可编程控制器基本原理

可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理可编程控制器基本原理可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理2-1可编程控制器的基本结构2-1-1中央处理单元（CPU）2-1-2存储器单元（RAM/ROM）2-1-3输入／输出单元2-1-4通信电源单元2-1-5编程工具2-1-6I/O扩展端口2-1-7外设端口2-1-8智能单元可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理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、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。下图为一典型PLC结构简图。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可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理输入端子输入信号灯输出端子输出信号灯编程电缆运行开关电源指示灯运行指示灯电池指示灯出错指示灯扩展端口锂电池可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理图3-2中、大型PLC的结构外型可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理中央处理单元（CPU）：（1）通用处理器：8086、80286、……（2）单片机芯片：8031、8096（3）位片式微处理器：AMD-29002-1-1中央处理器单元指示灯存储器盒舱DIP开关外设端口RS-232C端口内装板舱可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理2-1-2存储器单元系统程序存储区–采用PROM或EPROM芯片存储器，存放监控程序，用户不能访问和修改用户程序存储区–用于存放经编程器输入的用户程序，采用RAM、EPROM或EEPROM数据存储区–采用RAM，暂存输入、输出数据映像，定时器/计数器预置数和当前值等可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理专门设计的输入／输出单元开关量（主要的控制单元）模拟量（配合其他模块完成）特殊量（通过其他模块实现）2-1-3输入输出单元可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理2-1-3输入输出单元开关量输入单元直流输入单元交流输入单元通常PLC的输入类型可以是直流、交流和交直流。输入电路的电源可由外部供给，有的也可由PLC内部提供。输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。COM光电三极管发光二极管直流输入光-电器件输入端子+–内部电路3.3kXn+24V1000PF470–可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理直流输入单元可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理开关量直流输入单元如上图所示：外接的直流电源极性可以任意。有的PLC内部提供24V直流电源，这样可以简化用户接线。可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理交流输入单元可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理开关量交流输入单元其工作原理与直流输入相同。输入电路有共点式、分组式和隔离式共点式是指共用一个公共端子（COM）分组式是指输入分为若干组，每一组共用一个公共端子隔离式输入单元各自独立，电源独立。可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理COMX0X1X2X3X4X5X6X7共点式可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理COM1Y0Y1COM2Y2Y3分组式可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理Y0COM0Y1COM1Y2COM2Y3COM3隔离式可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理2-1-3输入输出单元开关量输出单元继电器输出单元晶体管输出单元晶闸管输出单元COMYn继电器输出输出接口电路：均采用模块式。继电器输出：内部电路内部电路JOUTL可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理继电器输出可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理继电器输出的PLC的负载电源可以根据需要选用直流和交流。继电器触点的电气寿命一般在10---30万次。继电器输出从线圈通电到触点响应存在一定的延迟时间，所以输出点频繁通断的场合不宜使用这种形式。继电器输出电流范围较大，一般在2－5A。信号响应速度较慢，延迟达8－10ms。也是最常用的开关量逻辑控制方式。可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理晶体管输出可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理晶体管输出为无触点开关，所以使用寿命比较长，响应速度快。晶体管输出的负载电源一般为直流电源。输出电流相对较小，工作电流仅为0.3—0.5A，响应速度很快，其延迟一般为0.5---1ms。可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理晶闸管输出可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理双向晶闸管输出单元的负载电源根据需要可以选用直流和交流电源。晶闸管输出单元的负载较大，一般工作电流在1A。响应速度较快，延迟导通为1—2ms，关断8—10ms。PLC的输出单元也可以分为共点式、分组式和隔离式。可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理通信接口电源PLC中一般配有开关式稳压电源为内部电路供电。常用有DC24V和AC220V。有的PLC可以向外部提供DC24V的直流电源，可给输入单元所连接的外部开关或传感器供电。2-1-4通信接口电源电源指示灯外部连接端子可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理编程工具是开发应用和检查维护PLC以及监控系统运行的外部设备。分为专用编程器（专用编程器是厂商提供的配套编程工具，又可以分成简易编程器和图形编程器。）和配有专用编程软件包的计算机。2-1-5编程工具可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理专用编程器简易编程器不能直接输入梯形图程序，只能输入语句表程序。又可以分为专用和通用型。图形编程器可以直接输入梯形图程序。又可以分为手持式和台式。