PLC2--个人版资料

1、2021/2/112021/2/111 教学要求教学要求: 2 可编程序控制器的组成和工作原理可编程序控制器的组成和工作原理 2021/2/112021/2/112 第第2章章 可编程序控制器的组成和工作原理可编程序控制器的组成和工作原理 2.1 PLC的组成及各部件的作用的组成及各部件的作用 2.2 PLC的输入与输出接口的输入与输出接口 2.3 PLC的工作原理的工作原理 2.4 PLC的编程语言的编程语言 2021/2/112021/2/113 2.1 PLC的组成及各部件的作的组成及各部件的作 用用1 PLC的硬件组成的硬件组成 PLC的硬件系统由主机、输入的硬件系统由主机、输入/输出

2、扩展单元及外部输出扩展单元及外部 设备组成。设备组成。 PLCPLC基本单元基本单元 PLC系统结构示意图系统结构示意图 微处理器（微处理器（CPUCPU） 运算器运算器控制器控制器 输输 出出 单单 元元 输输 入入 单单 元元 系系 统统 存存 储储 器器 用用 户户 存存 储储 器器 I/OI/O 扩扩 展展 接接 口口 通通 信信 接接 口口 外部设备外部设备 编程设备编程设备 计算机计算机 打印机等打印机等 现场用户输出设备现场用户输出设备 电磁阀电磁阀 中间继电器中间继电器 执行器执行器 传感器传感器 按钮、开关按钮、开关 现场信号现场信号 现场用户输入设备现场用户输入设备 扩展设

3、备扩展设备 扩展单元扩展单元 通讯模块通讯模块 功能模块功能模块 电源电源 110V/220V市电市电 2021/2/112021/2/114 可编程控制器由哪几部分组成? 硬件硬件 软件软件 存储器存储器CPU I/O口口编程器编程器 电源电源 系统程序系统程序 用户程序用户程序 2021/2/112021/2/115 PLC主要组成部件及其主要作用如下主要组成部件及其主要作用如下 : 1.中央处理器（中央处理器（Central Processing Unit,CPU） uCPU由微处理器和控制器组成由微处理器和控制器组成,它可以实现逻辑运它可以实现逻辑运 算和数学运算算和数学运算,协调控制

4、系统内部各部分的工作协调控制系统内部各部分的工作。 u控制器的作用是控制整个微处理器的各个部件有条不控制器的作用是控制整个微处理器的各个部件有条不 紊的进行工作紊的进行工作,它的基本功能就是从内存中读取指令和执它的基本功能就是从内存中读取指令和执 行指令。行指令。 uPLC常用的常用的CPU有通用微处理器、单片机和位片式微有通用微处理器、单片机和位片式微 处理器。通用微处理器按其处理数据的位数可分为处理器。通用微处理器按其处理数据的位数可分为4位、位、 8位、位、16位和位和32位等。位等。PLC大多用大多用8位和位和16位微处理器。位微处理器。 2021/2/112021/2/116 控制器

5、的主要功能有以下几点控制器的主要功能有以下几点: （1）采集由现场输入装置送来的状态或数据）采集由现场输入装置送来的状态或数据,通过输入接口存入输通过输入接口存入输 入映像寄存器或数据寄存器中入映像寄存器或数据寄存器中,用扫描方式接收输入设备的状态信号用扫描方式接收输入设备的状态信号, 并存入相应的数据区并存入相应的数据区(输入映像寄存器输入映像寄存器)。 （2）按用户程序存储器中存放的先后次序逐条读取指令）按用户程序存储器中存放的先后次序逐条读取指令,完成各种完成各种 数据的运算、传递和存储等功能数据的运算、传递和存储等功能,进行编译解释后进行编译解释后,按指令规定的任按指令规定的任 务完成

