电器控制及PLC课件第五章可编程控制器(PLC).ppt

电气控制及PLC 第五章 可编程控制器（PLC ） 基本原理 1 目的： 以日本三菱公司小型可编程控制器 FX系列PLC为例，介绍可编程控制器的 基本结构，以及工作原理。 要求： 掌握可编程控制器的原理，理解可 编程控制器的输入输出接口电路，掌握 可编程控制器的工作过程。 2 目 录 第一节 概论 第二节 可编程控制器构成及工作原理 3 第一节 概论 1.1 可编程控制器的产生及定义 1、PLC的产生 1968年由美国通用汽车公司（GE）提出，1969年有美国数字设备 公司（DEC）研制成功，有逻辑运算、定时、计算功能称为PLC （programmable logic controller）。 80年代，由于计算机技术的发展，PLC采用通用微处理器为核心， 功能扩展到各种算术运算，PLC运算过程控制并可与上位机通讯、 实现远程控制。被称为PC（programmable controller）即可编程控 制器。 2、PLC的定义 国际电工委员会（IEC）1987年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下 ： “可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算 操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能 够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算 术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类 型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应 按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计” 。 4 1.2 可编程控制器的工作特点 （1）抗干扰能力强，可靠性高。（采用无触点电路，高品 质的电源模块，采用屏蔽、滤波、隔离等措施；完善的I/O 接口；独特的程序运行方式）（抗干扰强度：1000V，10 s；AC220V15%，-1055?C，3585%RH。环境适应性强。 ） （2）控制功能强，柔性好。（逻辑控制、步进、定时/计 数、模拟量控制、数据处理、通讯联网；修改程序方便） （3）编程简单，易学易用（采用近似于继-接线路的梯形 图编程语言，指令系统简单。在PLC内部增加了解释程序） （4）组合灵活，使用方便（为系列产品，可组合成各种规 模的控制系统。直接与外部I/O设备相连，接线简单，I/O 状态显示清晰，便于调试） （5）实现联网控制 5 1.3 可编程控制器的分类和结构 1、分类 按I/O点数可分为大、中、小型三大类，通常可以定义为 ： 小型：I/O点数在256点以下； 中型：I/O点数在2561024点之间； 大型：I/O点数在1024点以上。 2、结构： 整机式：一般为小型机（24点，40点，64点等），可扩 展。 模块式：分电源模块、CPU模块、输入/输出模块、A/D ，D/A模块、通讯模块等，添加时安在母板上，组合灵活 ，可组成中型机（128512点）、大型机（512点）。 叠装式：不使用母板，采用电缆连接各单元，安装时一层 层叠装，整机式与模块式结合起来。 6 1.4 可编程控制器的应用和发展 1、应用 PLC在多品种、小批量、高质量的产品生产中得到广泛的应 用，PLC控制已成为工业控制的重要手段之一，与CAD/CAM， 机器人技术一起成为实现现代自动化生产的三大支柱。通常可以 认为，只要有控制要求的地方，都可以用到PLC。 应用方式： （1） 单机控制系统 （2） 多机控制系统（利用PLC通讯功能组成主从站分级控制） （3） 网络控制系统（与计算机共同组成多级控制网络） 2、发展方向 发展方向分小型化和大型化两个发展趋势。小型PLC有两个 发展方向，即小（微）型化和专业化。大型化指的是大中型PLC 向着大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控 制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。 7 第二节 可编程控制器构成原理 可编程控制器硬件系统：可编程控制器系统由输入部分、运算 控制部分和输出部分组成。 输入部分：将被控对象各种开关信息和操作台上的操作命令转 换成可编程控制器的标准输入信号，然后送到PLC的输入端点。 运算控制部分（CPU）：由可编程控制器内部CPU按照用户程序 的设定，完成对输入信息的处理，并可以实现算术、逻辑运算等 操作功能。 输出部分：由PLC输出接口及外围现场设备构成。CPU的运算结 果通过PLC的输出电路，提供给被控制装置。 8 2.1 可编程控制器的基本组成 可编程控制器主机的硬件电路： 由CPU，存储器，基本I/O接口电路，外 设接口，电源等五大部分组成。 9 CPU、存贮器、用户程序输入设备 1.CPU：PLC的核心 功能：接收并存贮用户程序；I/O控制；自诊断（电源、内部工 作状态、编程语法）；执行用户程序。 CPU主要采用通用微处理器（Z80、8086、M68000）、单片机 （8051、8031、8049）双极型位片式微处理器（AMD2900系列 ） 2.存贮器：RAM、EPROM，E2PROM 系统程序存贮器-存放系统监控、编译、诊断程序，ROM（由 厂方固化） 用户程序存贮器-存放用户程序（根据现场控制要求用PLC专用 语言编制的程序） 3.用户程序输入设备 编程器-直接输入指令表或梯形图，简单方便，但程序修改、 运行监控不方便。 计算机-利用PLC编程软件，进行程序编辑、传送、运行、实 时监控、打印以及不同程序间转换等。 10 输入接口电路 CPU与用户输入设备的连接部件。采集现场开关接点的状态 信号；并转换成标准逻辑电平，送CPU处理；带光电隔离， 实现电气隔离，避免强电侵入。（信号采样、电平转换、 电气隔离）。 开关接点的“通”、“断”信号经光电耦合电路转化为“1”、“0” 数据，存放在输入状态寄存器中，每个开关状态占寄存器 字中的一位。接通时一般为7mA。 输入接点分为直流输入式和交流输入式两大类。 11 输出接口电路 CPU与用户输出设备的连接部件。 输出状态寄存器的信号经输出锁存 电路和光电耦合电路转换为不同类 型的输出信号，再经功率放大电路 驱动外接负载（电磁铁、继电器、 接触器线圈等） 。 （信号锁存、功率放大、电气隔离 ） 每个输出点输出电路等效为一个输 出继电器，输出信号为“1”，对应 输出接点“接通”；输出信号为“0” ，对应输出接点“断开”。 PLC输出电路结构形式分为晶体管 式，晶闸管式和继电器式等三种。 12 2.2 可编程控制器的工作原理 1、PLC的等效电路 软元件： 输入继电器 X 输出继电器 Y 辅助继电器 M 定时器 T 计数器 C 数据寄存器 D 13 2、PLC工作过程 分三个阶段进行： a.输入采样阶段-对输入端口状态进行扫描， 并将结果存放在输入状态寄存器器中。 b.程序执行阶段-按顺序逐行扫描，解释执行 程序，所需数据从输入状态寄存器和元素状态 寄存器