[工学]PLC 第四章 PLC的结构和工作原理ppt课件

1、电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理第四章第四章 PLC PLC构造和任务原理构造和任务原理4.1 PLC4.1 PLC概述概述4.2 PLC4.2 PLC根本构造根本构造4.3 PLC4.3 PLC的任务原理的任务原理电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理4.1.1 可编程序控制器的根本概念可编程序控制器的根本概念4.1.2 PLC的主要功能和特点的主要功能和特点4.1.3 PLC的运用领域和开展趋势的运用领域和开展趋势4.1 PLC概述概述PLC: Programmable Logic Con

2、troller电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理4.1.1 可编程序控制器的根本概念可编程序控制器的根本概念 一一 可编程序控制器的产生可编程序控制器的产生 1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM公司)为了顺应消费工艺不断更新的需求，期望找到一种新的方向，尽能够减少重新设计继电控制系统和重新接线的任务，以降低本钱、缩短周期，想象把计算机通用、灵敏、功能完备等优点和继电控制系统的简单易懂、价钱廉价等优点结合起来，制成一种通用控制安装，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向控制过程、面向问题的“自然言语进展编程，使得不熟习

3、计算机的人也能方便地运用。为此进展招标，1969年，美国数字设备公司(DEC公司)研制出了第一台可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)，在GM公司的自动装配线上试用获得了胜利。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理二二 PLC中的几个根本概念中的几个根本概念 1 继电器：它在PLC中也称编程元件，它包括线圈、常开触点和常闭触点。 常开触点：常用符号为 ，受PLC输入开关量或PLC内部相应线圈的控制，当PL

4、C输入接通或相应的线圈经过电流时，此触点闭合。 常闭触点：常用符号为 ，受控方式与常开触点一样，只是当PLC输入接通或相应线圈通电时，此触点断开。 线圈：PLC中也称逻辑线圈，常用符号为，在PLC中用它作为输出元件，以控制外部设备(如电磁阀、接触器、指示灯等)；也可以用来控制PLC内部的其他触点，以构成复杂的控制逻辑。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 (2) 定时器：它的作用与继电器控制中的延时继电器或时间继电器一样。常见的定时单位有0.1 s、0.01 s几种，其符号因型号不同各异。日本立石公司C系列机用以下符号表示： TIM02 TIM

5、#0142(定时预置值)符号 例子 其中圆内“表示定时器(TIM)的编号，圆外#号后的“表示定时预置值，定时时间=定时预置值定时单位。例中的定时器为02号，假设PLC内部规定的定时单位为0.1 s，那么定时时间1420.1 s=14.2 s。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 (3) 计数器：它的作用是每当其计数输入端由断开(OFF)到接通(ON)时，计一个数，即计数器记录的是其输入由断到通的次数。当计数值与预置值相等时，计数器导通。有的PLC(如C40P)计数端由断到通时，自动减一个数，当计数值由预置值减到0时，计数器导通，其相应的触点接

6、通或断开，可用来控制其他元件。C系列PLC常用以下符号表示计数器： 计数端复位端 CP CNT R#(计数预置值)电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 (4) 其他元件：如时序器、加法器、数据存储器、编码器、减法器、译码器等。 上述元件在PLC内部都是由软件实现的，并不存在它们的物理实体，因此常称之为“虚拟元件或“软元件。将它们相互衔接构成复杂控制逻辑的过程称为“软衔接，放入PLC后那么是一段程序 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理(5) 梯形图梯形图(Ladder Diagram)： 【例】

7、 交流电机单向运转的启停控制。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理PLC控制的接线图 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理PLC梯形图 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理PLC控制的助记符程序控制的助记符程序 步号指令数据0000LD000010001OR010010002AND NOT000020003OUT010010004END 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理4.1.2 PLC的主

8、要功能和特点的主要功能和特点 一一 PLC的主要功能的主要功能 1步进顺序控制步进顺序控制2限时控制限时控制 3条件控制条件控制 4计数控制计数控制 5模模/数和数数和数/模转换模转换 6数据处置数据处置 7通讯和联网通讯和联网8冗余控制冗余控制 9监控功能监控功能 10其他功能其他功能 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理二二 PLC的特点的特点 1与继电器控制逻辑相比较与继电器控制逻辑相比较 控制逻辑：继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器控制逻辑：继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用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

9、控制逻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，其连线多而复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成后，想再辑，其连线多而复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成后，想再改动或添加功能都很困难。另外继电器触点数目有限，每只普通改动或添加功能都很困难。另外继电器触点数目有限，每只普通只需只需48对触点，因此灵敏性和扩展性都很差。而对触点，因此灵敏性和扩展性都很差。而PLC采用存储采用存储逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改动控制逻辑，逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改动控制逻辑，只需改动程序，故称为只需改动程序，故称为“软接线，其连线少，体积小，加之软接线，其连线少，体积小

