第3章PLC组成与工作原理ppt课件.ppt

1 第三章PLC基本组成和工作原理 1 1PLC基本组成 1 2PLC与继电器控制系统 1 3PLC的工作原理 2 1 1PLC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 3 1 1PLC的基本组成 4 PLC的基本组成 中央处理单元 CPU 1 通用处理器 8086 80286 80386 2 单片机芯片 8031 8096 3 位片式微处理器 AMD 2900小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU大型PLC多采用高速位片式微处理器存储器 RAM 存储各种暂存数据 中间结果 用户正调试的程序 ROM 存放监控程序和用户已调试好的程序 5 PLC的基本组成 输入 输出接口 采用光电隔离 减小了电磁干扰 输出三种形式 继电器 低速大功率可控硅 高速大功率晶体管 高速小功率 6 1 2PLC与继电器控制系统 继电 接触控制系统 PLC控制系统 7 PLC与继电器控制系统 8 PLC内部等效电路 9 继电器控制系统 输入设备 由各类按钮开关 行程开关 接近开关 轉換开关等主令電器構成 主令電器 自動控制系統中用於發送控制指令的電器 邏輯接线 由各種繼電器及其觸點組成的實現一定邏輯功能的控制線路 繼電器 一種根據某種輸入信號 接通或斷開控制電路 實現自動控制和保護電力拖動裝置的自動電器 輸出设备 由各種電磁閥線圈 接通電動機的各種接觸器和信號指示燈等執行元件構成 10 继电器控制系统 继电 接触器控制系统 布线逻辑 由导线 继电器 接触器 开关和触点等器件按一定的逻辑关系连接起来 优点 电路图直观形象 价格低廉 容易操作缺点 设备体积大 开关动作慢 组合复杂 功能较少 维修不便 可靠性差 系统接线固定 没有通用性和灵活性 适用于要求不高的专用逻辑控制场合 11 PLC控制系统 PLC控制系统由输入 程序控制 输出3部分组成 对应的 器件 是内部 软继电器 对应的 导线 是 程序 PLC是通过 程序 控制内部 软继电器 的 软件程序 控制系统 图5 1PLC的基本组成框图 输入部分 输出部分 12 PLC的软继电器 硬件组成 微处理器 存储器 接口芯片 各种模块 可看成由许多软继电器组成的控制器 PLC内部等效软继电器分为 输入继电器 中间继电器 输出继电器 中间继电器包括 辅助继电器 特殊功能继电器 移位寄存器 计时器 计数器等 13 输入继电器 InputRelay 一 输入继电器 InputRelay 工作 输入点的外部输入开关状态通过输入接口电路存到输入状态暂存器中 经过PLC的输入采样 输入刷新 把输入状态暂存器中输入开关的状态存入输入状态映像存储器中 输入继电器在PLC梯形图上的符号和意义如下 14 输入继电器 InputRelay 注意 输入继电器状态只受外部输入开关控制 不受PLC程序控制 PLC程序可以读取输入继电器的状态 不能改变输入继电器的状态 所以输入继电器没有线圈符号 外部输入开关只能直接控制输入继电器和它的触点 不能直接控制其他的继电器 15 PLC内部输入等效电路 16 输出继电器 OutputRelay 工作 PLC运行时 每执行完一遍程序 逻辑运算的结果就存入到相应的一位存储器中 其中需要控制输出开关的运算结果存到输出映像存储器中 这个输出映像存储器在PLC程序中 可以按位存取 其中的每一位 就是一个输出继电器 输出继电器在PLC梯形图上的符号和意义如下 P020的常开触点P020的常闭触点P020的线圈 17 输出继电器 OutputRelay 功能 输出继电器线圈得电与否不但控制它在PLC内部的触点 而且还控制它在PLC输出接口电路中对应的输出开关 进而控制接在输出点上的输出负载 执行部件 得电与否 注意1 一体机 输出点地址是固定的 输出继电器与对应的输出状态锁存器 与对应的输出端子排上的输出接点的名称标号是相同的 P020的线圈 一定控制输出端子排上的P020点 注意2 输出继电器在PLC内部的触点 原则上说可以无限多 从存储器的角度看 P020是记录输出端子排上P020点 实际是连接P020点的输出回路 的开关状态的一位存储器的地址 输出继电器P020的线圈 表示按逻辑运算结果向地址是P020地址的一位存储单元写入 或存入 数据 18 内部辅助继电器 AuxiliaryRelay 内部辅助继电器 也是一位存储器 但是它不与输入点对应 也不与输出点相对应 它用来存储PLC内部的中间变量 相当于继电器控制系统中的中间继电器 辅助继电器的线圈 常开触点 常闭触点 在梯形图上的图形符号与I O继电器相同 只是标号字母名称不同或序号不同 内部辅助继电器的线圈和触点的关系和输出继电器的一样 但只有内部触点 不对应外部触点 它的内部触点也是无限多个 注意 