PLC课件(第2章)

1、PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章概 述 PLCPLC在早期是一种开关逻辑控制装置，被在早期是一种开关逻辑控制装置，被称为可编程序逻辑控制器称为可编程序逻辑控制器(Programmable (Programmable Logic Controller)Logic Controller)，简称，简称PLCPLC。 随着计算机技术和通信技术的发展，随着计算机技术和通信技术的发展，PLCPLC采用微处理器作为其控制核心，它的功能已采用微处理器作为其控制核心，它的功能已不再局限于逻辑控制的范畴。因此，不再局限于逻辑控制的范畴。因此，19801980年年美国电气制造协会美国电气制造协会(NEMA

2、)(NEMA)将其命名为将其命名为Programmable Controller(PCProgrammable Controller(PC) )，但为避免与，但为避免与个人计算机个人计算机(Personal Computer)(Personal Computer)的简称的简称PCPC混混淆，习惯上仍将其称为淆，习惯上仍将其称为PLCPLC。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLC的定义 国际电工委员会（ IEC）于 1982年11月1985年1月对可编程序控制器作了如下的定义：“可可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用

3、而设计。它采用可编程专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制令，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章19681968年

4、美国通用汽车公司提出的年美国通用汽车公司提出的替代继电器替代继电器控控制系统的新型控制器的制系统的新型控制器的十项指标（十项指标（GMGM十条）十条）： 1） 编程简单、现场可编程简单、现场可 修改程序；修改程序； 2）维护方便、采用插）维护方便、采用插 件式结构；件式结构； 3）可靠性高于继电器）可靠性高于继电器 控制系统；控制系统； 4）体积小于继电器控）体积小于继电器控 制系统；制系统； 5）数据可以直接送入）数据可以直接送入 计算机；计算机；6）成本可与继电器系）成本可与继电器系统竞争；统竞争；7）输入可为市电；）输入可为市电；8）输出可为市电，能）输出可为市电，能直接驱动电磁阀、交直

5、接驱动电磁阀、交流接触器等；流接触器等；9）通用性强、易于扩）通用性强、易于扩展；展；10）用户存储器大于）用户存储器大于4K。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLC的产生与发展 PLC的发展经历了五个重要时期 ：（1）从产生到）从产生到20世纪世纪70年代初期。年代初期。CPU由中小规模数字集成电路组成，存储器为磁芯存储器，控制功能比较简单。 （2）20世纪世纪70年代末期。年代末期。采用CPU微处理器，存储器采用半导体存储器，体积减小，数据处理能力有很大提高。（3）20世纪世纪70年代末到年代末到80年代中期。年代中期。PLC开始采用8位和16位微处理器，使数据处理能力和速度大大

6、提高。（4）20世纪世纪80年代中期到年代中期到90年代中期。年代中期。超大规模集成电路促使PLC完全计算机化，CPU已经开始采用32位微处理器。（5）20世纪世纪90年代中期至今。年代中期至今。PLC使用16位和32位微处理器，出现了智能化模块，可以实现对各种复杂系统的控制。 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLC与继电接触器控制系统的比较 1灵活性和扩展性 极佳2可靠性高和可维护性好3控制速度快和稳定性高4延时的可调性好与精度高5设计与施工周期短，调试修改方便6性能价格比高 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLC与计算机控制系统的比较 1、PLC系统采用功能模块的结构形

7、式，系统的组合性好。2、PLC系统采用扫描方式工作，有利于顺序逻辑控制的实施 。3、PLC系统是分散的自治系统，把危险和功能分散，实现分散综合的控制结构。4、 PLC适应恶劣工业应用环境，工业用微机的耐环境水平无论是在硬件还是在软件上都无法和PLC相比。5、PLC程序设计简单，易学易懂易维护，更适合工程技术人员 。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章PLC的基本组成PLC主要由CPU模块、输入/输出模块、电源模块和外部设备组成 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章输出设备输出设备输入设备输入设备 I/OI/O扩展扩展 单元单元 特殊功特殊功 能单元能单元主机主机输出单元输出单元输入

8、单元输入单元 电电 源源外设接口外设接口I/O/O扩扩展展口口存存 储储 器器 系统程序系统程序 存储器存储器 C P U 用户程序用户程序 存储器存储器盒式磁带机盒式磁带机打印机打印机EPROMEPROM写入器写入器 上位计算机上位计算机 PLCPLC编程器编程器可编程终端可编程终端PTPT 整体式整体式 PLC的基本组成框图的基本组成框图PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 组合式组合式 PLC的基本组成框图的基本组成框图 系系 统统 总总 线线通信单元通信单元 控控 制制 系系 统统 现现 场场 过过 程程CPU单元单元输出单元输出单元 编程器编程器PLC或或上位计算机上位计算机智

9、能智能I/O单元单元输入单元输入单元PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 输入、输出接口：输入、输出接口：采用光电隔离，实现了采用光电隔离，实现了PLC的内部电的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。输出接口作用：输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外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。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：输出三种形式：继电器继电器 - 低速大功率低速大功率 可

10、控硅可控硅 - 高速大功率高速大功率 晶体管晶体管 - 高速小功率高速小功率输入接口作用：输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，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。转换成数字信号送入主机。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章（1）输入接口电路：）输入接口电路：采用采用光电耦合器，防止强电干扰。光电耦合器，防止强电干扰。COM光电三极管光电三极管发光二极管发光二极管直流电源直流电源输入端子输入端子+PLCIn+24V发光二极管发光二极管PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 直流输入电路直流输入电路COM+5VLEDSR3R1AR2CT 内内 部

