胡艳丽课件第三章.ppt

,第三章 可编程控制器工作原理与结构特点,PLC的组成,PLC的工作原理,1,2,PLC的结构特点及一般技术指标,3,FX2N系列PLC编程元件,4,3.1 PLC的基本组成,1、PLC的硬件系统,3.1 PLC的基本组成,3.1 PLC的基本组成,PLC的主机,PLC主机,存储器,中央处理器CPU,输入输出电路,外部设备接口,总线,电源,3.1 PLC的基本组成,中央处理单元（CPU）：作为整个 PLC的核心，起着总指挥的作用,诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 (2) 采集现场的状态或数据，并送入PLC的寄存器 中。 (3) 逐条读取指令，完成各种运算和操作。 (4) 将处理结果送至输出端。 (5) 响应各种外部设备的工作请求（编程器、打印机等）。,3.1 PLC的基本组成,PLC的存储器,系统程序存储器,用户程序存储器,数据存储器,存储器,固化在ROM中,EPROM、EEPROM,调试好,RAM,PLC程序存储器的单位“步”,3.1 PLC的基本组成,（1）系统程序存储器（一般由ROM构成，没法修改） 用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据，PLC出厂前已将其固化在只读存储器ROM或PROM中，用户不能更改。 （2）用户存储器（使用RAM存储） 包括用户程序存储区和工作数据存储区。这类存储器一般由低功耗的CMOS-RAM构成，其中的存储内容可读出并更改。掉电会丢失存储的内容，一般用锂电池来保持。 （3）数据存储器，存储运算结果等，可以修改。 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。,3.1 PLC的基本组成,输入输出（I/O）模块,输入模块：接收外部的开关量、采集外部的模拟量,输出模块：输出CPU处理过的信号，驱动外部设备,输入输出模块广泛采用光隔离技术和滤波技术，以提高抗干扰性,3.1 PLC的基本组成,开关量I/O模块的外部接线方式,汇点式 分组式 分隔式,3.1 PLC的基本组成,开关量输入接口电路：采用光电耦合电路，可大大减少电磁干扰，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。 PLC的输入接口电路（直流输入型）,3.1 PLC的基本组成,输出接口电路（采用光电耦合）,继电器输出：可带直流、也可带交流（用于接通或断开开关频率较低功率较大的直流负载或交流负载回路）。,采用继电器型驱动输出，是目前使用最为广泛的一种输出模式。对于FX2N，继电器输出方式的外部电源可采用250V交流或者30V以下的直流。单点最大负载电流可达2A，有很强的驱动能力。响应时间约为10mS左右，频率范围100HZ左右。,3.1 PLC的基本组成,晶闸管输出：只可带交流输出（用于接通或断开开关频率较高功率较大的交流电源负载 ）。,内部电路触发三端双向可控硅晶闸管，对于FX2N：其外部电源采选范围是AC85242V，单点最大负载电流可达0.3A/点，有较强的驱动能力。由OFF到ON的响应时间在1mS以下，由ON到OFF的响应时间为10mS以下。,3.1 PLC的基本组成,晶体管输出：晶体管即有单相导电性，只可带直流（用于接通或断开开关频率较高功率小的直流电源负载）。,元件采用集电极开路的晶体管，内部电路控制三极管基极，当基极有电流，管子导通。对于FX2N，其外部电源选用范围在5V-30V之间，单点输出最大负载电流达0.5A，驱动能力较强。响应时间在1mS以下 。,3.1 PLC的基本组成,可编程控制器模拟量接口电路,模拟量输入接口：把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合PLC内部处理的有若干位二进制数字表示的信号标准的模拟量信号： 电流信号：420mA 电压信号：110V 。 模拟量输出接口：将PLC运算处理的若干位数字量信号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制的要求信号 。 智能输入输出接口：自带CPU，由专门的处理能力，与主CPU配合共同完成控制任务，可减轻主CPU工作负担，又可提高系统的工作效率。,3.1 PLC的基本组成,电源,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、输人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（传感器）提供标准电源。,3.1 PLC的基本组成,编程器,编程器：专用的手持式、台式；电脑+编程软件。 作用：编程，调试，监控。