可编程控制器PLC.ppt

第三章可编程序控制器原理,3.1控制系统构成,3.1.1控制系统一般构成,3.1.2继电器控制系统构成,3.1.1控制系统一般构成,3.1.2继电器控制系统构成,例：电机/启停控制,控制对象：电机,3.1.2继电器控制系统构成,例：电机/启停控制,输入设备：,启动按钮、停止按钮：检测人的命令,热继电器：检测过电流信号,3.1.2继电器控制系统构成,例：电机/启停控制,输出设备：,接触器：控制电机,3.1.2继电器控制系统构成,例：电机/启停控制,控制线路：（由继电器和连接导线组成）,在继电器控制系统中，要完成一个控制任务，支配控制工作的程序是各由分立元件（如继电器、接触器等）用导线连接起来加以实现的，这样的控制系统称为接线程序控制系统。,其程序就在接线之中，所以又称为接线程序。,在接线程序控制系统中，控制程序的修改必须通过改变接线来实现。,3.1.2继电器控制系统构成,3.1.3计算机/PLC控制系统的实现,同样需要传感器以了解外面信息,同样需要输出设备以输出控制信号,只是控制系统由继电器线路变为计算机软硬系统,3.1.3计算机/PLC控制系统的实现,支配控制系统工作的程序存放在存储器中，系统要完成的动作任务是通过存储器的程序来实现的，这样的控制系统称为存储程序控制系统。,工作过程：依序读取存储器中的程序语句，对它们的内容解释并执行，执行过程中读取输入信号，再根据程序要求，决定输出何种结果，从而控制被控制对象的工作。,其控制程序的修改不需要改变控制器内部的接线（即硬件），而只需通过编程器改变程序存储器中某些语句的内容。,3.2PLC的组成及各部分的作用,PLC实质上是一种工业控制用的专用计算机，由硬件和软件组成。,3.2.1PLC的硬件系统,1.CPU：在系统程序作用下，它完成以下功能：,接收并存储从编程器键入的用户程序和数据。,用扫描输入并存储输入设备的状态。,自诊断并检查用户程序语法错误。,执行用户程序并输出结果。,常用的CPU类型：Z80、8031、8086、M6800。,2.存储器：用来存储系统程序，用户程序及数据（继电器）。,系统程序：EPROM、PROM,用户程序：RAMEEPROM,数据：RAM,3.输入输出模块：,用来接收外设状态信号和送出控制信号。,可输入/输出开关信号和模拟信号。,具有电平转换、电气隔离等功能。,4.电源：PLC配有开关式稳压电源的电源模块，用来对PLC内部供电。,5.编程器：用来输入、修改、运行、调试用户程序，检查各继电器的状态等，,3.2.2软件系统,系统程序,用户程序：,监控程序：管理全机。,编译程序：将程序语言翻译成机器码。,诊断程序：诊断机的故障。,用户根据现场控制的要求，用PLC的程序语言编制的应用程序，用以实现多种控制需要。通过编程器输入PLC中,3.3PLC的继电器仿真技术,继电器控制系统由三部分组成：,输入部分：由用户输入设备组成，如按钮、操作开关、限位开关、传感器等，用以输入操作信号。,控制部分：按照被控制对象实际要求而动作的继电器控制线路。,输出部分：用用户输出设备组成，如继电器、电磁阀、接触器等执行元件以及信号元件等。用以控制被控制对象及指示输出状态。,PLC的硬件系统,类似地，PLC控制系统也可以认为由输入部分、控制部分、和输出部分组成，只是其控制部分采用CPU和存储器来代替，其控制过程是通过执行编制好的程序实现。,输入单元实际上是并行输入口，我们用输入继电器符号代替,输出单元实际上是并行输出口，我们用输出继电器符号代替,对我们而言，可不去考虑CPU和存储器内部的复杂结构，也不必了解各种计算机使用的语法，而是把PLC看成内部由许多继电器组成的控制器，通过编制程序将这些继电器连接起来而已。