6、各种运算和操作。务完成各种运算和操作。 （3）把各种运算结果向外界输出。）把各种运算结果向外界输出。 （4）监测和诊断电源以及）监测和诊断电源以及PLC内部电路工作状态和用户程序编程内部电路工作状态和用户程序编程 过程中出现的语法错误。过程中出现的语法错误。 （5）根据数据处理的结果）根据数据处理的结果,刷新有关标志位的状态和输出状态寄存刷新有关标志位的状态和输出状态寄存 器表的内容器表的内容,响应各种外部设备（如编程器、打印机、上位计算机、响应各种外部设备（如编程器、打印机、上位计算机、 图形监控系统、条码判读器等）的工作请求图形监控系统、条码判读器等）的工作请求,以实现输出控制、制表以实现

7、输出控制、制表 打印或数据通信等功能。打印或数据通信等功能。 2021/2/112021/2/117 2存储器存储器 PLC的存储器的存储器是存放程序和数据的地方。可编程序控是存放程序和数据的地方。可编程序控 制器的存储器分为系统程序存储器和用户存储器。制器的存储器分为系统程序存储器和用户存储器。 系统程序存储器用系统程序存储器用于存放系统工作程序、模块化应用功于存放系统工作程序、模块化应用功 能子程序、命令解释、功能子程序调用管理等程序及各能子程序、命令解释、功能子程序调用管理等程序及各 种系统参数种系统参数,一般采用只读存储器一般采用只读存储器ROM（PROM）。）。 用户存储器用用户存储

8、器用于存放用户编制的控制程序。分为随机于存放用户编制的控制程序。分为随机 存储器（存储器（RAM）、光可擦写只读存储器（）、光可擦写只读存储器（EPROM）以）以 及电可擦写只读存储器及电可擦写只读存储器（EEPROM）等。）等。 2021/2/112021/2/118 3输入输入/输出接口单元输出接口单元 输入输出接口单元通常也称输入输出接口单元通常也称IO单元或单元或IO模块模块,是是 PLC与工业过程控制现场之间的连接部件与工业过程控制现场之间的连接部件 （1）专用编程器）专用编程器 输入输入/输出扩展单元是用来扩展输出扩展单元是用来扩展PLC的输入、输出点数的输入、输出点数 4输入输入

9、/输出扩展单元输出扩展单元 5编程装置编程装置 （2）配有专用编程软件包的通用计算机系统）配有专用编程软件包的通用计算机系统 2021/2/112021/2/119 6电源电源 PLC的电源是指把外部供应的交流电源经过整流、滤波、的电源是指把外部供应的交流电源经过整流、滤波、 稳压处理后转换成满足稳压处理后转换成满足PLC内部的内部的CPU、存储器和、存储器和I/O 接口等电路工作所需要的直流电源电路或电源模块接口等电路工作所需要的直流电源电路或电源模块 PLC配有各种通信接口配有各种通信接口,这些通信接口一般都带有通信这些通信接口一般都带有通信 处理器处理器 7通讯接口通讯接口 8外部设备接

10、口及特殊模块外部设备接口及特殊模块 外部设备接口是可编程序控制器主机实现人外部设备接口是可编程序控制器主机实现人 机对话、机机对话、机机对话的通道机对话的通道 2021/2/112021/2/1110 由由PLCPLC制造商固化在机内制造商固化在机内, ,用于控制用于控制PLCPLC的运作。（的运作。（1 1） 系统管理程序系统管理程序 （2 2）用户指令解释程序）用户指令解释程序 （3 3）标准程序模块及系统调用）标准程序模块及系统调用 2 PLC的软件组成的软件组成 1. 系统程序系统程序 2. 用户程序用户程序 PLC的用户程序是用户利用的用户程序是用户利用PLC厂家提供的编厂家提供的编