10、，加之PLC中每只软继电器的触点数实际上无限制，因此灵敏性和扩展性都中每只软继电器的触点数实际上无限制，因此灵敏性和扩展性都很好。很好。PLC由中大规模集成电路组成，功耗小。由中大规模集成电路组成，功耗小。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 任务方式：当电流接通时，继电控制线路中各继电器都处于受约形状，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PLC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。 控制速度：继电控制逻辑依托触点的机械动作实现控制，任务频率低。触点的开闭动

11、作普通在几十毫秒数量级。另外机械触点还会出现抖动问题。而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度极快，普通一条用户指令的执行时间在微秒数量级。PLC内部还有严厉的同步，不会出现抖动问题。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 限时控制：继电控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进展限时控制。时间继电器普通分为空气阻尼式、电磁式、半导体式等，其定时精度不高，定时时间易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难。有些特殊的时间继电器构造复杂，不便维护。 PLC运用半导体集成电路作定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度相当高，定时范围普通从0.1

12、s到假设干分钟甚至更长，用户可根据需求在程序中设定定时值，然后由软件和硬件计数器来控制定时时间，定时精度小于10 ms且定时时间不受环境的影响。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 计数控制：PLC能实现计数功能，而继电控制逻辑普通不具备计数控制功能。 设计与施工：运用继电控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必需依次进展，周期长，而且修正困难。工程越大，这一点就越突出。而用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计(包括梯形图和程序设计)可以同时进展，周期短，且调试和修正都很方便。 电气控制与电气控制与PLC

13、PLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 可靠性和可维护性：继电控制逻辑运用了大量的机械触点，连线也多。触点开闭时会遭到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，它体积小、寿命长、可靠性高。PLC还配备有自检和监视功能，能检查出本身的缺点，并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。 价钱：继电控制逻辑运用机械开关、继电器和接触器，价钱比较廉价。而PLC运用中大规模集成电路，价钱比较昂贵。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和

14、工作原理结构和工作原理 2. 与微型计算机相比较与微型计算机相比较 运用范围：微机除了用在控制领域外，还大量用于科学计运用范围：微机除了用在控制领域外，还大量用于科学计算、数据处置、计算机通讯等方面。而算、数据处置、计算机通讯等方面。而PLC主要用于工业控制。主要用于工业控制。 运用环境：微机对环境要求较高，普通要在干扰小、具有运用环境：微机对环境要求较高，普通要在干扰小、具有一定的温度和湿度要求的机房内运用。而一定的温度和湿度要求的机房内运用。而PLC顺应于工程现场的顺应于工程现场的环境。环境。 输入输出：微机系统的输入输出：微机系统的I/O设备与主机之间采用微电联络，设备与主机之间采用微电

15、联络，普通不需求电气隔离。而普通不需求电气隔离。而PLC普通控制强电设备，需求电气隔离，普通控制强电设备，需求电气隔离，输入输出均用输入输出均用“光光电耦合，输出还采用继电器，可控硅或大功电耦合，输出还采用继电器，可控硅或大功率晶体管进展功率放大。率晶体管进展功率放大。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 程序设计：微机具有丰富的程序设计言语，例如汇编言语，FORTRAN言语、COBOL言语、PASCAL言语、C言语等，其语句多，语法关系复杂，要求运用者必需具有一定程度的计算机硬件和软件知识。而PLC提供应用户的编程语句数量少，逻辑简单，易于

16、学习和掌握。 系统功能：微机系统普通配有较强的系统软件，例如操作系统，能进展设备管理、文件管理、存储器管理等。它还配有许多运用软件，以方便用户。而PLC普通只需简单的监控程序，能完成缺点检查、用户程序的输入和修正、用户程序的执行与监视等功能。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 运算速度和存储容量：微机运算速度快，普通为微秒级。因有大量的系统软件和运用软件，故存储容量大。而PLC因接口的呼应速度慢而影响数据处置速度。普通接口呼应速度为2 ms，PLC巡回检测速度为每千字8 ms。PLC的指令少，编程也简短，故内存容量小。 价钱：微机是通用机，

17、功能完善，故价钱较高。而PLC是公用机，功能较少，其价钱是微机的非常之一左右。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理3. 与单板与单板(或单片或单片)计算机比较计算机比较 不如PLC容易掌握： 不如PLC运用简单： 不如PLC可靠： 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 4与集散系统比较与集散系统比较 PLC是由继电控制逻辑开展而来的，而集散系统是由继电控制逻辑开展而来的，而集散系统(TDCS)是由回路仪表控制开展而来。但两者的开展均与计算机控制技是由回路仪表控制开展而来。但两者的开展均与计算机

