可编程控制器的原理及技术性能

2020 4 19 1 第三节可编程控制器的原理及技术性能教学目标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 2020 4 19 2 PLC的基本工作原理继电器控制装置 采用硬逻辑并行运行的方式 如果一个继电器的线圈通电或断电 该继电器的所有触点 常开 常闭触点 不论在控制线路的哪个位置 都会立即同时动作 微机 等待命令的工作方式 PLC 循环扫描的工作方式 CPU从第一条指令开始按指令步序号作周期性的循环扫描 如果无跳转指令 则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序 直至遇到结束符后又返回第一条指令 周而复始不断循环 每一个循环称为一个扫描周期 如果一个线圈接通或断开 该线圈的所有触点不会立即动作 必须等扫描到该触点时才会动作 PLC是以循环扫描的工作方式工作的 每一扫描周期分为三个阶段 输入采样 执行程序 输出刷新 PLC的扫描工作过程 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1 100ms 2020 4 19 4 要注意的是 只有在输入采样阶段 输入映像寄存器的内容才与输入信号一致 而在输入采样结束后 转入用户程序执行和输出刷新阶段 在这两个阶段中 即使输入状态和数据发生变化 I O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变 因此 如果输入是脉冲信号 则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期 才能保证在任何情况下 该输入均能被读入 1 输入采样阶段 在输入采样阶段 PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据 并将它们存入I O映象区中的相应的单元内 在PLC的存储器中 有一个专门存放输入输出信号状态的区域 称为输入映像寄存器和输出映像寄存器 PLC梯形图中别的编程元件也有对应的映像存储区 称为元件映像寄存器 2 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段 PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序 梯形图 在扫描每一行梯形图时 又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路 并按 先左后右 先上后下 的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算 3 输出处理阶段 当扫描用户程序结束后 PLC就进入输出刷新阶段 在此期间 CPU按照I O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路 再经输出电路驱动相应的外设 这时才是PLC真正的输出 输入输出映像寄存器集中在一起就是I O映像区 其大小随系统输入 输出的点数而定 I O映像区的设置 使得CPU执行用户程序所需信号状态及执行结果都与I O映像区产生联系 只有CPU扫描执行到输入输出服务过程时 CPU才从实际的输入点读入相关信号状态 存放于输入映像区 并将暂时存放在输出映像区内的运行结果传送至实际输出点 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 输入端 读 写 信号传递过程 从输入到输出 输入端子 输入映象寄存器 X0X1X2 M0 Y0 元件映象寄存器 读X0Y0 读 写 读 写 辅助继电器 输出端子 输出锁存存储器 Y0Y1Y2 输出 反复一个周期称为扫描周期 程序执行中读X 程序执行完写所有Y PLC用户程序扫描工作过程图 集中采样 集中输出 周期性循环扫描串行工作方式 二 PLC的工作特点 由于PLC是集中采样 在程序处理阶段即使输入发生了变化 输入映象寄存器中的内容也不会变化 要到下一周期的输入采样阶段才会改变 注意 由于PLC是串行工作方式 所以PLC的运行结果与梯形图程序的顺序有关 这与继电器控制系统 并行 工作有质的区别 避免了触点的临界竞争 减少了繁琐的联锁电路 2020 4 19 10 三 PLC的工作方式 PLC的基本逻辑图形 PLC控制的等效电路 200 00 200 00 I1 I2 I2 2020 4 19 12 第四节PLC的分类及功能PLC的分类 1 按结构形式分类1 整体式PLC 单元式 箱体式 将电源 CPU 存储器 I O装在一起特点 结构紧凑 体积小 价格低 2 模块式PLC 积木式 各个部分按功能做成独立模块电源模块 CPU模块 I O模块等特点 配置灵活 装配维护方便 2020 4 19 13 2 按I O点数和程序容量分类1 小型PLCI O点数2048点 存储器 8kB步具有 数据运算 模拟调节 联网通信 监视记录 打印等功能应用 大规模控制 自动化网络控制 2020 