,3.1 PLC的基本组成,2、PLC的软件系统,软件系统,系统程序,用户程序,程序结构,顺序结构：小规模程序,用户程序：大规模程序,3.2 可编程控制器基本原理,本节教学目标： 1、了解可编程序控制器与继电器及微型计算机控制系统的区别 2、熟悉PLC的系统配置 3、重点掌握PLC的工作原理,3.2 可编程控制器基本原理,1、PLC的工作方式,循环扫描,2、PLC的工作过程,四个阶段周期性扫描、集中批处理,公共扫描,输入采样,用户程序,输出刷新,3.2 可编程控制器基本原理,（1）公共扫描阶段,公共处理,PLC自检：检测器件状态，有故障在诊断，给出故障信号或处理,执行来自外设命令：编程？通讯？启动磁带机或打印机？,对看门狗定时器WDT清零,3.2 可编程控制器基本原理,（2）输入采样扫描阶段,第一个批处理阶段 PLC采集输入端口信息，并存储在输入映射寄存器中,注意：PLC在执行程序时，以本次采集的信息为准。 输入信号发生改变，只在下次采集时有反应,3.2 可编程控制器基本原理,（3）执行用户程序扫描阶段,第二个批处理阶段 PLC从左到右、从上到下执行程序。 输入信号只从输入映射寄存器中取。中间步骤的执行结果存 入元件映射寄存器中，对后面的程序产生影响。,3.2 可编程控制器基本原理,（4）输出刷新扫描阶段,第三个批处理阶段 当CPU对全部用户程序扫描结束后，将元件映像寄存器中各输出 继电器的状态同时送到输出锁存器中，再由输出锁存器经输出端 子去驱动各输出继电器所带的负载。,3.2 可编程控制器基本原理,3、扫描周期计算,扫描周期除了输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外， 还要进行自诊断、与外设(如编程器、上位计算机)通信等处理。 一般说来，同型号的PLC，其自诊断所需的时间相同 如三菱FX2系列机自诊断时间为0.96ms,可编程控制器在运行工作状态时，执行一次扫描操作所需要的时间称为扫描周期。其典型值为1100ms。,3.2 可编程控制器基本原理,例：三菱公司FX240M，配置开关量输入24点，开关量输出16点， 用户程序为1000步，不包含特殊功能指令，PLC运行时不连接上位计 算机等外设。I/O的扫描速度为0.03ms8点，用户程序的扫描速度为 0.74us/步，自诊断所需的时间为0.96ms，试计算一个扫描周期所需 要的时间为多少?,解：扫描40点IO所需要的时间为：T10.03ms8点40点=0.15ms 扫描1000步程序所需要的时间为：T20.74us /步1000步0.74ms 自诊断所需要的时间为：T30.96ms 因PLC运行时，不与外设通信，所以通信时间为；T4=0 这样一个扫描周期T为： TT1十T2十T3+T4=0.15ms十0.74ms十0.96ms1.85ms,3.2 可编程控制器基本原理,4、输入输出响应的滞后现象,I/O滞后时间又称为系统响应时间，是指可编程控制器外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的间隔。,3.2 可编程控制器基本原理,输入输出响应的滞后产生原因,（1）输入滤波器的时间常数（输入延迟）,（2）输出继电器的机械滞后（输出延迟）,（3）PLC的循环扫描方式,解决方法,（1）改变信息刷新方式,I/O直接刷新方式,I/O立即刷新,（2）采用中断技术,（3）调整输入滤波器,计算机控制系统： 采用等待命令的工作方式，如键盘扫描方式 或 I/O扫描方式,可编程控制器控制系统： 循环扫描工作方式，即系统工作任务管理处 理及应用程序执行都是按循环扫描方式完成 的。,5、PLC控制与传统控制的异同,3.2 可编程控制器基本原理,a、FX2N系列可编程控制器型号格式如下： FX2N - ,6、PLC系统配置,3.2 可编程控制器基本原理,FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程控制器。它的基本指令执行时间高达0.08s，远远超过了很多大型可编程控制器。用户存储器容量可扩展到16K步，最大可以扩展到256个I/O点，有5种模拟量输入/输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、4种位置控制模块、多种RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板，使用特殊功能模块和功能扩展板，可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能 。,3.2 可编程控制器基本原理,各厂家的PLC产品虽然各有特色，但是总体来讲均可用以下几项指标来衡量对比其性能：,I/O点数（ 小型，中性，大型）；