18、控制技术有关。术有关。 早期早期PLC在开关量控制、顺序控制方面有一定优势，在开关量控制、顺序控制方面有一定优势，而集散系统在回路调理、模拟量控制方面有一定优势。而集散系统在回路调理、模拟量控制方面有一定优势。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 三三 PLC的主要技术目的的主要技术目的 1用户存储器容量用户存储器容量 PLC中用户存储器普通由用户程序存储器和数据存储中用户存储器普通由用户程序存储器和数据存储器组成，小型器组成，小型PLC的用户存储器容量多为几的用户存储器容量多为几K字节，而大字节，而大型型PLC可到达几可到达几M字节。字节。

19、 2输入输出点数输入输出点数 输入输出的点数决议了输入输出的点数决议了PLC可控制的输入开关信号和可控制的输入开关信号和输出开关信号的总体数量。输出开关信号的总体数量。 3扫描速度扫描速度 扫描速度通常指扫描速度通常指PLC扫描扫描1 K字节用户程序所需的时字节用户程序所需的时间，普通以间，普通以ms/K为单位。为单位。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 4编程指令的种类和功能编程指令的种类和功能 某种程度上用户程序所完成的控制功能受限于某种程度上用户程序所完成的控制功能受限于PLC指令的种类指令的种类和功能。和功能。PLC指令的种类和功能

20、越多，用户编程那么越方便简单。指令的种类和功能越多，用户编程那么越方便简单。 5内部存放器的配置和容量内部存放器的配置和容量 用户编制用户编制PLC程序时，需求大量运用程序时，需求大量运用PLC内部的存放器存放变内部的存放器存放变量、中间结果、定时计数及各种标志位等数据信息。因此内部存量、中间结果、定时计数及各种标志位等数据信息。因此内部存放器的数量直接关系到用户程序的编制。放器的数量直接关系到用户程序的编制。 6PLC的扩展才干的扩展才干 在进展在进展PLC选型时，其扩展性是一个非常重要的要素。普通选型时，其扩展性是一个非常重要的要素。普通来说可扩展性包括存储容量的扩展、输入输出点数的扩展、

21、模块来说可扩展性包括存储容量的扩展、输入输出点数的扩展、模块的扩展、通讯联网功能的扩展等。的扩展、通讯联网功能的扩展等。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理4.1.3 PLC的运用领域和开展趋势的运用领域和开展趋势 一、PLC的运用领域。假设按运用类型来划分，可编程序控制器的运用可分为以下几个类型： (1) 开关逻辑和顺序控制：这是可编程序控制器最根本的控制功能，在工业场所运用最广泛，可替代继电器控制系统。开关量逻辑控制不但能用于单台设备，而且可用于消费线上。 (2) 过程控制：PLC经过模拟量I/O模块，可对温度、流量、压力等延续变化的模拟

22、量进展控制。大中型PLC都具有PID闭环控制功能并已广泛地用于电力、化工、机械、冶金等行业。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 (3) 运动控制：PLC可运用于对直线运动或圆周运动的控制，如数控机床、机器人、金属加工、电梯控制等。 (4) 多级控制网络系统：PLC之间、PLC与计算机之间及其他智能控制设备之间可以联网通讯，实现远程数据处置和信息共享，从而构成工厂CIMS/CIPS系统。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理二二 PLC的开展趋势的开展趋势 1小型化方向开展小型化方向开展 目前的

23、小型PLC大都局限在开关量输入输出，而且CPU和I/O部件组装在一个箱体内，今后的小型PLC也将添加模拟量处置功能，而且也将有灵敏的组态特性，并且能与其他机型连用。在提高系统可靠性的根底上，产品的体积越来越小，功能越来越强。如OMRON公司新推出CPM1 PLC的体积约130 mm89 mm84 mm，可以放在手掌上，可衔接的输入和输出为10点，并可以扩展到20、30乃至50点，支持91个指令编程，根本指令的执行时间为0.72s，特殊指令的执行时间也仅16.3s。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 2大型化方向开展大型化方向开展 主要有以下

24、几个方面：主要有以下几个方面： 功能不断加强：不仅具有逻辑运算、计数、定时等根本功功能不断加强：不仅具有逻辑运算、计数、定时等根本功能，还具有数值运算、模拟调理、监控、记录、显示、与计算机能，还具有数值运算、模拟调理、监控、记录、显示、与计算机接口、通讯等功能。接口、通讯等功能。 网络功能是网络功能是PLC开展的一个重要特征。各种个人计算机，开展的一个重要特征。各种个人计算机，图形任务站、小型机等都可以作为图形任务站、小型机等都可以作为PLC的监控主机或任务站，这的监控主机或任务站，这些安装的结合可以提供屏幕显示、数据采集、记录坚持、回路面些安装的结合可以提供屏幕显示、数据采集、记录坚持、回路