11、 程语言程语言,根据工业现场的控制目的来编制的程序根据工业现场的控制目的来编制的程序 2021/2/112021/2/1111 2.2 PLC的输入与输出接口的输入与输出接口 u开关量输入接口的作用是把现场的开关量开关量输入接口的作用是把现场的开关量 信号转变成信号转变成PLC内部可处理的标准信号内部可处理的标准信号 u常用的开关量输入接口按其使用电源不同常用的开关量输入接口按其使用电源不同 可以分成三种类型可以分成三种类型 : 2021/2/112021/2/1112 直直 流流 输输 入入 交交 流流 输输 入入 光电耦合器光电耦合器 二极管有电二极管有电 流时发光流时发光,致致 使光电三

12、极使光电三极 管导通管导通 2021/2/112021/2/1113 2 PLC的开关量的开关量接口接口 晶体管输出单元的驱动电路一般采用三极管进行驱晶体管输出单元的驱动电路一般采用三极管进行驱 动放大动放大,其输出方式一般为集电极输出其输出方式一般为集电极输出,外加直流负载电外加直流负载电 源。源。 感性负感性负 载续流载续流 输出晶体管输出晶体管 晶体管为无触 点开关,输出单 元使用寿命长, 响应速度快。 2021/2/112021/2/1114 2. 继电器输出型接口继电器输出型接口 可根据负载可根据负载 的需要选用的需要选用 直流或交流直流或交流 输出继电器输出继电器 2021/2/1

13、12021/2/1115 3.晶闸管型输出电路晶闸管型输出电路 双向晶闸管双向晶闸管 可根据负载可根据负载 的需要选用的需要选用 交流交流 2021/2/112021/2/1116 继电器控制系统继电器控制系统: 硬逻辑并行运行的方式硬逻辑并行运行的方式 计算机控制系统计算机控制系统: 采用采用等待命令等待命令的工作方式的工作方式,如键盘扫描方如键盘扫描方 式或式或I/O扫描方式扫描方式 可编程控制器控制系统可编程控制器控制系统: 循环扫描工作方式循环扫描工作方式,即系统工作任务管理即系统工作任务管理 及应用程序执行都是按循环扫描方式完成的及应用程序执行都是按循环扫描方式完成的 2.3 PLC

14、的工作原理的工作原理 2021/2/112021/2/1117 输入部分输入部分:收集并保存被控对象实际运行的数据和信息。收集并保存被控对象实际运行的数据和信息。 逻辑部分逻辑部分:处理输入部分取得的信息处理输入部分取得的信息,并按照被控对象实际的动作并按照被控对象实际的动作 要求作出反映。要求作出反映。 输出部分输出部分:提供正在被控制的许多装置中提供正在被控制的许多装置中,哪几个设备需要实时操哪几个设备需要实时操 作处理。作处理。 输入部分输入部分 PLC控制的指示灯控制电路控制的指示灯控制电路 逻辑部分逻辑部分输出部分输出部分 PLCPLC控制系统由控制系统由输入部分、逻辑部分和输出部分

15、输入部分、逻辑部分和输出部分组组 成成, ,如图所示。各部分的功能为如图所示。各部分的功能为: : 2021/2/112021/2/1118 可编程控制器工作原理可编程控制器工作原理 开机开机 内部处理内部处理 通讯服务通讯服务 输入刷新输入刷新 程序执行程序执行 输出刷新输出刷新 可编程控制器在开机后可编程控制器在开机后, 完成内部处理、通信处理、完成内部处理、通信处理、 输入刷新、程序执行、输出输入刷新、程序执行、输出 刷新五个工作阶段刷新五个工作阶段,称为一个称为一个 扫描周期。完成一次扫描后扫描周期。完成一次扫描后, 又重新执行上述过程，可编又重新执行上述过程，可编 程控制器这种周而复