11、部 电电 路路滤波滤波 光电耦合光电耦合 外部开关外部开关 输入点的输入点的状态显示状态显示 输入点输入点 公共端公共端 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 交流输入电路交流输入电路LED+5VAR2COMSCR1 内内 部部 电电 路路R3滤波滤波 光电耦合光电耦合 输入点的输入点的状态显示状态显示 外部开关外部开关 输入点输入点 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章继电器输出继电器输出（2）输出接口电路：）输出接口电路：以以继电器形式为例继电器形式为例：PLC内内部部电电路路内内部部电电路路K+交流电源或交流电源或直流电源直流电源QCOM-PLC原理及应用原理及应用 第第2

12、2章章 晶体管输出电路晶体管输出电路COMT2LEDDFU+5V内内 部部 电电 路路T1R1R2R3负载负载光电耦合光电耦合 输出点的输出点的状态显示状态显示 公共端公共端 输出点输出点 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 晶闸管输出电路晶闸管输出电路COMLEDR2 C TFU内内 部部 电电 路路R1负载负载光电耦合光电耦合 输出点的输出点的状态显示状态显示 公共端公共端 输出点输出点 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 继电器输出电路继电器输出电路COMLED K R内内 部部 电电 路路负载负载输出点的输出点的状态显示状态显示 继电器继电器 机械机械触点触点 公共端公

13、共端 输出点输出点 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章用户程序的循环扫描过程 1） 输入采样 PLC在系统程序控制下，以扫描方式顺序读输入端口的状态（如开关的接通或断开），并写入输入状态寄存器，此时输入状态寄存器被刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变。输入状态的改变只能在下一个扫描周期输入采样到来时，才能重新读入。2） 程序执行 PLC按照梯形图先左后右、先上后下的顺序，扫描执行每一条用户程序。执行程序时所用的输入变量和输出变量，是在相应的输入状态寄存器和输出状态寄存器中取用，运算的结果写入输出状态寄存器。3）输出刷新 将输出

14、状态寄存器的内容传送给输出端口，驱动输出设备，这才是PLC的实际输出。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章输入、输出延迟响应 由于由于PLC采用循环扫描的工作方式，而且采用循环扫描的工作方式，而且对输入对输入/输出信号只在每个扫描周期的固定时间输出信号只在每个扫描周期的固定时间集中输入集中输入/输出，所以必然会产生输出信号相对输出，所以必然会产生输出信号相对输入信号的滞后现象。输入信号的滞后现象。 输入输入/输出滞后响应又称系统响应时间，是输出滞后响应又称系统响应时间，是指指PLC的外部输入信号发生变化到它控制的有的外部输入信号发生变化到它控制的有关外部输出信号发生变化的时间间隔。关外部

15、输出信号发生变化的时间间隔。 它由它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分三部分组成。组成。 PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 产生产生I/O滞后现象的原因滞后现象的原因 PLC的的I/O滞后现象滞后现象（1） 由于由于PLC采用循环扫描的工作方式。采用循环扫描的工作方式。 PLC只在每个扫描周期的只在每个扫描周期的I/O刷新阶段集中输入刷新阶段集中输入/输输出，导致输出信号相对输入信号滞后。出，导致输出信号相对输入信号滞后。（2 2） 输入滤波器对信号的延迟作用。输入滤波器对信号的

16、延迟作用。滤波器时间常数越大，对输入信号的延迟作用越强。滤波器时间常数越大，对输入信号的延迟作用越强。有的有的PLCPLC其输入电路滤波器的时间常数可以调整。其输入电路滤波器的时间常数可以调整。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章输出输出ON延时。延时。 （3） 输出继电器的动作延迟（继电器输出型输出继电器的动作延迟（继电器输出型PLC）从输出锁存器从输出锁存器ON、到输出触点、到输出触点ON经历一定时间经历一定时间 （4） 用户程序的长短及语句编排。用户程序的长短及语句编排。要求有较快响应的场合要求有较快响应的场合最好不要使用最好不要使用继电器输出型继电器输出型PLC。 I/O滞后现象

17、，对慢速控制系统影响不大。滞后现象，对慢速控制系统影响不大。要求快速响应的场合，需要解决要求快速响应的场合，需要解决I/O速度问题。速度问题。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章输入、输出延迟响应 输入电路滤波时间，它由输入电路滤波时间，它由RC滤波电路的时间常数决定。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。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循环扫描的工作方式 用户程序中语句的安排用户程序中语句的安排 PLC对输入采样、输出刷新的集对输入采样、输出刷新的集中处理方式中处理方式 输出电路的滞后时间，它与输出电路的输出方式有关。输出电路的滞后时间，它与

18、输出电路的输出方式有关。继电器输出方式的滞后时间为继电器输出方式的滞后时间为10ms左右；双向晶闸管输出左右；双向晶闸管输出方式，在接通负载时滞后时间约为方式，在接通负载时滞后时间约为1ms，切断负载时滞后时，切断负载时滞后时间小于间小于10ms；晶体管输出方式的滞后时间小于；晶体管输出方式的滞后时间小于1ms。PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章CPU读输入读输入输入输出延迟时间最短响应时间输入输入/输出输出刷新时间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PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章CPU读输入读输入输入输入/输出输出刷新时间刷新时间最长响应时间=输入延迟时间+两个扫描时间+输出延迟时间输入输出延迟时间最短响应时间PLC原理及应用原理及应用 第第2 2章章 I/O响应时间的估算响应时间的估算 以以20点的继电器输出型点的继电器输出型CPM1A为例。为例。 设输入设输入ON延时为延时为8毫秒毫秒 公共处理和公共处理和I/O刷新时间为刷新时间为2毫秒毫秒 执行用户程序时间为执行用户程序时间为14毫秒毫秒 输出输出ON延时为延时为15毫秒毫秒输入状态经过一个扫描周期后在输出得到响应输入状态经过一个扫描周期后在输出得到响应 最小最小I/O响应时间