25、面板显示等功能。大量的板显示等功能。大量的PLC联网及不同厂家消费的联网及不同厂家消费的PLC兼容性添兼容性添加，使得分散控制或集中管理都能随便地实现。加，使得分散控制或集中管理都能随便地实现。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 运用范围不断扩展：不仅能进展普通的逻辑控制，种类齐全的接口模块还能进展中断控制、智能控制、过程控制、远程控制等。 用于过程控制的PLC往往对存储器容量及速度要求较高，为此，开发了高速模拟量输入模块，公用独立的PID控制器，多路转换器等，使得数字技术和模拟量技术在可编程序控制器中得到一致。采用软件、硬件相结合的方法，

26、使得编程和接线都比过去用常规仪表控制要方便得多。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 性能不断提高：采用高性能微处置器，提高处置速度，加快PLC的呼应时间；为了扩展存储容量，许多公司已运用了磁泡存储器或硬盘；采用多处置器技术，以提高性能；采用冗余热备用系统或三选二表决系统，以提高系统可靠性。 为了进一步简化在公用控制领域的系统设计及编程，公用智能输入输出模块越来越多，如公用智能PID控制器、智能模拟量I/O模块、智能位置控制模块、言语处置模块、公用数控模块、智能通讯模块、计算模块等，这些模块的一个特点就是本身具有CPU，能独立任务，它们与PL

27、C主机并行操作，无论在速度、精度、顺应性、可靠性各方面都对PLC进展了极好的补充。它们与PLC严密结合，有助于抑制PLC扫描任务方式的局限，完成PLC本身无法完成的许多功能。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 编程软件的多样化和高级化、规范化：采用多种编程言语，有面向顺序控制的步进顺序文语和面向过程控制系统的流程图言语，后者是一种面向功能块的言语，可以表示过程中动态变量与信号的相互结合；还有与计算机兼容的高级言语，如BASIC、C及汇编言语；另外还有公用的高级言语，例如三菱的MELSAP采用编译的方法将语句变为梯形图程序；也有采用布尔逻辑言语

28、的，CPU能直接执行AND、OR、XOR、NOT操作，这种言语执行速度很快，但不很直观。PLC也将具有数据库，并可实现整个网络的数据库共享，还将不断开展自顺应控制和专家系统。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 构成方式的分散化和集散化：PLC与I/O口分散，分散的每个I/O口输入输出点数可以少到十几个点，分散的单元可以是几十个或上百个，通讯和网络功能逐渐加强。作为CIMS、CIPS的分支不断开展，PLC本身也可分散，分散的PLC与上位机结合构成集散系统，分散地进展控制，这就便于构成多层分布式控制，以实现整个工厂或企业的自动化控制和管理。不同

29、机型的PLC之间、PLC与计算机之间可方便地联网，实现资源共享，加上功能强大的网络监控软件，就构成大型PLC控制网络系统。 电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理4.2 PLC4.2 PLC的根本构造的根本构造4.2.1 PLC的组成及其各部分的功能的组成及其各部分的功能4.2.2 PLC的构造方式的构造方式电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理4.2.1 PLC的组成及其各部分的功能的组成及其各部分的功能一一 PLC的根本组成的根本组成PLC的根本组成的根本组成中央处理单元(CPU)系统存储器用户

30、存储器输入部件输出部件外设接口I/O扩展口编程器电源可编程序控制器至现场用户设备接触器指示灯电磁阀电源模拟量输出来自用户设备按钮选择开关限位开关电源模拟量输入电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理PLC的单总线构造框图输出锁存、电平转换等I/O扩展智能I/O输入滤波、电平转换、锁存功能开关和指示器编程器微处理器CPU系统程序EPROM用户数据RAM用户程序EPROM存储器扩展通信接口系统总线去现场来自现场后备电池至其他PC监视器或打印机光电耦合光电耦合、继电器或可控硅电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工

31、作原理二二 PLC各组成部分的功能各组成部分的功能 1输入部件输入部件 输入部件是输入部件是PLC与工业消费现场被控对象之间的衔接部件，是与工业消费现场被控对象之间的衔接部件，是现场信号进入现场信号进入PLC的桥梁。该部件接纳由主令元件、检测元件来的桥梁。该部件接纳由主令元件、检测元件来的信号。的信号。 主令元件是指由用户在控制键盘主令元件是指由用户在控制键盘(或控制台或控制台)上操作的一切功能上操作的一切功能键，如开机、关机、调试或紧急停车等按键。主令元件给出的信键，如开机、关机、调试或紧急停车等按键。主令元件给出的信号称为主令信号。检测元件的功能是检测一些物理量号称为主令信号。检测元件的功

