电气控制与PLC应用技术教程——可编程控制器的基础知识.ppt

电气控制与PLC应用技术教程可编程控制器的基础知识 全有文档 可编程控制器的基础知识 PLC实质上是一种工业专用的计算机 它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口 更能适应于工业控制要求的编程语言 PLC系统的实际组成与计算机控制系统的组成基本相同 也是由硬件系统和软件系统两大部分组成 3 1PLC的硬件结构 中央处理器 CPU 存储器输入 输出单元及接口电源等组成各部分之间都通过总线连接 总线分电源总线 控制总线 地址总线和数据总线 3 1 1中央处理器 CPU PLC中所采用的CPU随机型不同而有所不同 常有三种 通用微处理器 单片微处理器芯片 位片式微处理器 3 1 1中央处理器 CPU 主要作用有 1 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据 2 用扫描的方式接收现场输入设备状态或数据 并存入输入映像寄存器或数据寄存器中 3 检查电源 PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误等 4 PLC进入运行状态后 从存储器中读取用户程序并进行编译 执行并完成用户程序中规定的逻辑或算术运算等任务 5 根据运算的结果 完成指令规定的各种操作 再经输出部件实现输出控制 制表打印或数据通信等功能 3 1 2存储器 存储器有两种 一种是可进行读 写操作的随机存取的存储器RAM 另一种为只能读出不能写入的只读存储器ROM 包括PROM EPROM EEPROM 3 1 2存储器 PLC配有系统程序存储器 EPROM或EEPROM 和用户程序存储器 RAM 系统存储器用来存储系统程序 而系统程序不需要用户干预用户存储器用来存放用户编写的应用程序或用户数据 如控制过程中需要不断改变的信息 输入 输出信号 定时值 计数值等 存于RAM中的程序可随意修改 当用户程序确定不变后 可将其固化在只读存储器中 3 1 2存储器 EPROM存储器是一种由用户根据需要编程 可以反复修改的只读存储器 当用户程序确定不变后 可将其固化在EPROM存储器中 写入时加高电平 擦除时用紫外线照射 而EEPROM存储器除可用紫外线照射擦除外 还可用电擦除 3 1 2存储器 RAM一般分为程序存储区和数据存储区 程序存储区用以存储用户程序 数据存储区用以存储输入 输出与接点和线圈的状态以及特殊功能要求的有关数据 现在许多PLC直接采用EEPROM作为用户程序存储器 PLC中已提供了一定容量的存储器供用户使用 若不够用 大多数PLC还提供了存储器扩展功能 3 1 3输入 输出 I O 接口 I O接口是PLC与工业生产现场被控对象之间的连接部件 I O接口的输入 输出信号有 数字量 开关量和模拟量三种形式 用户涉及量最多的是开关量 PLC的对外功能就是通过各类I O接口的外接线 实现对工业设备或生产过程的检测与控制 I O接口一般都具有光电隔离和滤波 其作用是把PLC与外部电路隔离开来 以提高PLC的抗干扰能力 3 1 3输入 输出 I O 接口 PLC开关量输出接口按输出开关器件的种类不同常有三种形式 继电器输出型 CPU输出时接通或断开继电器的线圈 继电器的触点闭合或断开 通过继电器触点控制外部电路的通断 既可带直流负载 也可带交流负载 晶体管输出型 通过光耦合使开关晶体管截止或饱和导通以控制外部电路 只能带直流负载 双向晶闸管输出型 采用的是光触发型双向晶闸管 只能带交流负载 继电器输出型有较大的输出电流 而晶体管输出型和双向晶闸管输出型的输出电流都较小 1 开关量输入接口 1 直流输入接口 当输入端的开关接通时 光电耦合器导通 输入信号送入PLC用户程序的数据存储区 