PLC的硬件结构与工作原理.ppt

第2章,PLC的硬件结构与工作原理,按结构形式分 整体式PLC 将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。,2.1 PLC的硬件结构,模块式PLC 将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。,紧凑式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。,模块式PLC 将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。,紧凑式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。,整体式PLC 将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。,按功能分 低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。 中档PLC 具有低档PLC功能外，增加模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能。 高档PLC 具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能。,PLC的基本结构,微处理器（CPU） 接收并存储用户程序和数据； 诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误； 接收输入信号，送入数据寄存器并保存； 运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户 程序的各种操作； 将用户程序的执行结果送至输出端。,系统存储器（ROM）系统程序存储器+系统数据存储器 存放系统工作程序（监控程序）； 存放模块化应用功能子程序； 存放命令解释程序； 存放功能子程序的调用管理程序； 存放存储系统参数。,用户存储器RAM/EPROM/EEPROM 存放用户工作程序； 存放工作数据。,输入单元带光电隔离电路 多种辅助电源类型：AC电源DC24V输入 DC电源DC24V输入 DC电源DC12V输入 接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）； 接收模拟量信号（模拟量输入单元）； 接收按钮或开关命令（数字量输入单元）； 接收传感器输出信号。,输出单元带光电隔离器及滤波器 多种输出方式：晶体管 晶闸管 继电器 驱动直流负载（晶体管输出单元）； 驱动非频繁动作的交/直流负载（继电器输出单元）； 驱动频繁动作的交/直流负载（晶闸管输出单元）。,通讯及编程接口采用RS-485或RS-422串行总线 连接专用编程器； 连接个人电脑（PC/PG），实现编程及在线监控； 连接工控机，实现编程及在线监控； 连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯； 连接打印机等计算机外设。,电源 连接专用编程器； 连接个人电脑（PC/PG），实现编程及在线监控； 连接工控机，实现编程及在线监控； 连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯； 连接打印机等计算机外设。,I/O扩展接口采用并行通讯方式 扩展I/O模块； 扩展位置控制模块（如F2-30GM）； 扩展通讯模块（如FX-232AW等）； 扩展模拟量控制模块（如FX-2DA、FX-4AD等）。,电气原理图,接触器自锁控制,自锁触点,热继电器 热元件,热继电器 常闭触点,电动机单向旋转控制,工作原理,输入继电器（I） 在PLC内部，与输入端子相连的输入继电器是光电隔离的电子继电器，采用八进制编号，用无数个常开和常闭触点。 输入继电器不能用程序驱动。,五、软元件（逻辑元件）,PLC的工作过程,PLC的扫描过程,PLC的中断处理过程 响应问题： 一般微机系统的CPU，在每一条指令执行结束时都要查询有无中断申请。而PLC对中断的响应则是在相关的程序块结束后查询有无中断申请，或者在执行用户程序时查询有无中断申请，如有中断申请，则转入执行中断服务程序。如果用户程序以块式结构组成，则在每块结束或执行块调用时处理中断。,PLC的中断处理过程 中断源先后顺序及中断嵌套问题： 在PLC中，中断源的信息是通过输入点而进入系统的，PLC扫描输入点是按输入点编号的先后顺序进行的，因此中断源的先后顺序只要按输入点编号的顺序排列即可。 多中断源可以有优先顺序，但无嵌套关系。,PLC的中断处理过程 中断服务程序执行结果的信息输出问题： PLC按巡回扫描方式工作，正常的输入/输出在扫描周期的一定阶段进行，这给外设希望及时响应带来了困难。采用中断输入可解决对输入信号的高速响应问题。当中断申请被响应且中断子程序被执行后，有关信息应当尽早送到相关外设，而不希望等到扫描周期的输出传送阶段，就是说对部分信息的输入或输出要与系统CPU的扫描周期脱离。,例题：起动保持停止电路（起保停电路）,LD I0.0,起动 I0.0,停止 I0.1,Q0.0,O Q0.0,AN I0.1,= Q0.0,0,1,0,1,例题：起动保持停止电路（起保停电路）,LD I0.0,起动 I0.0,停止 I0.1,Q0.0,O Q0.0,AN I0.1,= Q0.0,0,1,0,1,1,1,LD I0.0,起动 I0.0,停止 I0.1,Q0.0,O Q0.0,AN I0.1,= Q0.0,1,0,1,0,1,1,0,0,0,LD I0.0 O Q0.0 AN I0.1 = Q0.0,CPU224,I0.0,I0.1,1M,2M,L+,DC24V,1L,Q0.0,SB1,SB2,AC220V,KM,输入映像寄存器,起动,停止,I0.0,I0.1,Q0.0,输出映像寄存器,1,0,ON,ON,ON,ON,ON,1,例题：起动保持停止电路（起保停电路）。