PLC工作原理-PPT课件

1、第四章 PLC工作原理 一、可编程控制器概述 二、可编程控制器的基本原理 三、可编程控制器的性能指标 本章主要讲解什么是PLC？1.可编程控制器的定义是一种工业控制装置是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。通用叫法中文名称为可编程控制器；英文名称为Programmable Logic Controller，简称PLC。一、可编程控制器概述 1.可编程控制器的定义1987年，国际电工委员会（IEC）定义： “可编程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而设计。它采用可编程序的

2、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指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。 2.可编程控制器的产生因为继电器逻辑电路配线复杂2.可编程控制器的产生背景：1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。 1968年，GM公司提出十项设计标准：编程简单，可在现场修改程序；

3、维护方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；成本可与继电器控制柜竞争；可将数据直接送入计算机；可直接使用115V交流输入电压；输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；通用性强，扩展方便;能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。2.可编程控制器的产生1969年，美国数字设备公司研制第一台可编程控制器，并应用于工业现场。2.可编程控制器的产生3. 可编程控制器的特点无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强 通用性强，控制程序可变，使用方便硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强编程简单，容易掌握 系统的设计、安装、调试工作量少维修工作量小，维护方便体积小，能耗

4、低. 4.可编程控制器的应用领域4.可编程控制器的应用领域4.可编程控制器的应用领域4.可编程控制器的应用领域4.可编程控制器的应用领域4.可编程控制器的应用领域4.可编程控制器的应用领域4.可编程控制器的应用领域4.可编程控制器的应用领域4.可编程控制器的应用领域5.可编程控制器的发展高性能、高速度、大容量发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。 向小型化和大型化两

5、个方向发展小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为816点，以适应单机及小型自动控制的需要。 大型化是指大中型PLC 向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。5.可编程控制器的发展大力开发智能模块，加强联网与通信能力为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。P

6、LC的联网与通信有两类： PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段； PLC与计算机之间的联网通信。为了加强联网与和通信能力，PLC生产厂家也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。 5.可编程控制器的发展增强外部故障的检测与处理能力据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理。而其余80%的故障属于PLC的外部故障。PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。 5

7、.可编程控制器的发展编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图、语句表语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。5。可编程控制器的发展按I/O点数分小型PLC I/O点数为256点以下的为小型PLC （其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC）中型PLC I/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC大型PLC I/O点数为2048以上的为大型PLC （其

8、中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）6.可编程控制器的类型按结构形式分整体式PLC 将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。6.可编程控制器的类型6.可编程控制器的类型模块式PLC 将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。6.可编程控制器的类型紧凑式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。按功能分低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。 中档PLC 具

9、有低档PLC功能外，增加模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能。 高档PLC 具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能。 6.可编程控制器的类型二、 PLC的基本原理工作方式 周期循环扫描工作过程自诊断、输入采样、程序扫描、输出刷新几个阶段。扫描周期 T =自检时间+读入一点时间输入点数+程序步数运算速度+输出一点时间输出点数。PLC的工作过程示意图型号及意义特殊品种输出形式单元类型I/O总点数系列序号DD

10、C电源A1AC电源H大电流输出扩展模块V立式端子排的扩展模块C接插口输入输出方式F输入滤波器1ms 扩展模块LTTL输入扩展模块S独立端子（无公共端）扩展模块R继电器输出T晶体管输出S晶闸管输出M基本单元E输入输出混合扩展单元及扩展模块EX输入专用扩展模块EY输出专用扩展模块16256点0、2、ON、2C、2N型号的命名方式三、PLC的组成型号及意义I/O点数：16256点单元类型 M表示基本单元 E表示扩展单元及扩展模块 EX扩展输入单元 EY扩展输出单元型号及意义型号变化DS24VDC，世界型ES世界型（晶体管型为漏输出）ESS世界型（晶体管型为源输出）输出形式R继电器输出T晶体管输出S晶

11、闸管输出PLC硬件系统组成外部设备现场用户输出设备微处理器（CPU）运算器控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器I/O扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机打印机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器110V/220V市电PLC基本单元PLC系统结构示意图FX 系列PLC的硬件配置图FX 系列PLC的网络通信能力微处理器（CPU）接收并存储用户程序和数据；诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误；接收输入信号，送入数据寄存器并保存；运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户 程序的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。

12、 PLC硬件系统组成系统存储器系统程序存储器+系统数据存储器存放系统工作程序（监控程序）；存放模块化应用功能子程序；存放命令解释程序；存放功能子程序的调用管理程序；存放存储系统参数。PLC硬件系统组成用户存储器RAM/EPROM/EEPROM存放用户工作程序；存放工作数据。PLC硬件系统组成输入单元带光电隔离电路多种辅助电源类型：AC电源DC24V输入 DC电源DC24V输入 DC电源DC12V输入接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）；接收模拟量信号（模拟量输入单元）；接收按钮或开关命令（数字量输入单元）；接收传感器输出信号。输出单元带光电隔离器及滤波器多种输出方式：晶体管 晶闸管 继电器

13、驱动直流负载（晶体管输出单元）；驱动非频繁动作的交/直流负载（继电器输出单元）；驱动频繁动作的交/直流负载（晶闸管输出单元）。通讯及编程接口采用RS-485或RS-422串行总线连接专用编程器（FX-20P、FX-10P）；连接个人电脑（PC），实现编程及在线监控；连接工控机，实现编程及在线监控；连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯；连接打印机等计算机外设。PLC硬件系统组成I/O扩展接口采用并行通讯方式扩展I/O模块；扩展位置控制模块（如F2-30GM）；扩展通讯模块（如FX-232AW等）；扩展模拟量控制模块（如FX-2DA、FX-4AD等）。PLC软件系统组成系统监控程序 运行管理

