分配 给专用内部继电器(SR)。内部辅助继电器作为PLC的编程元件，专供逻 辑运算使用，其作用相当于继电器控制系统中的中间继电器。AR作为 PLC编号元件，其线圈由程序驱动，不能去驱动PLC的外部负载。 （4）保持继电器(HR) 保持继电器(Hold Relay)占用10个通道佃HR0HR9CH，继电器编 号为HR000HR915，共160点。当KEEP(FUN11)指令指定继电器为 HR，HR作为一个锁存器时，HR有掉电保持功能。若PLC掉电，HR能 保持掉电前的状态，PLC恢复供电，HR将再现原来的状态。 （5）数据存贮继电器（DM） DM为PLC的数据存贮器(Data Memory)，每个通道可存放4位16进 制数(BIN码)或4位10进制数(BCD码)，DM占用64个通道DM00 DM63CH，每个通道有16位(Bit)。CPU以通道为单位进行操作，64个通 道对应CPU中的数据存贮区，因此在编程时，不能以点使用，应按通道 为单位使用，在程序中只有数据存贮器通道的编号。当PLC突然中断供 电时，DM中各点能保持停电前的状态。,（6）定时器/计数器（TIM/CNT） C系列P型PLC设置48个定时器/计数器即0047，TIM、CNT、 CNTR（FUN12）和TIMH(FUNl5)指令共用这48个编号，在同一程序中 某一编号若为TIM指令占用，CNT、CNTR、TIMH指令就不能再用。高 速计数器FUN(98)，用CNT47存放计数当前值S，因此在有高速计数器 FUN98指令的程序中，CNT47就不能另用。 （7）暂存继电器（TR） 暂存继电器(Temporary Relay)共8个：TR0TR7，用于暂存梯形 图某逻辑行左侧电路块逻辑运算结果，不能对外输出。 （8）专用内部继电器（SR） 专用内部继电器(Special Internal Relay)编号为18081907，共16 点。16个专用内部继电器用作监控PLC的操作。 1808 常为OFF，CPU中锂电池电压过低时(失效)为ON。 1809 常为OFF，CPU扫描周期T0超过100ms时为ON。 1810 常为OFF，高速计数器FUN98硬件复位端0001接收到复位信 号(0001为ON)，FUN98被置0时，1810为ON一个扫描周期的时间。 1811，1812，1814常为OFF。,1813 常为ON。 1815 常为OFF，PLC开始运行时，为ON一个扫描周期的时间。 1900，1901，1902 PLC接通电源后，分别产生周期为0.1s，0.2s 和1.0s的时钟脉冲。1903 常为OFF，在算术运算中当操作数不是BCD 码，或执行BIN(FUN23)BCD(FUN24)指令中操作数大于9999时，1903 为ON。 1904 常为OFF，进位标志，当算术运算结果有进位或借位时， 1904为ON；可用置位指令STC（FUN40）强制1904ON，用清除进位 指令CTC（FUN41）强制1904OFF。 1905，1906，1907 标志继电器在执行比较指令CMP(FUN20)时， 比较结果“”时，1905ON ；比较结果“”时，1906ON；比较结果 “”时，1907=ON。 专用内部继电器1808，1809，1810，1811，1812，1813， 1814，1815，1900，190l，1902，1904，1905，1906和1907的常开 触点可用于编程，SR的线圈直接受CPU的控制，其线圈和常闭触点不能 出现在程序中。,本 章 小 结,可编程序控制器是一种新型的工业控制专用计算机，其分类方法可 按I/O点数、结构形式和功能进行。可编程序控制器的特点是利用计算机 对工业设备直接进行电气控制。 可编程序控制器利用软件进行控制，其工业过程可分为输入采样、 程序执行和输出处理三个阶段，并采用扫描循环方式工作，这一点与传 统继电器接触器系统是完全不相同的，也是其性能得到提高的基础之 一。 可编程序控制器性能指标很多，但从使用者角度出发，主要有以下 几点。 （1）输入/输出点数：用以 区分机型大小指标之一，点数多可以控 制的对象和输入信号多。 （2）扫描速度：扫描速度快反映了可编程序控制器控制电气设备 的能力强。 （3）指令条数：指令条数多说明软件功能丰富。 （4）内存容量：内存容量越大，可以存储的指令越多，从而可以控制较复杂的设备。,可编程序控制器的内部继电器有： （1）输入继电器：输入继电器用来接受可编程序控制器的外部信 号，它不能被程序指令驱动，只能由外部信号驱动。输入继电器最多可 占有5个通道，其编号为00000415。 （2）输出继电器：输出继电器用来传送信号到可编程序控制器外部 负载，它是由程序驱动的，输出继电器最多可占有5个通道，其编号为 05000911。 （3）内部继电器：内部继电器既不能被外部信号