以供CPU作逻辑或数值运算用 同时LED指示灯亮 显示输入端接通 接口电路所使用的电源 一般由PLC内自身的电源供给 但也有的PLC要由用户提供 称为用户电源 1 开关量输入接口 2 交流 直流输入接口 各输入电路只能有一个公共端子 称为汇点输入方式也可能没有公共端子 彼此独立 互不影响 称为分隔式输入方式 其工作原理与直流输入接口基本相同 所不同的是外接电源除直流电源外 还可用12 24V交流电源 1 开关量输入接口 3 交流输入接口 为减少高频信号串入 电路中设有高频去耦电路 2 开关量输出接口 开关量输出接口的作用是将PLC的输入信号 即用户程序的逻辑运算结果传给外部负载即用户输出设备 并将PLC内部的低电平信号转换为外部所需要电平的输出信号 并具有隔离PLC内部电路与外部执行元件的作用 2 开关量输出接口 1 直流输出接口 晶体管输出型 当需要某一输出端产生输出时 由CPU控制 将用户程序数据区域相应的运算结果调至该路输出电路 输出信号经光电耦合器输出 使晶体管导通 并使相应的负载接通 同时输出指示灯亮 指示该路输出端有输出 负载所需直流电源由用户提供 2 开关量输出接口 2 交流输出接口 晶闸管输出型 当需要某一输出端产生输出时 由CPU控制 将用户程序数据区域相应的运算结果调至该路输出电路 输出信号经光电耦合器输出 使晶体管导通 并使相应的负载接通 同时输出指示灯亮 指示该路输出端有输出 负载所需交流电源由用户提供 2 开关量输出接口 3 交 直流输出接口 继电器输出型 采用继电器作开关器件 既可带直流负载 也可带交流负载 2 开关量输出接口 为了满足工业自动化生产更加复杂的控制需要 PLC还配有很多I O扩展模块接口 2 开关量输出接口 3 1 4电源 PLC一般采用高质量的开关式稳压电源为内部电路供电 向CPU 存储器及输入 输出接口提供各自所需的直流电压 电源的性能将直接影响PLC的功能和工作的可靠性 3 1 5编程器 编程器是PLC的一个附件 主要由键盘 显示器 工作方式选择开关和外存储器插口等部件组成 用于向PLC的用户存储器编写 输入 调试程序 PLC运行时 可通过编程器测试 监控PLC的输入输出接点及其它内部资源的状态 3 2PLC的软件 PLC的软件是其工作所用各种程序的组合 包括系统软件和应用软件 3 2 1系统软件 PLC的系统软件主要是系统的管理程序和用户指令的解释程序 由PLC的制造厂家编写 已固化在系统程序存储器中 用户不能直接读写和修改 它一般包括系统诊断程序 编译程序 信息传送程序 监控程序等 3 2 2应用软件 应用软件又称用户程序 是用户根据现场不同的控制要求 用PLC的编程语言编制的应用程序 这相当于设计接触器 继电器控制系统的控制电路图 程序由编程器输入到PLC的内存中 可以方便地读出 检查和修改 PLC的编程语言有很多种 不同的PLC厂家采用的编程语言有所不同 但基本可分为两大类 一是用文字符号来表达程序 二是用图形符号来表达程序 1 梯形图语言 梯形图编程语言 LadderDiagram 这是目前PLC使用最广 最受电气技术人员欢迎的一种编程语言 因为 梯形图不但与传统继电器控制电路图相似 设计思路也与继电器控制图基本一致 还很容易由电气控制线路转化而来 逻辑关系清晰直观 编程容易 可读性强 容易掌握 通过丰富的指令系统可实现许多接触器 继电器电路难以实现的功能 充分体现了微机控制的特点 a 继电器控制电路图 b 梯形图图3 9继电器控制电路图与梯型图的对比 1 梯形图语言 1 PLC梯形图与继电器控制电路图的比较控制电路采用硬接线将各种继电器及触点按一定的要求连接而成 所以接线复杂且故障点多 同时不易灵活改变 由PLC构成的控制系统 它的控制部分采用 可编程 的PLC 而不是实际的继电器线路 因此 PLC控制系统可以方便地通过改变用户程序 