,OFF,0,1,OFF,OFF,OFF,0,OFF,SIMATIC S7家族,中高端应用 S7-400,编程设备 STEP7软件 通讯 人机界面,多才多艺的通用型PLC 面向系统解决方案 销售额首屈一指,中低端应用 S7-300,低端应用 S7-200,（1）基本输入端子CPU224输入电路,CPU224型PLC端子介绍,（2）基本输出端子,继电器输出端子,晶体管输出端子,EM235模拟量 输入/输出 模块,模拟量I/O模块接线注意点： (1) 传感器接线的长度应尽可能短，并使用屏蔽双绞线。 (2) 敷设线路时应使用电缆槽，避免将导线弯成锐角。 (3) 避免将信号线与电源线路平行接近布置。 使用高质量的 24V DC传感器电源，以保证无噪声及稳定运行。 未用的接口端要用短路子短接，以免受到外部干扰,EM231热电偶、热电阻模块,模块的安装与拆卸 S7-200可以安装在板上，也可以安装在标准 DIN导轨上，利用总线连接电缆 ，可以很容易地把 CPU模块和扩展模块连接在一起。需要连接的扩展模块较多时，模块连接起来会过长，两组模块之间可使用扩展连接电缆，将模块安装成两排。,现场接线端子排与可拆卸的端子连接器 采用可选的现场接线端子排时，现场接线固定在端子排上，后者固定在模块的接线端子上。更换 S7-200的模块时，可将端子排整体取下来，这样可以减少更换模块的时间，还可以保证在拆卸和重装模块时现场接线固定不变。,本机 I/O与扩展 I/O,CPU分配给数字量 I/O模块的地址以字节(8位)为单位，其中未用的位不会分配给 I/O链中的后续模块。输出模块保留字节中的未用位，可像内部存储器标志位那样来使用它们。对于输人模块，每次更新输人时都将输人字节中未用的位清零，因此不能将它们用作内部存储器标志位。模拟量扩展模块以2字节递增的方式来分配地址。,PLC的接线现场接线的要求,对感性负载的处理,晶体管输出端接有大电感频繁开关的感性负载时，应在它两端并联续流二极管 继电器驱动交流负载时，应在继电器触点两端并联 RC电路,直流无源触点输入（干触点）,交流无源触点输入（干触点）,PLC与接近、光电开关的接线问题,PLC的数字量输入端子，按电源分直流与交流，按输入接口分类由单端共点输入与双端输入，单端共点接电源正极为SINK（sink Current 拉电流），单端共点接电源负极为SRCE（source Current 灌电流）。,SINK漏型为电流从输入端流出，那么输入端与电源负极相连即可，说明接口内部的光电耦合器为单端共点为电源正极，可接NPN型传感器。 SOURCE源型为电流从输入端流进，那么输入端与电源正极相连即可，说明接口内部的光电耦合器为单端共点为电源负极，可接PNP型传感器。 接近开关与光电开关三、四线输出分NPN与PNP输出，对于无检测信号时NPN的接近开关与光电开关输出为高电平（对内部有上拉电阻而言），当有检测信号，内部NPN管导通，开关输出为低电平。 对于无检测信号时PNP的接近开关与光电开关输出为低电平（对内部有下拉电阻而言），当有检测信号，内部PNP管导通，开关输出为高电平。,SINK（sink Current 拉电流）输入方式,单端共点SINK输入接线（内部共点端子COM24V+，外部共线24V-）。,SRCE（source Current 灌电流）输入方式,单端共点SRCE输入接线（内部共点端子COM24V-，外部共线24V+）。,SINK/SRCE可切换输入方式,单端共点SINK输入接线（内部共点端子COM24V+，外部共线24V-）。,SINK/SRCE可切换输入方式,单端共点SINK输入接线（内部共点端子COM24V+，外部共线24V-）。,5VDC的单端SINK或者SRCE接法。,24VDC的单端SINK或者SRCE接法。,24VDC供电的传感器,在输入回路上需要串联限流电阻，R1为10，R2为2K，不串联限流电阻，将烧毁接口回路，限流电阻取值2.7K。,有源两线制传感器（接近开关、有源舌簧磁性开关）,有源两线接近开关分直流与交流，此传感器的特点就是两根线，传器输出端导通后，为了保证电路正常工作需要一个保持电压来维持电路工作，通常在3.5-5V的压降，静态泄漏电流要小于1mA。 直流两线制接近开关分二极管极性保护与桥整流极性保护，前者在接PLC时需要注意极性，后者就不需要注意极性。交流两线制接近开关就不需要注意极性。,有源两线制单端共点SINK输入接线（内部共点端子COM24V+，外部共线24V-）,有源两线制单端共点SRCE输入接线（内部共点端子COM24V-，外部共线24V+）,有源三线传感器（电感接近开关、电容接近开关、霍尔接近开关、光电开关等）,NPN型当传感器有检测信号VT导通，输出端OUT的电流流向负极，输出端OUT电位接近负极，通常说的高电平翻转成低电平。 PNP型当传感器有检测信号VT导通，正极的电流流向输出端OUT,输出端OUT电位接近正极，通常说的低电平翻转成高电平。,有源三线制单端共点SINK输入接线（内部共点端子COM24V+，外部共线24V-）,有源三线制单端共点SRCE输入接线（内部共点端子COM24V-，外部共线24V+）,PLC与单片机,1PLC是建立在单片机之上的产品，单片机是一种集成电路，两者不具有可比性。 2单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可，PLC是单片机应用系统的一个特例。 3不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向迈进。这正是P