4 19 14 第五节PLC的特点 应用场合和发展趋势一 PLC的主要特点可靠性高 抗干扰能力强 主要有以下几个方面 隔离 采用光电耦合器 滤波对PLC的内部电源采取了屏蔽 稳压 保护等措施 设置了连锁 环境检测与诊断 Watchdog等电路 利用系统软件定期进行系统状态 用户程序 工作环境和故障检测 对用户程序及动态工作数据进行电池备份 采用密封 防尘 抗振的外壳封装结构 以集成电路为基本元件 内部处理过程不依赖于机械触点 采用循环扫描的工作方式 也提高了抗干扰能力 2020 4 19 15 配套齐全 功能完善 适用性强 性价比高编程简单 使用方便 柔性好系统的设计 建造工作量小 维护方便 改造容易体积小 重量轻 功耗低 2020 4 19 16 二 PLC的应用场合逻辑控制 可取代传统继电器系统和顺序控制器 如各种机床 自动电梯 装配生产线 电镀流水线 运输和检测等的控制 运动控制 可用于精密金属切削机床 机械手 机器人等设备的控制 过程控制 通过配用A D D A转换模块及智能PID模块实现对生产过程中的温度 压力 流量 速度等连续变化的模拟量进行闭环调节控制 数据处理多级控制 利用PLC的网络通信功能模块及远程I O控制模块实现多台PLC之间 PLC与上位计算机的链接 以完成较大规模的复杂控制 2020 4 19 17 PLC与传统的继电器逻辑相比 1 控制逻辑继电器控制逻辑采用硬接线逻辑 利用物理继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑 其接线多而复杂 体积大 功耗大 一旦系统构成后想再改变或增加功能都很困难 另外 继电器触点数目有限 每只有4 8对触点 因此灵活性和扩展性很差 而可编程控制器采用存储器逻辑 其控制逻辑以程序方式存储在内存中 要改变控制逻辑 只需改变程序 故称为 软接线 其接线少 体积小 而且 可编程控制器中每只软继电器的触点数在理论上无限制 因此灵活性和扩展性很好 可编程控制器由中大规模集成电路组成 功耗小 2 工作方式当电源接通时 继电器控制线路中各继电器都处于受约束状态 即该吸合的都应吸合 不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合 而可编程控制器的控制逻辑中 各继电器都处于周期性循环扫描接通之中 从宏观上看 每个继电器受制约接通的时间是短暂的 另外在控制速度 可靠性 维护性等方面也有区别 在需要大量中间继电器 时间继电器及计数继电器的场合 PLC无需增加硬设备 随着要求的变更PLC对程序修改方便 继电器线路要想改变控制功能 必须变更硬接线 灵活性差 具有网络通讯功能 可附加高性能模块对模拟量进行处理 实现各种复杂控制功能 2 可编程控制器与微型计算机系统的区别 从微型计算机的应用范围来说 微型计算机是通用机 而可编程控制器是专用机 因此可以说 微型计算机是通用的专用计算机 而可编程控制器则是专用的通用计算机 可编程控制器与微型计算机计算机的主要差异及各自的特点主要表现在应用范围 使用环境 输入 输出 程序设计语言 系统功能 运算速度 存储容量等几个方面 例如 微型计算机除了用于控制领域外 还大量用于科学计算 数据处理 计算机通信等方面 而可编程控制器主要用于工业控制 微型计算机对环境要求较高 一般要在干扰小 具有一定的温度和湿度要求的机房内使用 可编程控制器则使适用于工业现场环境 微型计算机系统的I O设备与主机之间采用微电联系 一般不需要电气隔离 而可编程控制器一般控制强电设备 需要电气隔离 输入输出均用光电耦合 输出还采用继电器 可控硅或大功率晶体管进行功率放大 可编程控制器的技术性能指标 1 输入 输出点数输入 输出点数指的是外部输入 输出端子数量的总和 又称为主机的开关量输入 输出点数 它是描述可编程控制器大小的一个重要参数 2 存储容量可编程控制器存储容量通常指用户程序存储器和数据存储器容量之和 表征系统提供给用户的可用资源 是系统性能的一项重要技术指标 3 扫描速度可编程控制器采用循环扫描方式工作 完成一次扫描所需的时间叫做扫描周期 扫描速度与扫描周期成反比 4 指令系统指令系统是指可编程控制器所有指令的总和 可编程控制器的编程指令越多 软件功能就越强 但掌握应用也相对较复杂 5 可扩展性小型可编程控制器的基本单元 主机 多为开关量I O接口 模拟量处理 高速处理 温度控制 通信等智能扩展模块的多少及性能也已成为衡量可编程控制器产品水平的标志 6 通信功能可编程控制器的组网和通信能力也已成为可编程控制器产品水平的重要衡量指标之一 第一节FX系列PLC的技术指标 表一输出技术指标 输入ON时LED灯亮 输入状态显示 无电压触点 或NPN集电极开路输出晶体管 输入信号形式 X0 X7为0 60mA FX2N 其他系列0 15mA 可调节输入响应时间 10ms 输入响应时间 1 5mA 输入开关电流ON OFF 3 5mA 4 5mA DC24V 5mA DC24V 7mA 输入信号电流 DC24V 10 输入信号电压 其他输入点 X0 X7 元件号 DC24V 10 输入电压 输入开关电流OFF O