第二章PLC工作原理和结构特点.ppt

PLC基础及应用 第二章可编程序控制器工作原理和结构特点 2 2 1可编程序控制器的工作原理2 2可编程序控制器的性能指标2 3可编程序控制器的编程语言2 4三菱FX2N系列PLC介绍 本章主要内容 3 本章学习要求 重点内容 PLC的工作原理 编程语言及三菱FX2N系列的结构特点了解内容 可编程序控制器的性能指标及编程语言的分类难点内容 PLC的工作原理及三菱FX2N系列的结构特点 4 继电器 预备知识 继电器示意图 5 继电器 预备知识 6 预备知识 实现开关量的逻辑运算 7 2 1可编程序控制器的工作原理2 2可编程序控制器的性能指标2 3可编程序控制器的编程语言2 4三菱FX2N系列PLC介绍 本章主要内容 8 2 1PLC的工作原理 PLC采用循环扫描工作方式 它周而复始的依一定的顺序来完成PLC所承担的系统管理工作和应用程序的执行 循环扫描工作是一种分时串行处理方式 与继电控制系统的并行处理方式是完全不同的 9 2 1 1PLC的工作模式 PLC有运行 RUN 与停止 STOP 两种基本工作模式 工作状态 有内部处理等五种工作处理阶段顺序进行 10 STOP STOP模式主要执行操作1 内部处理 检查CPU内部硬件 定时器复位及有关内部工作2 通信服务 与编程器进行信息交流 2 1 1PLC的工作模式 11 STOP RUN RUN模式执行操作 1 内部处理2 通信服务3 输入处理4 程序执行5 输出处理 2 1 1PLC的工作模式 PLC主要在RUN模式 只有在改变程序时在STOP模式 12 2 1 2扫描工作过程 3 输入处理 将外部输入电路状态集中读入输入映像寄存器 通断的信号在映像寄存器 分别为1和0 13 2 1 2扫描工作过程 4 程序处理 对用户程序 梯形图 按先左后右 先上后下逐步执行程序指令 并根据执行结果不断刷新映像寄存器 14 2 1 2扫描工作过程 5 输出处理 将内部输出元件状态集中转存到输出锁存寄存器 并通过外部电路驱动实际负载 滞后时间最大的滞后时间为2个扫描周期 15 几个概念介绍 一 扫描作用方式及特点二 扫描周期三 输入输出滞后时间 2 1 2扫描工作过程 16 一 扫描作用方式及特点PLC的这种按照工作阶段 周而复始的依一定的顺序完成工作的方式 称做循环工作扫描方式 不同于计算机和继电控制 2 1 2扫描工作过程 17 计算机 等待方式 中断处理PLC 循环扫描 周而复始继电控制 硬件通断 并行工作 循环扫描工作方式特点是避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失陪的问题 可靠性高 抗干扰能力强 但存在着相应滞后 反应不及时的问题 2 1 2扫描工作过程 18 二 扫描周期 PLC在RUN工作模式时 执行一次从内部处理到输出处理五个阶段扫描操作所需的时间叫扫描周期 扫描周期越短越好 主要与用户程序执行有关和PLC中CPU的主频有关 从8位到16位到32位扫描周期一般在100ms以内 大于200ms就不能用 需优化程序 2 1 2扫描工作过程 19 三 输入输出滞后时间 输入输出滞后时间又称系统响应时间 是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻到它控制的相关输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔 一般情况下影响不大 PID一般需考虑 2 1 2扫描工作过程 20 2 2PLC的主要性能指标 性能含义及指标I O点数PLC控制系统所能接入的I O最大数量存储容量存放应用程序的存储器容量 用K步表示扫描速度执行1000条基本指令的时间 用ms K步表示编程语言能使用编程语言的种数指令功能指令的多少及综合性指令的数量 21 2 3PLC的编程语言 PLC是一种工业控制计算机 其软件必然是通过编程语言来编辑的 目前PLC常用的编程语言有梯形图 指令语句表和顺序功能图 功能块图和结构文本高级语言则存在于某些PLC中 部分编程语言的指令将以三菱PLC为例介绍 22 一 指令表 IL 指令语句表也叫助记符或列表 是基于字母符号的一种语言 类似于计算机的汇编语言 指令语句表编程语言具有容易记忆 便于操作的特点 可直接用简易编程器进行编程 无需任何编程软件 通过编译程序转化成二进制执行 与其它语言多有一一对应的关系 指令语句表是最基本的编程语言 其缺点是可连续性较差 0LDX0ORY0ANIX1OUTY0END 逻辑代数表达式 23 二 梯形图 LD 梯形图与继电控制电器原理图很相似 是一种基于梯级的图形符号逻辑语言 具有直观易懂 容易理解和阅读的编程语言 梯形图是目前使用最多的PLC编程语言 也是我们要求必须熟练掌握的语言 在编程软件上 梯形图和指令表可直接互相进行编译 24 注 梯形图表示的并不是一个实际电路而只是一个控制程序 其间的连线表示的是它们之间的逻辑关系 即所谓 