32、能是检测一些物理量(如行程间隔、如行程间隔、速度、位置、压力、流量、液位、温度、电压、电流等速度、位置、压力、流量、液位、温度、电压、电流等)在设备任在设备任务进程中的形状，并经过输入部件送入务进程中的形状，并经过输入部件送入PLC以控制任务程序的转以控制任务程序的转换等。常见的检测元件有行程开关、限位开关、光电检测开关、换等。常见的检测元件有行程开关、限位开关、光电检测开关、继电器触点及其他各类传感器等。继电器触点及其他各类传感器等。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 输入方式有两种，一种是数字量输入(也称为开关量或接点输入)，另一种是模拟

33、量输入(也称为电平输入)。后者要经过模拟/数字变换部件才干进入PLC。 输入部件均带有光电耦合电路，其目的是把PLC与外部电路隔分开来，以提高PLC的抗干扰才干。为了与现场信号衔接，输入部件上设有输入接线端子排。为了滤除信号的噪声和便于PLC内部对信号的处置，输入部件内部还有滤波、电平转换、信号锁存电路。 各PLC消费厂家都提供了多种方式的I/O部件或模块，供用户选用。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理输入接口电路输入接口电路电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理ININCOMAC220 V0.

34、33 F470 330 k910 内部电路输入指示灯ININCOM3 k1.8 k内部电路输入指示灯0.01 F24 VDC(a)(b)电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 2输出部件输出部件 输出部件也是输出部件也是PLC与现场设备之间的衔接部件，其功能是控与现场设备之间的衔接部件，其功能是控制现场设备进展任务制现场设备进展任务(如电机的启、停、正如电机的启、停、正/反转，阀门的开、关，反转，阀门的开、关，设备的转动、挪动、升降等设备的转动、挪动、升降等)。对于。对于PLC，希望它能直接驱动执，希望它能直接驱动执行元件，如电磁阀、微电机、接触

35、器、灯和音响等，因此，输出行元件，如电磁阀、微电机、接触器、灯和音响等，因此，输出部件中的输出级常是一些大功率器件，如机械触点式继电器、无部件中的输出级常是一些大功率器件，如机械触点式继电器、无触点交流开关触点交流开关(如双向可控硅如双向可控硅)及直流开关及直流开关(如晶体三极管如晶体三极管)等。等。 与输入部件类似，输出部件上也有输出形状锁存、显示、电与输入部件类似，输出部件上也有输出形状锁存、显示、电平转换和输出接线端子排。输出部件或模块也有多种类型供选用。平转换和输出接线端子排。输出部件或模块也有多种类型供选用。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构

36、和工作原理继电器输出继电器输出晶体管输出晶体管输出晶闸管输出晶闸管输出三种输出类型三种输出类型输出最大开闭才干继电器交流250 V/直流24 V, 2 A晶体管直流524 V, 0.5 A可控硅交流85250 V, 1 A电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理内部电路输出指示灯LOUTOUTc250 VAC24 VDC max继电器输出电路电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理内部电路V输入指示灯LL熔丝GGS(Nagasawa)熔丝OUTOUTCOM24 VDC5 A 125 V 5.2直径20晶

37、体管输出电路电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理内部电路输出指示灯FULOUT250 VAC maxLOUTCOM熔丝：3A 250 V(5.2直径20)MQ4(SOC)可控硅输出电路电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理COM010003050402070911060810010305000204NC24 VDC输入设备0CH1CH00COM COM COM0102040503COM06COM010307000210CH11CH250 VAC24 VDC负载I/O接线接线电气控制与电气控制与PL

38、CPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 3中央处置器中央处置器(CPU) 与普通的计算机控制系一致样，与普通的计算机控制系一致样，CPU是整个系统的中心，它是整个系统的中心，它按按PLC中系统程序赋予的功能，指挥中系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进展任务。有条不紊地进展任务。其主要义务有：控制从编程器键入的用户程序和数据的接纳与存其主要义务有：控制从编程器键入的用户程序和数据的接纳与存储；用扫描的方式经过储；用扫描的方式经过I/O部件接纳现场的形状或数据，并存入输部件接纳现场的形状或数据，并存入输入形状表或数据存储器中；诊断电源、入形状表或数据存储器中；诊断电源

