项目一可编程控制器系统认知

项目一可编程控制器系统认知学习资源书籍：可编程控制器原理及应用孙平高等教育出版社TP332/18可编程序控制器黄明琪重庆大学出版社TP332/21电器与PLC控制技术张万中化学工业出版社TM76/9可编程控制器原理与应用汪志峰西安电子科技大学出版社TP332/23网站：西门子自动化中国中华工控网电器设计网技术网必备网项目一可编程控制器系统认知关于职业资格证书劳动和社会保障部于2006年将可编程序控制系统设计师列入第七批新职业。可编程控制系统设计员（师）的职业定义：从事可编程控制器（PLC）应用系统设计、调试和维护的人员。本职业等级设四个等级：设计员（国家职业资格四级）、助理设计师（国家职业资格三级）、设计师（国家职业资格二级）和高级设计师（国家职业资格一级）。可编程序控制系统设计师职业资格鉴定分为理论知识和技能操作两大部分。主要考核考生进行PLC应用系统的总体设计和PLC的配置设计、选择PLC模块和确定相关产品的技术规格、进行PLC编程和设置、外围设备参数设定及配套程序设计、控制系统的设计、整体集成、调试与维护的技能水平。项目一可编程控制器系统认知熟悉相关国家标准和行业规范能进行电控柜装配能使用PLC设计或改造小型自动控制系统能进行PLC控制系统的安装、调试和运行维护能规范绘制电路图、接线图等电气图纸能规范编写设计和使用说明书及调试验收报告等专业能力项目一可编程控制器系统认知1.1可编程控制器的产生1.2可编程控制器的定义1.3可编程控制器的基本组成1.4可编程控制器的工作原理及主要技术指标1.5可编程控制器的分类、特点、应用及发展项目一可编程序控制器系统认知项目一可编程控制器系统认知1.1可编程控制器的产生CPU224CPU226项目一可编程控制器系统认知1、名称早期69-80：PLC（ProgramableLogicController）后期80以后：PC（ProgramableController）2、产生背景：由继电器控制系统演变而来，最早用于自动生产线控制继电器控制系统缺点：设备体积大、可靠性低、故障查找困难、接线复杂、通用性灵活性差。返回本节亨利福特于1903年创立了福特汽车公司。1908年生产出世界上第一辆T型车。1913年,该公司又开发出了世界上第一条生产流水线。项目一可编程控制器系统认知1968年，GM针对继电器控制系统的缺点，对新型逻辑顺序控制装置进行招标，主要指标要求如下（通用10条）：编程方便，可现场修改维修方便，插件结构可靠性高于继电器控制装置体积小于继电器控制装置数据可直接送入管理计算机成本可与继电器控制系统竞争输入可为市电输出可为市电，2A以上，能直接驱动接触器通用性好，易扩展用户程序存储器大于4KB实质：将继电器控制系统的简单易懂、使用方便、价格低的优点和计算机的功能完善、灵活性高、通用性好的优点结合，用软件代替硬件逻辑连线。DEC69年PDP-14项目一可编程控制器系统认知PLC，主要进行可编程逻辑控制（初期）PC，1980年以来，由先前的可编程序逻辑控制器PLC进一步发展而来。可编程逻辑控制、数学运算、网络通信、数字控制算法等。为避免混淆，仍然叫PLC。PLC定义（1984:美国电器制造商协会NEMA）：可编程序控制器是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序控制、计数、定时和算术运算功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。PLC定义（1987:国际电工委员会IEC）：PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境设计。采用可编程序存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、算术运算等操作的指令并通过数字式或模拟式的输入输出，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，都按易于与工业系统连成一个整体、易于扩充功能的原则设计。1.2可编程控制器的定义项目一可编程控制器系统认知1.3可编程控制器组成PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、电源、存储器、专门设计的输入输出接口电路、通信接口、智能模块、编程装置、软件等组成。下图为一典型PLC结构简图。PLC系统结构示意图CPU存储器电源部分输入单元输出单元编程器或其他设备按钮接触器电磁阀指示灯行程开关继电器触点项目一可编程控制器系统认知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系统结构示意图项目一可编程控制器系统认知1.中央处理单元中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。小型PLC采用8位微处理器或单片机作为CPU，如Z80、8031等大中型PLC多采用16或32位微处理器作为CPU大型PLC:采取双CPU或三CPU表决CPU功能接收并存储用户程序和数据；监控、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。网络通信……项目一可编程控制器系统认知2.存储器结构分：只读存储器（EPROM/EEPROM/FLASH）随机存储器RAM用途分：系统存储器用户存储器项目一可编程控制器系统认知系统存储器（一般为EPROM/EEPROM）存放系统工作程序（监控、管理程序）；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；存放系统参数；项目一可编程控制器系统认知用户存储器——RAM/EEPROM用户程序区：存放用户工作程序；系统区：存放CPU组态数据，如输入/输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、定义存储区保持范围、高速计数器配置、通信组态等；数据区：I/O映像区及软设备，如累加器、输入输出映像寄存器、逻辑线圈、计数器、定时器、数据存储器等。