PLC 的组成及工作原理教学课件PPT.ppt

20:31:30,1,3.1 plc 的组成 3.2 plc 的工作原理 3.3 plc 的分类 3.4 s7-200系列性能简介,本章内容,20:31:30,2,3-1 plc 的组成,中央处理器：进行数学和逻辑操作的计算中心。,存储器：存取数据和信息，存放着系统软件和用户程序。,电源供应：将交流电（ac）转化为直流电（dc）。,20:31:30,3,s7-300 系列 大、中型plc,s7-200 系列 小型plc,20:31:30,4,西 门 子 s7 - 300 系 列,20:31:30,5,20:31:30,6,（一）中央处理器 cpu： 是系统运算、控制的中心。完成以下任务： 控制用户程序和数据的接收和存储； 诊断plc电源、内部电路的工作状态及编程中的语法错误； 用扫描的方式接收现场输入设备的状态和数据，送入存储器； 逐条读取指令，完成各种运算和操作。 将处理结果送至输出端。 响应各种外部设备的工作请求。,20:31:30,7,微处理器的处理能力有两个因素决定： 位数 指一次能处理的数据的位数。 时钟频率 决定执行指令的快慢。,20:31:30,8,（二）存储器：,系统存储器：用来存放由plc生产厂家编写的系统程序，并固化在rom中，用户不能更改。系统程序由三部分组成：系统管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块及系统调用。,20:31:30,9,用户存储器：包括用户程序存储器和数据存储器两部分。数据存储器中存放用户程序中所使用器件的状态和数值等。 注意：plc产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。,20:31:30,10,plc使用的存储器类型： 随机存取存储器（ram） 可读可写，易失性，工作速度高，价格便宜， 改写方便。存放运行时的用户程序和数据。 只读存储器（rom） 只读不能写，非易失性的。保存系统程序。 可电擦除可编程的只读存储器（eeprom） 非易失性的，可读可写。用来保存用户程序和需长期保存的重要数据。,20:31:30,11,20:31:30,12,功能：通过各类接口模块的外接线，实现对工业设 备或生产过程的检测和控制。 问题： 实际生产中的信号电平多种多样 外部执行机构所需的电平也是多种多样 plc的cpu所处理的只能是标准电平 解决： 通过i/o接口实现信号电平的转换。 数字量、模拟量；交流、直流；晶体管、继电器,（三）输入输出模块：,20:31:30,13,功能：将外部过程的数字量信号转换成plc的cpu模 块所需要的信号电平，并送到系统总线上。 类型：直流输入，交流输入,（1）开关量输入模块：,20:31:30,14,接收输 入信号 的状态,把输入信 号转换成 直流电,电气 隔离,产生可被 cpu检测 到的输出,20:31:30,15,（2）开关量输出模块,功能：将plc的cpu模块的ttl电平转换成外部过程所 需要的信号电平，并以此来驱动外部过程的 执行机构、显示灯等负载。 类型：晶体管输出方式 场效应管输出方式 固体继电器输出方式,20:31:30,16, 继电器输出型：为有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路。,继电器输出型,20:31:30,17, 晶闸管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载。,（b） 晶闸管输出型,20:31:30,18, 晶体管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。,（c） 晶体管输出型 （npn集电极开路）,（d） 晶体管输出型 （pnp集电极开路）,20:31:30,19,（3）模拟量输入模块,功能：将模拟量信号转换成plc所能接收的数字信号。 类型：电压输入、电流输入 主要性能指标： 输入通道数：4路、8路、16路 输入信号：电压信号、电流信号 a/d转换位数：8位、10位、12位、14位 转换精度：0.01% 0.5% 线性度（满量程）：+0.05% 转换时间：小于50ms,20:31:30,20,（4）模拟量输出模块,功能：将plc内部输出的数字量转换成外部生产过程 所需的模拟信号。 