39、、PLC内部电路的任务缺点内部电路的任务缺点和编程中的语法错误等；和编程中的语法错误等；PLC进入运转形状后，从存储器逐条读进入运转形状后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的义务进展数据传送、取用户指令，经过命令解释后按指令规定的义务进展数据传送、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的形状和输逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的形状和输出存放器表的内容，再经由输出部件实现输出控制、制表打印或出存放器表的内容，再经由输出部件实现输出控制、制表打印或数据通讯等功能。数据通讯等功能。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和

40、工作原理 目前，小型PLC为单CPU系统，而中型及大型PLC那么为双CPU甚至多CPU系统。PLC所采用的微处置器有三种： (1) 通用微处置器。小型PLC普通运用8位微处置器如8080/8085、6800和Z80等，大中型PLC除运用位片式微处置器外，大都运用16位或32位微处置器。当前不少PLC的CPU已晋级到INTEL公司的微处置器产品，有些已采用奔腾(PENTIUM)处置器，如西门子公司的S7-400。采用通用微处置器的优点是：价钱廉价，通用性强，还可借用微机成熟的实时操作系统和丰富的软硬件资源。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 (

41、2) 单片微处置器(即单片机)。它具有集成度高、体积小、价钱低及可扩展性好等优点。如INTEL公司的8位MCS-51系列运转速度快，可靠性高，体积小，很适宜于小型PLC；16位96系列速度更快，功能更强，适宜于大中型PLC运用。 (3) 位片式微处置器。它是独立于微型机的一个分支，多为双极型电路，4位为一片，几个位片级联可组成恣意字长的微处置器，代表产品有AMD2900系列。PLC中位片式微处置器的主要作用有两个，一是直接处置一些位指令，从而提高了位指令的处置速度，减少了位指令对字处置器的压力；二是将PLC的面向工程技术人员的言语(梯形图、控制系统流程图等)转换成机器言语。 模块式PLC把CP

42、U作为一种模块，备有不同型号供用户选择。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 4. 存储器及存储器扩展存储器及存储器扩展 PLC中存储器的功能与普通微机系统中的存储器功能类似，中存储器的功能与普通微机系统中的存储器功能类似，用来存储系统程序和用户的程序与数据。目前主要采用的系统程用来存储系统程序和用户的程序与数据。目前主要采用的系统程序存储器是指用来存放系统管理、用户指令解释及规范程序模块、序存储器是指用来存放系统管理、用户指令解释及规范程序模块、系统调用等程序的存储器，常用系统调用等程序的存储器，常用EPROM构成。用户存储器用来构成。用户存

43、储器用来存储用户编制的梯形图程序或用户数据。存储用户程序的叫用户存储用户编制的梯形图程序或用户数据。存储用户程序的叫用户程序存储器，常用程序存储器，常用EPROM或或EEPROM构成。存储用户数据的构成。存储用户数据的叫用户数据存储器，常用叫用户数据存储器，常用RAM构成，为防止掉电时信息的丧失，构成，为防止掉电时信息的丧失，有后备电池作维护。有后备电池作维护。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 由于PLC系统程序关系到PLC的性能，不能由用户直接存取，因此，PLC产品样本或运用手册中所列存储器方式及其容量普通都是指用户存储器而言。 PLC中

44、已提供一定容量的存储器供用户运用，但对有些用户，能够还不够用，因此大部分PLC都提供了存储器扩展(EM)功能，用户可以将新增的存储器扩展模板直接插入CPU 模板中，也有的是插入中央基板中。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 5. 通讯接口通讯接口 为了实现为了实现人人-机机或或机机-机机之间的对话，之间的对话，PLC中配有多种中配有多种通讯接口。经过这些通讯接口，通讯接口。经过这些通讯接口，PLC可以与监视器、打印机、可以与监视器、打印机、其他其他PLC或计算机相连。或计算机相连。 当当PLC与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出与打印

45、机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印；当与监视器打印；当与监视器(CRT)相连时，可将过程图像显示出来；当相连时，可将过程图像显示出来；当与其他与其他PLC相连时，可以组成多机系统或连成网络，实现更大相连时，可以组成多机系统或连成网络，实现更大规模的控制；当与计算机相连时，可以组成多级控制系统，实规模的控制；当与计算机相连时，可以组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合系统。现控制与管理相结合的综合系统。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 6. 智能I/O接口 为了满足更加复杂控制功能的需求，PLC配有多种智能I/O接口。例如满足位