项目一可编程控制器系统认知3.输入输出单元PLC与现场输入/输出装置或其它外部设备之间的连接接口。输入单元将现场输入信号经过输入接口电路的转换，变换为中央处理器能接受和识别的低电压信号。输出单元将CPU输出的低电压信号变换为控制器件所能接受的电压、电流信号，以驱动信号灯、电磁阀、电磁开关等执行机构和显示装置。（1）输入接口（2）输出接口数字量输入（开关量）模拟量输入数字量输出（开关量）模拟量输出项目一可编程控制器系统认知输入单元：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成PLC可以接收的数字信号送入主机。输入单元——带光电隔离电路多种辅助电源类型：通常PLC的输入类型既可以是直流也可以是交流。输入电路的电源一般由外部供给。数字量输入单元——接收按钮或开关等开关量信号。模拟量输入单元——接收传感器输出的模拟量信号。项目一可编程控制器系统认知输入单元图1.2和图1.3分别为一种型号PLC的直流和交流输入接口电路的电路图，采用的是外接电源。图1.2描述了一个输入点的接口电路。其输入电路的一次电路与二次电路用光耦合器相连，当行程开关闭合时，输入电路和一次电路接通，上面的发光管用于对外显示，同时光耦合器中的发光管使三极管导通，信号进入内部电路，此输入点对应的位由0变为1。即输入映像寄存器的对应位由0变为1。项目一可编程控制器系统认知图1.2直流输入电路图内部电路COM输入1输入n项目一可编程控制器系统认知图1.3交流输入电路图返回本节内部电路COM输入1输入n.项目一可编程控制器系统认知输出单元（带光电隔离及滤波器）：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电；另外输出电路也使PLC与外部强电隔离。分为模拟量输出单元和数字量输出单元两种。数字量输出单元分类：1)继电器输出：低速、大功率直流、交流负载（隔离、功率放大）2)晶体管集电极输出：高速、小功率直流负载3)双向可控硅输出：高速、大功率交流负载项目一可编程控制器系统认知继电器输出输出接口电路以继电器形式为例PLC内部电路内部电路J+交流电源或直流电源Q0.01M-项目一可编程控制器系统认知4、通讯及外设接口通讯及外设接口——采用RS-485或RS-422串行总线连接专用编程器（例如S7-200的TD200和TD200C）；连接工控机或个人电脑（PC），实现编程及在线监控；连接网络，实现远程通讯；项目一可编程控制器系统认知5、扩展接口扩展接口扩展I/O模块（如S7-200的EM221/222EM231/232/235）；扩展功能模块：通讯模块（如S7-200的PROFIBUS-DP模块EM277等）、位置控制模块等项目一可编程控制器系统认知6、电源电源作用：把外部供应的电源变换成系统内部各单元需要的电源。有的还向外提供24VDC电源以供开关量输入单元连接现场无源开关使用。还包括掉电保护电路和后备电池电源，保护RAM内容。一般采用开关电源技术。输入电压范围宽、效率高、重量轻、体积小根据配置不同有不同规格的电源供选择项目一可编程控制器系统认知PLC软件系统组成系统监控程序运行管理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网络通信项目一可编程控制器系统认知1.循环扫描的工作过程PLC采用循环扫描的工作方式，这个工作过程一般包括五个阶段：内部处理（如自诊断、监控、定时器复位等）、与编程器等的通信处理、输入扫描、执行用户程序、输出处理，其工作过程如下图所示。图中当PLC方式开关置于RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开关置于STOP（停止）时，不执行后3个阶段。1.4可编程控制器的工作原理及主要技术指标项目一可编程控制器系统认知内部处理通信处理输入扫描执行用户程序输出处理RUN方式？否是开始两种工作状态运行（RUN）停止（STOP）①内部处理：内部诊断、监控、定时器复位等；②通信服务：与其它装置通信、响应编程器命令（输入、显示）。③输入处理：外部输入端口状态读入输入映像寄存器。④程序执行：执行用户程序。⑤输出处理：将输出映像寄存器状态送到输出端口,驱动输出设备。项目一可编程控制器系统认知按钮接触器按钮输入电路输入映象寄存器输出映象寄存器输出电路（）程序执行PLC的扫描过程原理图输入端子输入映像寄存器I0.0Q4.1Q4.1Q4.2I0.1M10.0I0.1Q4.2M10.0输出映像寄存器输出锁存器输出端子按钮接触器按钮输入电路输入映象寄存器输出映象寄存器输出电路（）程序执行驱动输入刷新输出刷新程序执行扫描周期输入刷新阶段输出刷新阶段项目一可编程控制器系统认知PLC执行的五个阶段，称为一个扫描周期，PLC完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。扫描周期T=自检时间+通信时间+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一个扫描周期典型值100ms2、扫描周期项目一可编程控制器系统认知3、输入/输出滞后时间（系统响应时间）输入电路滤波时间输出电路滞后时间扫描工作时间（延迟可达2个多扫描周期）项目一可编程控制器系统认知I/O响应时间第(n-1)个扫描周期第(n+1)个扫描周期输入采样输出刷新第n个扫描周期输入采样输出刷新用户程序执行最短I/O响应时间第n个扫描周期第n+1个扫描周期用户程序执行输入采样输出刷新最长I/O响应时间用户程序执行输入采样输出刷新项目一可编程控制器系统认知4.主要技术指标1．输入