类型：电压输出、电流输出 主要性能指标： 输出信号：电压信号、电流信号 转换位数：8位、10位、12位、14位 输出响应时间：30ms左右 分组：2点、4点、8点,20:31:30,21,（四）电源供应,plc的电源是指将外部输入的交流电处理后转换成满足plc的cpu、存储器、输入输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。许多plc的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备提供标准电源。,20:31:30,22,（1）编程器 功能：用来输入和编辑用户程序，并对程序进行编 辑检查和修改，还可以用来监视plc运行时 用户软件中各编程元件的工作状态。 类型：手持编程器： 使用方便、价格低廉，不直观。 用通用计算机作为编程器： 比手持编程工具更加直观和方便。,（五）编程器及外部设备,20:31:30,23,（2）外部设备 人/机接口装置 外存储器 打印机,20:31:30,24,若主机单元的io点数不能满足需要时，可通过此接口用扁平电缆线将io扩展单元与主机相连，以增加io点数。plc的最大扩展能力主要受cpu寻址能力和主机驱动能力的限制。,（六）i/o扩展接口,20:31:30,25,1plc的控制机制 继电器控制电路的特点：并行 （只要条件满足就执行） 计算机：顺序执行+中断 plc : 扫描+串行+中断+立即读+立即写,3-2 plc 的工作原理,20:31:30,26,2plc的工作原理 plc采用循环扫描的方式工作。 工作模式： stop : cpu不执行用户程序，可以装载程序 和配置cpu run：cpu执行用户程序,20:31:30,27,run/stop模式,动画演示,20:31:30,28,run模式,动画演示,20:31:30,29,（1）输入采样： plc以扫描工作方式顺序读入输入端子的状态，并把这些状态存入到输入映像寄存器。这些状态要保持到下一次的读取输入，在执行程序和输出刷新时状态不会发生改变。,20:31:30,30,（2）执行程序： 按照先左后右，先上后下的顺序对每条指令进行扫描，同时 读入所有的状态 求解控制逻辑 把求解结果存入到输出映像寄存器,20:31:30,31,（3）输出刷新： 把映像寄存器中所有的输出寄存器状态输出到锁存电路并驱动负载。,20:31:30,32,实例：,20:31:30,33,3plc输入/输出滞后问题 定义：从plc系统的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间称为i/o响应时间。 主要原因： 输入滤波电路 输出继电器触点机械运动 plc扫描工作方式,20:31:30,34,a：输入 b：执行 c：输出,实例：,20:31:30,35,注意：如果第一行与第二行交换可减少一个扫描周期的延迟，这种延迟与程序有关。 说明：plc延迟一般在几十毫秒之间，对一般的系统无关紧要。对快速系统要给与足够的考虑。 处理方法： 扫描速度快的plc 高速计数器 中断模块,20:31:30,36,1从规模上 根据plc的输入输出点数，可分为： 小型：256 点以下 中型：2048 点以下 大型：2048 点 以上,3-3 plc 的分类,20:31:30,37,小型机例：,20:31:30,38,中型机例：,20:31:30,39,大型机例：,20:31:30,40,2从结构上 （1）整体式结构（一体式、小型） 结构紧凑、体积小、 功能齐全、性价比较高 使用不灵活，维修困难， 故障影响面大,20:31:30,41,（2）模块式结构（中、大型） 组成灵活、硬件配置余地大、维修方便； 结构复杂，插件较多,20:31:30,42,（3）混合式结构 集中了结构式和模块式的优点，扩充性能好，模块丰富。,20:31:30,43,3plc的几种流派及典型plc产品 世界上plc生产厂家约200多家，生产的产品大约400多种。 