从存储器的角度看 内部辅助继电器是一个暂存运算数据的一位存储器 它的名称标号是这个存储单元的地址 19 梯形图仿真 符号 绘法 工作原理 梯形图是PLC用户编程时最常用的一种图形编程方法 是表示I O点之间逻辑关系的一种图 它实质上是变相的继电器控制逻辑图 形式和规范非常相似 其目的是为了让工厂技术人员不必懂计算机 就可使用 设计 阅读 它 20 梯形图的要素 图形符号 4个 1 母线有左母线 右母线之分 它们是两条竖直线 从程序的第一行开始到最后一行结束 它们相当于电路中的电源线 有些类型的PLC的梯形图不画右母线 2 触点它们是各类继电器 定时器 计数器的内部触点 3 线圈线圈是PLC用户程序能够控制的继电器的线圈 注意 以上三个要素对应着PLC的基本指令 4 功能指令符应用指令 程序执行控制类指令和其他不写出整条指令就不能把意思表达清楚的指令 在梯形图上也要把整条指令写出来 一般把这样指令写在梯形图上的一个方括号或一个横条形框内 如 定时器 计数器等 我们把这类方括号 方框 圆圈称为功能指令符 作为PLC梯形图的第4个要素 图形 符号 21 梯形图梯级 所有对象连接在一起并与其它对象没有连接的组 除电源母线以外 称为网络或梯级 连接至左边电源母线的梯级 其处理顺序为从上至下 与左边电源母线连接 程序段内互相独立的网络按照位置顺序处理 从上至下 22 PLC与继电器控制系统 23 PLC与继电接触控制系统的比较 继电接触控制全部用硬器件 硬触点和 硬 线连接 为全硬件控制 PLC内部大部分采用 软 电器 软 接点和 软 线连接 为软控制 继电接触控制系统体积大 PLC系统结构紧凑 体积小 继电接触控制全为机械式触点 动作慢 PLC内部全为 软接点 动作快 继电接触控制功能改变 需拆线 接线乃至更换元器件 比较麻烦 PLC控制功能改变 一般仅修改程序即可 及其方便 PLC控制系统的设计 施工与调试比继电接触控制系统周期短 PLC控制的自检和监控功能比继电接触控制的强 PLC的使用范围比继电接触控制的广泛 PLC可靠性比继电接触控制的高 24 PLC与继电器控制系统 PLC与继电接触器的异同相同点 图形结构和逻辑关系相同 不同点 1 实现原理不同 2 工作方式不同 25 26 27 28 1 3PLC的工作原理 29 1 3PLC的工作原理 30 31 32 33 1 3PLC的工作原理 建立I O映像区 I O映象区的大小与系统控制的规模有关 输入点总有输入映象区的某一位与之相对应 PLC工作时 将采集到的输入信号状态存放在输入映象区对应的位上 将运算的结果存放到输出映象区对应的位上 PLC在执行用户程序时所需 输入继电器 输出继电器 的数据取用于I O映象区 而不直接与外部设备发生关系 34 35 工作方式 周期循环扫描工作方式工作过程 自诊断 输入采样 程序扫描 输出刷新几个阶段 扫描周期 是指PLC执行系统监控程序 用户程序 I O刷新一次所用的时间 它直接反映PLC的响应速度 因此是PLC的重要指标之一 其单位是ms kw kb PLC的工作原理 36 用户程序的循环扫描过程 输入端 输入电路 输入映像寄存器 输入刷新阶段 CPU从输入电路的输出端读出各路状态 并将其写入输入映像寄存器 b 程序执行阶段 CPU从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出各继电器的状态 并根据此状态执行用户程序 执行结果再写入元件映像寄存器中 c 紧接着的输出刷新阶段 将输出映像寄存器的状态写入输出锁存电路 再经输出电路传递输出端子 从而控制外接器件动作 元件映像寄存器 读 写 输出锁存器 输出电路 输出端 读 写 37 输入 输出延迟响应 输入电路滤波时间 它由RC滤波电路的时间常数决定 改变时间常数可调整输入延迟时间 输出电路的滞后时间 它与输出电路的输出方式有关 继电器输出方式的滞后时间为10ms左右 双向晶闸管输出方式 在接通负载时滞后时间约为1ms 切断负载时滞后时间小于10ms 晶体管输出方式的滞后时间小于1ms PLC循环扫描的工作方式 PLC对输入采样 输出刷新的集中处理方式 用户程序中语句的安排 38 输入输出延迟时间 最短响应时间 CPU读输入 输入 输出刷新时间 最短响应时间 输入延迟时间 一个扫描周期 输出延迟时间 39 CPU读输入 输入 输出刷新时间 最长响应时间 输入延迟时间 两个扫描时间 输出延迟时间 输入输出延迟时间 最长响应时间 40 PLC输入输出响应时间 说明 输入信号在第一个扫描周期的输入采样阶段之后才出现 故在第一个扫描周期内 各映像寄存器的均为 0 状态 使Y0 Y1 Y2输出端的状态为OFF 0 状态 Q0 0 M2 0 I0 2 Q0 0 Q0 0 M2 1 输入信号I0 2 I0 2 Q0 0 M2 1 M2 0 输入采样 说明 在第二个扫描周期的