46、置调理需求的位置闭环控制模板，对高速脉冲进展计数和处置的高速计数模板等等。这类智能模板都有其本身的处置器系统。 7. I/O扩展接口 当一个PLC中心单元的I/O点数不够用时，就要对系统进展扩展。扩展接口就是用于衔接中心根本单元与扩展单元的。 8. 功能开关与指示灯 功能开关是用来控制PLC任务形状的，如编程、监视、运转开关等。指示灯有PLC任务情况指示灯、电源指示灯，电压过低指示灯等。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 9. 编程器编程器 编程器的作用是供用户进展程序的输入、编辑、调试和监视。编程器的作用是供用户进展程序的输入、编辑、调试和

47、监视。有的编程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信有的编程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在磁带上。磁带上的信息可以重新装入息打印出来或存放在磁带上。磁带上的信息可以重新装入PLC。 编程器有简易型和智能型两类。简易型编程器只能联机编程，编程器有简易型和智能型两类。简易型编程器只能联机编程，且往往需求将梯形图转化为机器言语助记符后才干送入，简易编且往往需求将梯形图转化为机器言语助记符后才干送入，简易编程器普通由简易键盘和发光二极管矩阵或其他显示器件组成。智程器普通由简易键盘和发光二极管矩阵或其他显示器件组成。智能编程器又称图形编程器，它可以联机编程，

48、也可以脱机编程，能编程器又称图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有具有LCD(液晶显示器液晶显示器)或或CRT图形显示功能，可直接输入梯形图图形显示功能，可直接输入梯形图和经过屏幕对话。和经过屏幕对话。 也可以利用微机作为编程器，这时微机应配有相应的软件包。也可以利用微机作为编程器，这时微机应配有相应的软件包。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理4.2.2 PLC的构造方式的构造方式一一 单元式构造单元式构造 单元式构造的PLC电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理二二 模块式构造模块式

49、构造模块式构造模块式构造PLC的构造的构造 电源单元DIN导轨 CPU单元电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理三三 叠装式构造叠装式构造 前者构造紧凑、安装方便、体积小巧，易于与被控设备组合成一个整体，但由于每个单元的I/O点数有一定的搭配关系，有时配置的系统输入点或输出点不能充分利用，加之各单元尺寸大小不一致，因此不易安装整齐。而后者无论是输入还是输出点数均可灵敏配置，又易于构成较多点数的大规模控制系统，且尺寸一致、安装整齐，但是尺寸较大，难于与小型设备联成一体。为此有些PLC消费厂家开发出叠装式构造，将二者的优点结合起来。叠装式构造的CPU

50、、电源、I/O等单元也是各自独立的模块，但它们相互的衔接安装不需求用基板，仅用电缆衔接即可，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵敏配置，还可以将体积做得小巧。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理4.3.1 PLC的任务过程的任务过程4.3.2 PLC的运用步骤的运用步骤4.3 PLC4.3 PLC的任务原理的任务原理电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理4.3.1 PLC的任务过程的任务过程一一 大中型大中型PLC的任务过程的任务过程电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLC

51、PLC结构和工作原理结构和工作原理电源启动电源检查WDT时间与编程器交换信息是否用DPU？与DPU交换信息是否有网络？与网络交换信息状态判定执行用户程序I/O服务I / O故障运行停止运行NNYY123456大中型大中型PLC的任务过程的任务过程电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 1自监视扫描阶段自监视扫描阶段 为了保证任务的可靠性，为了保证任务的可靠性，PLC内部具有自监视或自诊断功能。内部具有自监视或自诊断功能。自监视功能是由监视定时器自监视功能是由监视定时器WDT(Watch-dog Timer)完成的，完成的，WDT 是一个硬件时钟。

52、自监视过程主要是检查及复位是一个硬件时钟。自监视过程主要是检查及复位WDT。假。假设在复位前，扫描时间已超越设在复位前，扫描时间已超越WDT的设定值，的设定值，CPU将停顿运转、将停顿运转、输入输入/输出复位，并给出报警信号。这种缺点称为输出复位，并给出报警信号。这种缺点称为WDT缺点。缺点。WDT缺点能够由缺点能够由CPU硬件引起，也能够由于用户程序执行时间太硬件引起，也能够由于用户程序执行时间太长，使扫描周期超越长，使扫描周期超越WDT的规定时间而引起。用编程器可以去除的规定时间而引起。用编程器可以去除WDT缺点。缺点。 WDT的设定时间普通为的设定时间普通为150200 ms，而普通系统

53、的扫描时，而普通系统的扫描时间均小于间均小于5060 ms。有些。有些PLC中，用户可以对中，用户可以对WDT的时间进展的时间进展修正修正(修正方法在运用手册中给出修正方法在运用手册中给出)。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 2. 与编程器交换信息的扫描阶段与编程器交换信息的扫描阶段 用户程序经过编程器写入用户程序经过编程器写入PLC，以及用编程器进展在线监视，以及用编程器进展在线监视和修正时，和修正时，CPU将总线的控制权交给编程器，将总线的控制权交给编程器，CPU处于被动形状。处于被动形状。当编程器完成处置任务或到达信息交换的规定时间，