按地域分为三个流派： 美国： ab公司 slc-50系列，slc-5/3/2 ge公司 ge系列 modicon公司 84系列,20:31:30,44,欧洲： 西门子公司 s5系列 s7系列 日本： 三菱公司 fx系列 a系列 f系列 立石公司（omron） cqm1系列 c200h cvm1 松下公司 fp系列,20:31:30,45,3-4 s7-200系列性能简介,s7-200,微 型 plc s7- 200,1simatic s7系列产品,20:31:30,46,2s7-200系列plc,cpu221 cpu 222 cpu 224 cpu224xp cpu 226,20:31:30,47,3s7-200 cpu模块的主要性能指标,cpu 224xp 12k 字节 10k 字节 14/10 32+2/32+1 0.37 us 256 256 256 256 内置 标准 标准 6个 30khz 2个 20khz 2 x rs485,用户程序区 数据存储区 cpu 内置di / do点数 ai / ao点数 扫描时间/ 1 条指令 最大di/do点数 位存储区 计数器 计时器 时钟功能 数字量输入滤波 模拟量输入滤波 高速计数器 脉冲输出 通讯口,cpu 222 4 k字节 2 k字节 8/6 16/16 0.37 us 256 256 256 256 可选 标准 标准 4个 30khz 2个 20khz 1 x rs485,cpu 221 4 k字节 2 k字节 6/4 无 0.37 us 256 256 256 256 可选 标准 n/a 4个30khz 2个20khz 1x rs485,cpu 224 8 k字节 8k字节 14/10 32/32 0.37 us 256 256 256 256 内置 标准 标准 6个 30khz 2个 20khz 1 x rs 485,cpu 226 16k 字节 10k 字节 24/16 32/32 0.37 us 256 256 256 256 内置 标准 标准 6个 30khz 2个 20khz 2 x rs485,20:31:30,48,4s7-200 扩展模块,8di 16di 8 do (dc, ac or relay) 4do 5a 4do 10a,4 ai 4 ai / 1ao 2 ao,2 ai or 4 ai thermo couples rtd modules,profibus dp as-i-master modem ethernet,4di / 4do 8di / 8do 16di / 16do,teleservice communi-cation messaging,position module for stepper solution,模拟量 i/o模块,测温 模块,通讯 扩展模块,modem 模块,定位 模块,数字量 i/o模块,以太网 模块 (it),ethernet module,（1）模块介绍,20:31:30,49,（2）i/o模块的扩展性能,20:31:30,50,（3） 模块扩展方式,扁平电缆的连接方式，提高抗震动性能 可扩展多种模块，无槽位限制,20:31:30,51,5s7-200 安装方式,安装方式 墙面安装 导轨安装,接线端子可自由拆卸给 系统的设备更新与维护 带来方便,扁平电缆连接,外部存储卡,运行/停止开关 扩展i/o连接口 外部电位器 (smb28,smb29 0-255),20:31:30,52,6s7-200 编程接口,20:31:30,53,7s7-200 扩展功能 (1) 数字量、模拟量滤波功能 通过软件设置输入口的滤波常数（0.2ms - 12.8ms）每四个输入点为一组；根据不同的噪声，选择不同的滤波常数，有利于噪声的滤除。,20:31:30,54,(2) 脉冲捕捉功能 此功能可以把脉冲宽度小于机器扫描周期的脉冲捕捉到，确保脉冲不丢失，为了使此功能得以实现，调整滤波常数，使得系统不会滤掉被捕捉的脉冲。每个cpu内置的数字量输入点均可独立地设置脉冲捕捉功能,20:31:30,55,(3) 高速计数器 由于plc的普通计数器最高工作频率受扫描工作方式限制，仅能达到几百hz，不能控制高速事件。s7-200给出的高速计数器可以记录20khz的高速事件，不受plc扫描速度的限制，从而使被控负载能及时被驱动。,高速计数功能 不占用cpu扫描时间,s7-200提供的先进的计数功能 加计数 减计数 加/减计数 221/222 cpu 有4个高速计数器 224 /226cpu 有6个高速计数器,20:31:30,56,(4) 高速脉冲输出,s7-200 cpu都具有2个高速脉冲输出 脉冲输出频率为20khz 具有脉宽调制（pwm）和脉冲序列输出（pto）两种模式 高速脉冲输出对cpu扫描速度没有影响,脉冲输出用于控制步进电机,脉冲输出用于控制加热器,驱动,加热器,仅限于dc 输出,仅限于dc 输出,20:31:30,57, pto （pulse train output） 高速脉冲序列输出,通过q0.0和q0.1来实现pto输出 脉冲占空比为50 脉冲周期