16、始的循程控制器这种周而复始的循 环工作方式称为扫描工作方环工作方式称为扫描工作方 式。式。 2021/2/112021/2/1119 输入端输入端 输入电路输入电路 输入映像寄存输入映像寄存 器器 a. 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; X0 X1 b.b.程序执行阶段程序执行阶段 - CPU从输入映像寄存器和元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件映像寄存器中读出各继电器的状态, ,并根据并根据 此状态执行用户程序此状态执行用户程序, ,执行结果再写入元件映执行结果再写入元件映 像寄存器中像寄存器中; ; c. 紧接着的输出刷

17、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。 X0Y0 Y0Y1 元件映像寄存元件映像寄存 器器 读读 写写 输出锁存器输出锁存器 输出电路输出电路 输出端输出端 Y0 Y1 读读 写写 2021/2/112021/2/1120 内部处理内部处理 通信服务通信服务 输入处理输入处理 程序执行程序执行 输出处理输出处理 开机开机 每次扫描用户程序每次扫描用户程序 之前之前,都先进行内部处都先进行内部处 理阶段理阶段,即故障自诊断。即故障自诊断。 自诊断内容为自诊断内容为I0部部 分、存储器、分、存储器、CPU等等, 发现异常停机显示出发现异

18、常停机显示出 错。若自诊断正常，错。若自诊断正常， 继续向下扫描。继续向下扫描。 2PLC的工作过程的工作过程 2021/2/112021/2/1121 PLCPLC检查是否有与编程检查是否有与编程 器、计算机等的通信请求器、计算机等的通信请求, , 若有则进行相应处理若有则进行相应处理, ,如接如接 收由编程器送来的程序、收由编程器送来的程序、 命令和各种数据命令和各种数据, ,并把要显并把要显 示的状态、数据、出错信示的状态、数据、出错信 息等发送给编程器进行显息等发送给编程器进行显 示。如果有与计算机等的示。如果有与计算机等的 通信请求，也在这段时间通信请求，也在这段时间 完成数据的接受

19、和发送任完成数据的接受和发送任 务。务。 内部处理内部处理 通信服务通信服务 输入处理输入处理 程序执行程序执行 输出处理输出处理 开机开机 2021/2/112021/2/1122 PLCPLC的中央处的中央处 理器对各个输入理器对各个输入 端进行扫描端进行扫描, ,将所将所 有输入端的状态有输入端的状态 送到输入映象寄送到输入映象寄 存器。存器。 内部处理内部处理 通信服务通信服务 输入处理输入处理 程序执行程序执行 输出处理输出处理 开机开机 2021/2/112021/2/1123 中央处理器中央处理器CPUCPU 将逐条执行用户指令将逐条执行用户指令 程序程序, ,即按程序要求即按程

20、序要求 对数据进行逻辑、算对数据进行逻辑、算 术运算术运算, ,再将正确的再将正确的 结果送到输出状态寄结果送到输出状态寄 存器中。存器中。 内部处理内部处理 通信服务通信服务 输入处理输入处理 程序执行程序执行 输出处理输出处理 开机开机 2021/2/112021/2/1124 当所有的指令执行当所有的指令执行 完毕时完毕时, ,集中把输出映集中把输出映 象寄存器的状态通过输象寄存器的状态通过输 出部件转换成被控设备出部件转换成被控设备 所能接受的电压或电流所能接受的电压或电流 信号信号, ,以驱动被控设备。以驱动被控设备。 内部处理内部处理 通信服务通信服务 输入处理输入处理 程序执行程

21、序执行 输出处理输出处理 开机开机 2021/2/112021/2/1125 3. 扫描周期和响应时间扫描周期和响应时间 u扫描周期的长短主要取决于子以下几个因素扫描周期的长短主要取决于子以下几个因素 CPU执行指令的速度执行指令的速度 执行每条指令占用的时间执行每条指令占用的时间 程序中指令条数的多少程序中指令条数的多少 u响应时间可以分为响应时间可以分为 最短响应时间最短响应时间 最长响应时间最长响应时间 可编程控制器在运行工作状态时可编程控制器在运行工作状态时,执行一次扫描执行一次扫描 操作所需要的时间称为扫描周期。其典型值为操作所需要的时间称为扫描周期。其典型值为 1100ms。 I/