14、 生成用户元件系统内部自检管理程序 解释程序标准程序模块、系统调用用户程序自动化系统控制程序数据表格软件系统数据结构十进制数（DEC:DECimal number），常用于：定时器/计数器的设定值；辅助继电器（M）、定时器（T）、计数器（C）、状态（S）等软元件的地址号；应用指令的数值型操作数及指令动作常数（K）。十六进制数（HEX:HEXdecimal number） 与十进制数一样，用于指定应用指令的数值型操作数及指令动作常数（H）。数据结构二进制数（BIN:BINary number） PLC内部数据类型，通过外设进行监视时，各软元件的数值自动变换为十进制数或十六进制数。八进制数（OCT

15、:OCTal number）用于输入继电器和输出继电器的软元件编号。输入继电器用X00X07、X10X17、X20X27等八进制格式进行编号；输出继电器用Y00Y07、Y10Y17、Y20Y27等八进制格式进行编号。数据结构BCD码（BCD:BINary Code Decimal）用二进制形式表示的十进制数，常采用8421BCD码。常用BCD码编码开关将BCD码数据送入PLC；PLC常以BCD码格式将输出数据送数码显示器显示。浮点数据（标绘值）二进制浮点数常用于高精度浮点运算；十进制浮点数用于实施监视。输入继电器（X）在PLC内部，与输入端子相连的输入继电器是光电隔离的电子继电器，采用八进制编

16、号，有无数个常开和常闭触点。输入继电器不能用程序驱动。软元件（逻辑元件）输出继电器（Y）输出继电器采用八进制编号，有内部触点和外部输出触点（继电器触点、双向可控硅、晶体管等输出元件）之分，由程序驱动。在PLC内部，外部输出触点与输出端子相连，向外部负载输出信号，且一个输出继电器只有一个常开型外部输出触点。输出继电器有无数个内部常开和常闭触点，编程时可随意使用。软元件（逻辑元件）辅助继电器（M）由内部软元件的触点驱动,常开和常闭触点使用次数不限，但不能直接驱动外部负载,采用十进制编号。通用辅助继电器M0M499（500点）掉电保持辅助继电器M500M1023（524点）特殊辅助继电器M8000M

17、8255（256点） 只能利用其触点的特殊辅助继电器可驱动线圈的特殊辅助继电器通用辅助继电器与掉电保持用辅助继电器的比例，可通过外设设定参数进行调整。软元件（逻辑元件）只能利用其触点的特殊辅助继电器M8000：运行监控用，PLC运行时M8000接通。M8002：仅在运行开始瞬间接通的初始脉冲特殊辅助继电器。M8012：产生100ms时钟脉冲的特殊辅助继电器。可驱动线圈的特殊辅助继电器M8030：鲤电池电压指示灯特殊继电器。M8033：PLC停止时输出保持特殊辅助继电器。M8034：止全部输出特殊辅助继电器。M8039：时扫描特殊辅助继电器。状态（S）状态是对工序步进型控制进行简易编程的内部软元

18、件，采用十进制编号。与步进指令STL配合使用；状态有无数个常开触点与常闭触点，编程时可随意使用；状态不用于步进阶梯指令时，可作辅助继电器使用。状态同样有通用状态和掉电保持用状态，其比例分配可由外设设定。软元件（逻辑元件）状态（S）状态有五种类型：初始状态S0S9共10点回零状态S10S19共10点通用状态S20S499共480点保持状态S500S899共400点报警用状态S900S999共100点 软元件（逻辑元件）定时器（T）定时器实际是内部脉冲计数器，可对内部1ms、10ms和100ms时钟脉冲进行加计数，当达到用户设定值时，触点动作。定时器可以用用户程序存储器内的常数k或H作为设定值，也

19、可以用数据寄存器D的内容作为设定值。普通定时器（T0T245）100ms定时器T0T199共200点，设定范围0.13276.7s；10ms定时器T200T245共46点，设定范围0.01327.67s。积算定时器（T246T255）1ms定时器T246T249共4点，设定范围0.00132.767s；100ms定时器T250T255共6点，设定范围为0.13276.7s。软元件（逻辑元件）T10K123X0T10Y1普通定时器的工作原理加法计数器设定值K、H或D触点动作TxTx时钟脉冲驱动相等比较器T10T250设定值K计数器1100ms时钟脉冲X2X1触点动作Tx相等比较器积算定时器的工作

20、原理RSTT250K345X1X2T250Y1T250计数器（C） 计数器可分为通用计数器和高速计数器。16位通用加计数器，C0C199共200点，设定值：132767。设定值K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点动作。32位通用加/减计数器，C200C234共135点，设定值：-2147483648+2147483647。高速计数器C235C255共21点，共享PLC上6个高速计数器输入（X0X5）。高速计数器按中断原则运行。软元件（逻辑元件）16位加计数器通用型：C0C99共100点 断电保持型：C100C199共100点 16位计数器工作过程示意图32位双向计数器有两种32位加/减计数器，设定值：-2147483648+2147483647。通用计数器：C200C219共20点保持计数器：C220C234共15点 计数方向由特殊辅助继电器M8200M8234设定。加减计数方式设定：对于C，当M8接通（置1）时，为减计数器，断开