三PLC基本组成和工作原理PPT课件

1 PLC基本组成和工作原理 第三章 PLC的基本组成 PLC的工作原理 2 第一节PLC的基本组成和各部分的作用 在讲PLC的基本结构之前先介绍一下传统继电接触控制系统和PLC控制系统的构成 输入设备 继电器控制线路 输出设备 被控对象 输出设备 PLC 输入设备 3 传统的继电接触控制系统通常由输入设备 控制线路和输出设备三大部分组成 输入设备 通常由被控对象的各种开关 按钮 传感器等构成 继电器控制线路 通常由中间继电器 时间继电器和将这些器件联接起来的导线等组成 复杂的继电器控制系统 一般由一个或几个控制柜构成 系统构成比较庞大 输出设备 由被控对象执行元件组成 如电磁阀 接触器等 4 PLC控制系统是从继电接触控制系统发展而来的其中输入设备和输出设备基本相同 不同之处在于 用PLC的控制部分取代了继电器控制线路 传统的继电器控制线路的控制作用是通过许多导线与继电器硬连接实现的 PLC控制系统的控制作用是通过软件编程实现的 后者可以通过软件编程改变其控制作用 前者就很难做到 5 PLC是为了取代传统的继电器控制系统而设计的一种工业控制计算机 结构与常规计算机相似 但它是专门为工业环境而设计的标准控制器 硬件是以微处理器和输入输出接口电路构成 随着PLC的发展 功能不断完善 从开关量的输入 输出 模拟量的输入 输出 到完成复杂控制功能 通讯联网功能的各种控制单元 6 一 PLC的组成PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物 从广义讲 PLC也是一种计算机系统 是一种专门用于工业控制的计算机 比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的输入输出接口 具有更适用于控制要求的编程语言 具有更适应于工业环境的抗干扰性能 因此它的组成与一般的计算机系统基本相同 也是由硬件系统与软件系统两大部分组成 7 PLC的基本组成 8 9 中央处理器的主要功能 1 控制和存储从编程器输入的程序和数据 2 以扫描方式读入并存储现场状态信息 各种开关信号 模拟信号 脉冲信号等 3 执行系统诊断程序 4 解读 执行监控程序和各种运算程序 5 输出运算结果 6 与外部设备或计算机通信 10 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 PLC中所采用的CPU通常有三种 冗余 11 存储器有系统程序存储器和用户程序存储器 用于存放系统程序 用户程序和运行中的数据 二 存储器 1 系统程序存储器存放系统程序 并固化在PROM和EPROM中 PROM 可编程只读存储器EPROM 可擦除可编程只读存储器 12 2 用户程序存储器 分为用户程序区 数据区和系统区 RAM EPROM 用户程序区 存放应用程序 数据区 存放工作数据 系统区 存放CPU的组态数据 RAM RAM存放用户程序 ROM存放系统程序 13 3 输入 输出单元 采用光电隔离 实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离 减小了电磁干扰 输出接口作用 将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号 以便控制接触器线圈等电器通断电 另外输出电路也使计算机与外部强电隔离 输出三种形式 继电器 低速大功率晶闸管 高速大功率晶体管 高速小功率 输入接口作用 将按钮 行程开关或传感器等产生的信号 转换成数字信号送入主机 14 输入接口电路 采用光电耦合器 防止强电干扰 COM 光电三极管 发光二极管 直流电源 输入端子 PLC 发光二极管 15 继电器输出 输出接口电路 以继电器形式为例 PLC 交流电源或直流电源 16 把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源 有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源 可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用 可编程序控制器的电源一般采用开关式电源 其特点是输入电压范围宽 体积小 重量轻 效率高 抗干扰性能好 4 电源单元 17 编程设备可以是专用的手持式的编程器 也可以是安装了专门的编程通讯软件的个人计算机 5 编程设备 用户可以通过键盘输入和调试程序 另外在运行时 还可以对整个控制过程进行监控 18 PLC的工作原理 输入 输出点总有映象区的某一位与之相对应 I O映象区 专用于存储输入设备状态和运算结果的存储区域 大小由系统程序确定 决定了系统控制的规模有关 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 优点 速度快 抗干扰能力强 一 建立I O映像区 19 二 PLC工作过程 定期检查用户程序存储器 I O单元的连接 I O总线是否正常 定期复位监控定时器WDT 对电源 PLC内部电路 用户程序的语法进行检查 PLC之间以及PLC与PC之间 PLC与其他带微处理器的智能装置通信 编程器 终端设备 彩色图形显示器 打印机 以扫描的方式按顺序逐句扫描处理 运算结果存入输出映象区对应位中 扫描的方式输入信号的状态存入输入映象区 结果存入输出映象区 直至传送到外部被控设备 清除内部继电器区 复位定时器等 20 采用循环扫描方式 也称串行工作方式 扫描周期的长短与CPU的运算速度有关 与I O点的情况有关 与用户程序的长短及编程情况等均有关 通常用PLC执行1K指令所需时间来说明其扫描速度 一般1 10ms K PLC处于运行状态时 CPU循环完成内部处理 通信服务 输入采样 程序处理 输出刷新五个阶段的工作 每完成一次循环所需时间称为一个扫描周期 21 三 用户程序的循环扫描过程 PLC对用户程序进行循环扫描可分为三个阶段进行 即输入采样阶段 程序执行阶段和输出刷新阶段 22 23 输出刷新 将输出继电器的元件映象寄存器的状态传送到相应的输出锁存电路 再经输出电路的隔离和功率放大部分传送到PLC的输出端 驱动外部 负载 执行元件动作 输入采样 CPU从输入电路中读出各输入点状态 并将此状态写入输入映象寄存器中 刷新输入映象寄存器的内容 执行用户程序 如无中断或跳转指令 就逐条扫描并执行程序 特点 集中采样 集中输出 24 三 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 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 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 用户程序中语句的安排 串行 25 CPU读输入 输入输出延迟时间 最短响应时间 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 26 CPU读输入 输入 输出刷新时间 输入输出延迟时间 最长响应时间 最长响应时间 输入延迟时间 两个扫描时间 输出延迟时间 27 28 三 PLC对输入输出的处理规则 1 输入映像寄存器的内容 由上一个扫描周期输入端子的状态决定 2 输出映像寄存器的状态 由程序执行期间输出指令的执行结果决定 3 输出锁存器的状态 由上一次输出刷新期间输出映像寄存器的执行结果决定 4 输出端子板上各输出端的状态 由输出锁存器确定 5 执行程序时所用的输入输出状态值 取决于输入 输出映像寄存器的状态 29 3 3PLC性能指标 1 输入 输出 I O 点数PLC上的I O端子的个数 I O点数越多 外部可接的输入和输出元器件就越多 控制规模就越大 2 存储容量存储容量指的是用户程序存储器的容量 通常以字为单位进行计算 也有的PLC用存放用户程序的指令条数来表示容量 30 3 扫描速度扫描速度是指PLC执行程序的速度 是衡量PLC性能的重要指标