22、O滞后时间又称为系 统响应时间,是指可编程控制器 外部输入信号发生变化的时刻 起至它控制的有关外部输出信 号发生变化的时刻之间的间隔 。 2021/2/112021/2/1126 不同厂家,不同型号的PLC的编程语言只能适应 自己的产品。IEC中的PLC编程语言标准中有五种编程 语言:顺序功能图编程语言、梯形图编程语言、功能块顺序功能图编程语言、梯形图编程语言、功能块 图编程语言、指令语句表编程语言、结构文本编程语图编程语言、指令语句表编程语言、结构文本编程语 言言。 最常用的就是梯形图编程语言梯形图编程语言和指令语句表编程指令语句表编程 语言语言。 2.4 PLC的编程语言的编程语言 202

23、1/2/112021/2/1127 1. 梯形图语言梯形图语言(Ladder Diagram,LD) 2.4 PLC的编程语言的编程语言 进行梯形图编程过程中涉及到以下几个基本概念进行梯形图编程过程中涉及到以下几个基本概念: 能流能流 母线母线 软触点软触点 2021/2/112021/2/1128 2 梯形图的特点梯形图的特点 梯形图设计语言有以下几个基本特点梯形图设计语言有以下几个基本特点: 1. PLC梯形图与电气操作原理图相对应梯形图与电气操作原理图相对应,具有直观性具有直观性 和对应性和对应性,并与传统的继电器逻辑控制技术相一致并与传统的继电器逻辑控制技术相一致 2. 梯形图中的梯形

24、图中的“能流能流”(Power Flow)不是实际意义不是实际意义 的电流的电流,而是而是“概念概念”电流电流,是用户程序解算中满足输是用户程序解算中满足输 出执行条件的形象表示方式出执行条件的形象表示方式 3. 梯形图中各编程元件所描述的常开触点和常闭触点梯形图中各编程元件所描述的常开触点和常闭触点 可在编制用户程序时无限引用可在编制用户程序时无限引用,不受次数的限制不受次数的限制,既可既可 常开又可常闭常开又可常闭 4. 梯形图格式中的继电器与物理继电器是不同概念梯形图格式中的继电器与物理继电器是不同概念 2021/2/112021/2/1129 5. 梯形图中输入继电器的状态唯一地取决于

25、对应的外梯形图中输入继电器的状态唯一地取决于对应的外 部输入电路的通断状态部输入电路的通断状态,因此在梯形图中没有输入继电因此在梯形图中没有输入继电 器的线圈器的线圈 6. 根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系,可以求出可以求出 与图中各线圈对应的编程元件的与图中各线圈对应的编程元件的ONOFF状态状态,称为称为 梯形图的逻辑解算梯形图的逻辑解算 7. 梯形图中的用户逻辑解算结果梯形图中的用户逻辑解算结果,马上可为后面用户马上可为后面用户 程序的解算所利用程序的解算所利用 8. 梯形图语言与其它程序设计语言有一一对应关系梯形图语言与其它程序设计语言有一一对应关系

26、, 便于相互的转换和对程序的检查便于相互的转换和对程序的检查 2021/2/112021/2/1130 2.2.功能块图功能块图 功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言, ,用类似用类似 与门、或门的方框来表示逻辑运算关系与门、或门的方框来表示逻辑运算关系, ,方块左侧为逻辑运算方块左侧为逻辑运算 的输入变量的输入变量, ,右侧为输出变量，输入端、输出端的小圆点表示右侧为输出变量，输入端、输出端的小圆点表示 “非非”运算，信号自左向右流动。运算，信号自左向右流动。 类似于电路一样，方框被类似于电路一样，方框被“导线导线”连接在一起。连接在一起。 2021/2/112021/2/1131 3.3.顺序功能图顺序功能图 顺序功能图