可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理PCPROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTLWLORRWRANYWYSTXWXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTCEVTMTSVACLRENTBAFEDC9832107654(DELT)CLR键盘指令：可从键盘上直接键入的指令扩展功能指令：用F键加功能号方可键入的指令。非键盘指令：用指令代码方可输入的指令。SCSC指令代码可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理编程器CQM1-PRO01的面板布置工作方式选择开关LCD液晶显示屏键盘区可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理改变PLC对话框CX-P窗口CX-P简介可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理当主机上的I/O点数或类型不能满足用户需要时，可以通过I/O扩展端口连接I/O扩展单元来增加I/O点。另外可以通过I/O扩展端口连接各种智能单元，扩展PLC的功能。2-1-6I/O扩展端口可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理PLC通过外设端口与其他外部设备连接。可以连接外部设备主要有编程器、计算机、终端设备PT、打印机、其他PLC和网络连接等等。2-1-7外设端口指示灯存储器盒舱DIP开关外设端口RS-232C端口内装板舱可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理2-1-8智能单元目前比较常用的智能单元有A/D单元、D/A单元、高速计数单元、位置控制单元、PID控制单元、温度控制单元和各种通信单元。可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理2-2可编程控制器的工作原理2-2-1工作原理2-2-2与其他设备的区别可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理输入模块输出模块CPU模块可编程序控制器按钮选择开关限位开关电源接触器电磁阀指示灯电源编程器可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理处理由输入部分所取得的信息，并根据用户程序的要求，使输出达到控制结果。收集被控设备的各种开关信息或操作命令。驱动被控设备按程序要求动作。输入部分：逻辑部分：输出部分：控制原理输入部分输出部分逻辑部分可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理2-2-1工作原理循环扫描PLC采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括五个阶段：内部处理、与编程器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理，其工作过程如下图所示。可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理一、PLC的工作状态：运行状态(RUN):输入处理执行程序输出处理内部处理通讯处理停止状态(STOP):内部处理通讯处理可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理二、PLC的工作特点输入信号集中批量处理输出信号集中批量处理程序集中执行三、PLC的工作过程循环扫描工作方式可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理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？否是开始工作原理图可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理扫描过程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，此时可进行通信处理，如对PLC联机或离线编程。可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理可编程序控制器的输入处理、执行用户程序和输出处理过程的原理如下图所示。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。可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理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（）程序执行程序执行原理图可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理PLC的扫描周期T=公共部分扫描时间+外设扫描时间+用户程序执行时间+I／0扫描时间PLC的I／0响应时间（滞后时间）=输入延迟时间+扫描周期+输出延迟时间+输出时间可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理2-2-2与其他设备的区别1、与计算机的异同相同点：（1）基本结构相同（2）程序执行原理相同不同点：两者的不同点主要体现在工作方式上。可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理2-2-2与其他设备的区别2、与继电接触器的异同相同点：图形结构和逻辑关系相同。不同点：（1）实现原理不同（2）工作方式不同可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理2-3可编程控制器的性能指标2-3-1存储容量2-3-2控制规模2-3-3扫描速度2-3-4指令系统2-3-5智能单元2-3-6扩展能力2-3-7通信功能可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理2-3-1存储容量PLC的内存包括系统和用户内存。系统内存包括监控程序存放区、各类继电器、数据存储区和特殊功能存储区。这里所说的存储容量是指用户内存的容量，它决定了用户程序的大小。在PLC中程序是按步执行的，一步占用一个地址单元，一个地址单元占用两个字节。1000步的程序占用2KB的内存。存储容量是衡量一个PLC硬件功能强弱的一个重要指标。可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理2-3-2控制规模PLC控制规模与其他性能有着密切的关系。一般来讲控制规模越大，要求PLC的扫描速度越快，内存容量越大，可接的通道越多，指令系统越丰富。它是一项重要性能指标。PLC最常用的是开关量的逻辑控制，因此常用I/O点数的多少来衡量控制规模的大小。普通开关量一个点占用一位。A/D，D/A通道与CPU的字长有关，16位CPU。一路A/D，D/A通道要占用16个I/O点；32位CPU，一路A/D，D/A通道要占用32个I/O点。可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理2-3-3扫描速度扫描速度反映了PLC运行速度的快慢和CPU的晶振频率的大小。扫描速度越快意味着输入输出信号变换的速度越快。扫描速度一般以执行1000步指令所需的时间来衡量，单位是“毫秒/千步”，有时也用执行一步的时间来计算。扫描速度是PLC最重要的一项硬件性能指标。可编程控制器原理与应用第2章可编程控制器基本原理2-3-4指令系统PLC具有的指令种类和条数约多，其软件功能就越强，即处理能力、控制能力越强。一般PLC包括数