54、当编程器完成处置任务或到达信息交换的规定时间，CPU重新得重新得到总线权，并恢复自动形状。到总线权，并恢复自动形状。 在这一扫描阶段，用户可以经过编程器修正内存程序，启动在这一扫描阶段，用户可以经过编程器修正内存程序，启动或停顿或停顿CPU，读，读CPU形状，封锁或开放输入形状，封锁或开放输入/输出，对逻辑变量和输出，对逻辑变量和数字变量进展读写等。数字变量进展读写等。 3. 与数字处置器与数字处置器DPU交换信息的扫描阶段交换信息的扫描阶段 当系统配有数字处置器时，一个扫描周期中才包含这一阶段。当系统配有数字处置器时，一个扫描周期中才包含这一阶段。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章

55、 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 4. 网络进展通讯的扫描阶段网络进展通讯的扫描阶段 在配有网络的在配有网络的PLC系统中，才有通讯扫描阶段。在这一阶系统中，才有通讯扫描阶段。在这一阶段，段，PLC与与PLC之间，之间，PLC与磁带机或与上位计算机之间进展与磁带机或与上位计算机之间进展信息交换。信息交换。 5. 用户程序扫描阶段用户程序扫描阶段 PLC处于运转形状时，一个扫描周期中包含了用户程序扫处于运转形状时，一个扫描周期中包含了用户程序扫描阶段。描阶段。 在用户程序扫描阶段，对应于用户程序存储器所存的指令，在用户程序扫描阶段，对应于用户程序存储器所存的指令，PLC从输入形状暂存区

56、和其他软元件的形状暂存区中将有关元从输入形状暂存区和其他软元件的形状暂存区中将有关元件的通件的通/断形状读出，从第一条指令开场顺序执行，每一步的执断形状读出，从第一条指令开场顺序执行，每一步的执行结果均存入输出形状暂存区。行结果均存入输出形状暂存区。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 6. 输入输入/输出输出(I/O)效力扫描阶段效力扫描阶段 CPU在执行用户程序时，运用的输入值不是直接从实践输在执行用户程序时，运用的输入值不是直接从实践输入端得到的，运算的结果也不直接送到实践输出端，而是在内存入端得到的，运算的结果也不直接送到实践输出端，而

57、是在内存中设置了两个暂存区，一个是输入暂存区或称输入映像存放器，中设置了两个暂存区，一个是输入暂存区或称输入映像存放器，一个是输出暂存区或称输出映像存放器。用户程序中所用到的输一个是输出暂存区或称输出映像存放器。用户程序中所用到的输入值是输入形状暂存区的值，运算结果放在输出形状暂存区中。入值是输入形状暂存区的值，运算结果放在输出形状暂存区中。图图2.3.2给出了用户程序执行阶段与给出了用户程序执行阶段与I/O效力阶段的信息流程图。效力阶段的信息流程图。在输入效力在输入效力(输入采样及输入刷新输入采样及输入刷新)扫描过程中，扫描过程中，CPU 将实践输入将实践输入端的形状读入输入形状暂存区。在输

58、出效力端的形状读入输入形状暂存区。在输出效力(输出刷新与锁存输出刷新与锁存)扫扫描过程中，描过程中，CPU将输出形状暂存区的值同时传送到输出形状锁将输出形状暂存区的值同时传送到输出形状锁存器。存器。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理 由于输入/输出暂存区的设置，使PLC对输入/输出的处置具有以下特点： 输入形状暂存区的数据，取决于输入效力阶段各实践输入点的通/断形状。在用户程序执行阶段，输入形状暂存区的数据不再随输入的变化而变化。 在用户程序执行阶段，输出形状暂存区的内容随程序执行结果不同而随时改动，但输出形状锁存器的内容不变。 在输出效力阶

59、段，将用户程序执行阶段的最终结果由输出形状暂存区传送到输出形状锁存器。输出端子的形状由输出形状锁存器决议。电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理I/O效力阶段与用户程序执行阶段输入端子输入滤波及光电耦合输入状态暂存器输出状态锁存器输出状态暂存器输出光电耦合及功率放大输出端子输入输出梯形图输入采样阶段用户程序执行阶段输出执行阶段电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理二二 小型小型PLCPLC的任务过程的任务过程电气控制与电气控制与PLCPLC第四章第四章 PLCPLC结构和工作原理结构和工作原理上 电清I/O和内部电器复位定时器