,由于PLC为仿继电器的运行，内部并无实际继电器，其表示符号为：,继电器线圈：,常开触点：,常闭触点：,那么，PLC内部的“继电器”用什么来模拟呢？,继电器的计算机模型:,线圈:,得电1/失电0,1bitMEM,常开触点:,闭合1/断开0,READ,常闭触点:,断开0/闭合1,READNOT,WRITE,结论：用存储器中某一位来模拟，当该位为1，相当于继电器线圈得电，该位为0，相当于继电器线圈失电。触点相当于存储器读操作。常开触点直接读存储器，常闭触点读存储器取反。,用存储器模拟继电器的优点：实际物理继电器触点有限，而存储器可以重复读，用1位就可代表线圈和无数各接点。,PLC为用户提供的继电器有：,输入继电器,输出继电器,内部辅助继电器（中间继电器）,特殊功能继电器,移位寄存器,计数器和计时器等。,其中输入、输出继电器与外部输入、输出设备相连接，其它继电器与外部设备无联系，可称为内部继电器。,3.4PLC的I/O单元工作原理,我们在3.2中介绍PLC的继电器仿真，其I/O相当于继电器，但PLC内部并无实际的继电器，它如何得知外部状态变化，这就需要I/O接口电路。I/O接口电路要保证计算机正确执行，需有隔离和抗干扰措施。归纳起来I/O接口有数字量I/O、模拟I/O。,需有隔离和抗干扰措施,3.4.1数字量（开关量）输入摸板：,1、直流输入接口电路：,2、220V交流输入摸板：,3.4.2数字量输出模版,典型并行输出口扩展电路：,1、直流/晶体管输出模版,为保证输出有足够的驱动能力，又根据负载电源不同，可再分为：,晶体管输出方式,交流（可控硅）输出方式,继电器（交直流）输出方式,2、交流（可控硅）输出方式,3、继电器（交直流）输出方式,3.4.3模拟量输入电路框图,CPU,CPU,3.4.4模拟量输出模版或D/A转换模版,3.4.5I/O模块的特点,抗干扰措施突出，如光电隔离、阻容滤波。,具有电平转换功能，以适应现场需要。,3.5可编程序控制器工作原理,3.5.1基本工作原理,1、对继电器控制系统：,例：三工位小车,小车从甲地到乙地送料，但到达乙地，XK2动作，则JC1、Z1同时动作，接着JC2动作，可见继电器系统各元件并行工作。,2、对PLC控制系统：,我们说用计算机仿真继电器，因此其工作特点也符合计算机。通过编程来实现，而程序一条一条执行指令。因此各继电器的动作将演变成时间上的先后动作。,3.5.2巡回扫描原理,由于计算机运行一遍程序所需时间非常短，这样可能外面信号变化时，计算机已错过检测而无法反映。只有采用巡回扫描工作方式，才能完成控制任务。,巡回扫描：对整个程序巡回执行，即用户程序从头到尾执行一遍后，又返回去执行第二次，第三次，直至停机。,巡回扫描周期：PLC从头到尾执行用户程序一遍所需要的时间。,巡回扫描所应满足的条件：,巡回扫描周期足够短，短到足以保证变量条件不变，即如果前一次执行程序时某一个变量的状态没捕捉到，保证在第二次执行时该条件依然存在。,决定巡回扫描周期的因素：,每条指令执行的时间。,程序长短和所用指令类型。,巡回扫描周期所存在的矛盾：,从控制角度，巡回扫描周期短，以能模拟实际控制。,从使用者的角度看，希望扫描周期长，以完成复杂控制。,其扫描时间在100ms以内。,3.5.2建立输入、输出印象区，同时采集外部信号、输出控制信号,在计算机系统中，对外部信号的处理有两种方式，以电机启动/停止控制为例，采用PLC控制见图：,实时采集：程序中何时需要外部信号，就到端口上读取信号。如LD00000处。,统一采集：建立输入、输出印象区，同时采集外部信号、输出