软接线 常开触点 常闭触点 线圈 它们并非是物理实体 而是 软继电器 每个 软继电器 仅对应PLC存储单元中的一位 该位状态为 1 时 对应的继电器线圈接通 其常开触点闭合 常闭触点断开 状态为 0 时 对应的继电器线圈不通 其常开 常闭触点保持原态 二 梯形图 LD 25 梯形图的编程格式 梯形图执行从上至下编写 每一行从左往右顺序编写 PLC程序执行顺序与梯形图的编写顺序一致 图左边为起始母线 右边为终止母线 每一逻辑行必须从起始母线开始画起 终止于继电器线圈或终止母线 有些PLC终止母线可以省略 梯形图的起始母线与线圈之间一定要有触点 而线圈与终止母线之间则不能有任何触点 程序结束时要有结束符 END 26 三 顺序功能图 SFC 顺序功能图是一种位于其他编程语言之上的图形语言 主要用来编制顺序控制程序 其特点是程序控制直观 条理清楚 比梯形图更方便于程序人员之间理解和沟通 在PLC中 顺序功能图仅是一种辅助编程工具 必须将它转换成梯形图才能送入PLC中执行 27 四 功能块图 功能块图是一种对应于逻辑电路的图形语言 它是用图形化的方法 以功能模块为单位 描述控制功能 其表达简练 逻辑关系清晰 使控制方案的分析和理解变得容易 广泛地应用于规模较大 控制关系复杂的过程控制中 功能块图仅在部分PLC中使用 西门子S7 300 S7 400 28 五 结构文本 结构文本语言是一种与Basic pasical或C语言等高级语言相类似的语言 可以说 是一种较简易的高级语言 结构文本语言对程序设计人员要求较高 所以目前还不大普及 仅个别PLC提供这类语言 29 要求大家熟练掌握梯形图编辑 注 30 2 4三菱FX2N系列PLC介绍 电源的接入通信口接入输入端接线输出端接线 有源信号 无源信号 继电器 晶体管 双向晶闸管输出 31 2 4 1型号识别 子系列名称 输入 输出点数 单元类型 M为基本单元 E为输入 输出混合扩展单元与扩展模块 EX为输入专用扩展模块 EY为输出专用扩展模块 输出形式 R为继电器输出 T为晶体管输出 S为双向晶闸管输出 电源和输入 输出类型等特性 无标记为DC输入 AC电源 D为DC输入 DC电源 UA1 UL为AC输入 AC电源 32 2 4 2家族成员 基本单元 扩展单元 模拟量模块 运动量模块 33 扩展单元 E 输入 输出扩展 带电源 一 扩展单元 扩展模块 不带电源 输入扩展 输出扩展 电源来自基本单元和扩展单元的24V电源 34 二 特殊模块 特殊模块 模拟量模块 运动量模块 脉冲量模块 通信模块 或者通信板 扩充存储器盒 35 2 4 3安装与接线 一 认识FX2NPLC 输出口指示灯 电源接入 输入端口 输出端口 输入口指示灯 电源运行及错误指示灯 特殊模块接口 通信接口 STOP RUN转换开关 485BD板端子 36 二 安装 37 电源接入示意图 L N 24 COM AC100V 240V DC24V 三 接线 第三种接地 38 通信口接线 三 接线 编程软件代替手持式编程器 39 特殊模块接口 每个模拟量模块都有一扁平电缆 直接插入扩展插口就可以 模块本身也有这种插口 与后续模块相连 三菱最多可以插7个 三 接线 40 输入输出器件 PLC的控制作用 把开关量送到PLC用户程序处理 再把输出送到输出器件 通过输入开关控制输出的动作 三 接线 掌握 行程开关 按钮 传感器 电磁阀 喇叭 指示灯 发光二极管 继电器 41 信号输入端口 输入口的编址 FX2N 48MR L N 输入继电器X编址 X0 X267 按八进制编址 X0 X7 X10 X17 X260 X267顺序编制 不能跳跃 三 接线 42 信号输入端口 三 接线 无源器件 如行程开关 按钮 有源器件 光电开关使用直流电 通过外界条件的变化 晶体管导通 43 无源信号接入 三 接线 44 无源信号接入 三 接线 交流接触器 时间继电器 按钮 开关 FU熔断器 KA中间继电器 KV电压继电器 SA转换开关 FR热继电器 45 有源信号接入 NPN型传感开关接入 三 接线 46 有源信号接入 PNP型传感开关接入需外接电源 三 接线 47 同一端子不能接不同的电源端子和端子之间能不能连 输出继电器Y编址 Y0 Y267 按八进制编址 Y0 Y7 Y10 Y17 Y260 Y267顺序编制 不能跳跃 输出口接线 输出口的编址 FX2N 48MR 不同COM口 如果几个端子所需电源相同 则几个COM端相接 三 接线 48 输出方式 继电器双向晶闸管晶体管 既可以驱动交流负载又可以驱动直流负载继电器起隔离和功率放大作用RC电路消除触点断开时产生的电弧 输出过程 内部电路使继电器线圈通电 它的常开触电闭合 外部负载得电工作 三 接线 49 2 晶体管输出 输出过程 输出锁存器的信号经光耦合器送给输出晶体管 后者的饱和导通状态和截止状态相当于触电的接通和断开 只能驱动直流负载稳压二极管 齐纳二极管 抑制关断过电压和外部涌浪电压 保护晶体管光电耦合器隔离 稳压二极管 三 接