以实现各种控制功能 1 梯形图语言 由于PLC的用户程序 软件 代替了继电器控制电路 硬件 因此 对于使用者来说 可以将PLC等效成是许许多多各种各样的 软继电器 和 软接线 的集合 而用户程序就是用 软接线 将 软继电器 及其 触点 按一定要求连接起来的 控制电路 1 梯形图语言 PLC梯形图构成的基本规则 梯形图中PLC的内部寄存器触点的基本符号有两种 动合触点及动断触点 同一标号的触点可反复多次地使用 梯形图中的输出 线圈 也用符号表示 同一标号的输出继电器作为输出变量只能够使用一次 但其触点可反复多次地使用 梯形图按从左至右 从上至下的顺序画出 每一逻辑行必须从起始母线开始画起 左侧先画动合触点或动断触点 并注意要把并联接点多的画在最左端 最右侧是输出变量 即输出继电器 线圈 输出变量可以并联但不能串联 在输出变量的右侧也不能有动合触点或动断触点梯形图构成的一个原则是 左重右轻 上重下轻 2 助记符语言 指令语句表 对于小型PLC在生产现场编制 调试程序时 可使用手持编程器进行 但它的屏幕较小 只能采用助记符语言来表示操作命令输入到PLC中 它类似于微机的汇编语言 但更为简单易于使用 地址操作码操作数0LDX0011ORY001ANIX002OUTY0014LDX0035OUTY0026END 3 功能表图语言 功能表图语言是一种较新的编程方法 又称状态流程图语言 对于控制要求比较高的场合 一般采用状态流程图方法设计用户程序 它将一个完整的控制过程分为若干状态步 各状态步具有不同的动作 它们之间有一定的转换条件 转换条件满足就实现状态转移 上一状态动作结束 下一状态动作开始 3 3PLC的工作方式 PLC确定了工作任务 装入了专用程序成为一种专用机 它采用循环扫描的工作方式 系统工作任务管理及用户程序的执行都通过循环扫描的方式来完成 也称为循环扫描的工作机制 3 3PLC的工作方式 PLC的工作过程可以分为四个阶段 一般内部处理扫描阶段通信服务与自诊断阶段执行用户程序扫描阶段数据输入 输出扫描阶段 3 3 1输入处理阶段 在输入处理阶段 PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入信号 开或关 读入到与之对应的输入映像寄存器中寄存起来 此时输入映像寄存器被刷新 接着进入程序处理阶段 在程序执行阶段或其它阶段 即使输入状态发生变化 输入映像寄存器的内容也不会改变 输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才被重新读入 3 3 2程序执行阶段 在程序执行阶段 PLC对程序按顺序进行扫描执行 若程序用梯形图来表示 则按先上后下 先左后右的顺序进行 每扫描到一条指令时 所需要的输入状态或其它元素的状态分别由输入映像寄存器和元素映像寄存器中读出 然后作由程序确定的逻辑运算或其它数字运算 最后根据程序中有关的指令将运算结果存入确定的输出映像区有关单元 3 3 3输出处理阶段 当所有程序执行完毕后 进入输出处理阶段 此时PLC将输出映像寄存器中与输出有关的状态 输出继电器状态 转存到输出锁存器中 并通过一定方式输出 驱动用户输出设备 外部负载 这就是PLC的本次工作周期运行结果的实际输出 3 4PLC的主要性能和分类 3 4 1PLC的主要性能指标1 I O点数 指PLC主机的输入 输出端子数总和 是衡量PLC性能的重要指标 2 存储容量 存储容量是指用户程序存储器的容量 3 扫描速度 PLC执行用户程序的速度 4 指令种类 指令功能的强弱 数量的多少 5 内部继电器的种类 种类与数量越多 表示PLC的存储和处理各种信息的能力越强 6 特殊功能模块 配接各种高功能模块 以实现一些特殊的专门功能 3 4 2PLC的分类 1 按结构形式分类一般分为整体式和模块式两种 1 整体式把CPU