可编程控制器的认识开关量输出接口电路

1．可编程控制器概述1.1可编程序控制器简介实物展示、操作演示、图片展示、理论讲解展示可编程控制器图片可编程控制器图片展示，如三菱、欧姆龙、西门子等机型。PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识三菱PLC外形图Q系列PLCFX2N系列PLCFX1N系列PLCFX1S系列PLCPLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识西门子PLC外形图S7-200系列PLCS7-300系列PLCS7-400系列PLCPLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识欧姆龙PLC外形图C200H系列PLCCPM1A、CPM2A系列PLCPLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识•演示操作上述给演示的三种PLC主流产品的外形图，三菱早期有F1系列、小型机FX系列、大中型的A、Q系列等机型，欧姆龙机型，西门子的S7系列等机型。•问题提出：由可编程控制器实物，根据学过的知识点，发挥想象力，将可编程控制器在上述演示中的型号的改进做一个总结。了解可编程控制器共性的问题，即其发展历史、名称演变、定义等。PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识•关于可编程控制器的型号的改进从上述演示过程中，感性地认识到可编程控制器的型号的变化——可编程控制器的功能不断地增强，而其外形体积却在不断地减小，其性能价格比在不断的提高，其在工业控制中的地位越来越重要了，使用也越来越普遍了。PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识•可编程控制器的发展史1969年，美国数据设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器，并成功地应用在GM公司的生产线上。这一时期它主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算。70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制领域，真正成为一种电子计算机工业控制装置。PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识可编程控制器的名称演变1969年时被称为可编程逻辑控制器，简称PLC(ProgrammableLogicController)。70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，称其为可编程控制器，简称PC(ProgrammableController)。但由于PC容易和个人计算机(PersonalComputer)相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识可编程控制器的定义1985年1月国际电工委员会的定义：“可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在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、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，易于扩充的原则设计”。PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识1.2编程控制器运行演示•展示板PLC，时间继电器，继电器，直流电源，两个直流电动机，按钮，若干导线。•演示操作（1）可编程控制器控制电动机的顺序启动方式一：按下启动按钮，由可编程控制器控制电动机M1，M2先后启动运行，按下停止按钮，两个电动机停止工作。方式二：按下启动按钮，由可编程控制器控制电动机M2，M1先后启动运行，按下停止按钮，两个电动机停止工作。PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识主电路原理图PLC控制原理图原理图传统的继电接触控制原理图动画演示PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识•问题提出：传统的继电接触控制系统，只能改变某些硬件接线，才能完成上述的两种控制方式，而可编程控制器控制系统可在不改变硬件接线的情况下，通过修改程序而实现控制顺序的变化。控制两个电动机的顺序运行，控制复杂程度不高，如用继电接触控制系统已够费时的了，何况汽车生产流水线的控制系统？通过演示操作自然引出了可编程控制器的基本特点。PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识•可编程控制器的特点：功能完善。维修方便，维修工作量小。控制系统设计，安装，调试方便。编程方便，易于使用。控制系统设计，安装，调试方便。可靠性高，抗干扰能力强。PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识1.3可编程控制器应用场合1.逻辑控制：可取代传统继电器系统和顺序控制器。如各种机床、自动电梯、装配生产线、电镀流水线、运输和检测等的控制。2.运动控制：可用于精密金属切削机床、机械手、机器人等设备的控制。3.过程控制：通过配用A／D、D／A转换模块及智能PID模块实现对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行闭环调节控制。4.数据处理5.多级控制：利用PLC的网络通信功能模块及远程I／O控制模块实现多台PLC之间、PLC与上位计算机的链接，以完成较大规模的复杂控制PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识1.4可编程控制器的发展趋势1.在系统构成规模上向大、小两个方向发展；2.功能不断增强，各种应用模块不断推出；3.产品更加规范化、标准化PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识2.可编程控制器硬件系统2.1可编程控制器外围硬件•展示器件•演示操作•问题提出•外围器件按纽与各类开关传感器执行装置PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识2.2可编程控制器的基本结构•问题提出可编程控制器类型繁多，但其结构和工作原理则大同小异，了解可编程控制器的基本结构，有助于理解可编程控制器工作原理及用户程序的编制。•可编程控制器各部件作用PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识•中央处理单元（CPU）（1）诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。（2）采集现场的状态或数据，并送人PLC的寄存器中。（3）逐条读取指令，完成各种运算和操作。（4）将处理结果送至输出端。（5）响应各种外部设备的工作请求。PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识•存储器（ROM/RAM）（1）系统程序存储器（ROM）用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据，PLC出厂前已将其固化在只读存储器ROM或PROM中，用户不能更改。（2）用户存储器（RAM）包括用户程序存储区和工作数据存储区。这类存储器一般由低功耗的CMOS-RAM构成，其中的存储内容可读出并更改。掉电会丢失存储的内容，一般用锂电池来保持。注意：PLC产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识可编程控制器输入端口和输出接口电路（1）开关量输入接口电路：采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。PLC的输入接口电路（直流输入型）PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识（2）开关量输出接口电路：采用光电耦合电路，将CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。有三种类型：第一:继电器输出型：为有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路。PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识第二:晶闸管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识第三:晶体管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识（3）模拟量输入接口：把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合PLC内部处理的有若干位二进制数字表示的信号标准的模拟量信号：电流信号：4~20mA电压信号：1~10V（4）模拟量输出接口：将PLC运算处理的若干位数字量信号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制的要求信号（5）智能输入输出接口：自带CPU，由专门的处理能力，与主CPU配合共同完成控制任务，可减轻主CPU工作负担，又可提高系统的工作效率PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识•电源PLC的电源是指将外部输入的交流电处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备（传感器）提供标准电源。•外部设备（1）编程器：专用的手持式、台式；电脑+编程软件。作用：编程，调试，监控。（2）其他外部设备：盒式磁带机；打印机；Eprom写入器；图形监控器。PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识2.3可编程控制器工作原理微机：等待命令的工作方式PLC：循环扫描的工作方式PLC的CPU从第一条指令开始按指令步序号作周期性的循环扫描，如果无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识一个扫描周期主要分为三个阶段：1.输入刷新阶段2.程序执行阶段3.输出刷新阶段PLC的扫描工作过程PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识PLC的基本工作原理由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的，所以亦将这两个阶段统称为I／O刷新阶段。实际上，除了执行程序和I／O刷新外，PLC还要进行各种错误检测(自诊断功能)并与编程工具通讯，这些操作统称为“监视服务”。扫描周期的长短主要取决于程序的长短。由于每一个扫描周期只进行一次I／0刷新，故使系统存在输入、输出滞后现象。这对于一般的开关量控制系统不但不会造成影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。但对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞后。PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识2.4可编程控制器主要性能指标1.输入／输出点数（I/O点数）2.内存容量•注意：“内存容量”实际是指用户程序容量，不包括系统程序存储器的容量。3.扫描速度(单位：ms／k或μs/步。)4.指令条数5.内部继电器和寄存器数目6.编程语言及编程手段7.高级模块•主控模块可实现基本控制功能，高级模块可实现一些特殊的专门功能。如A／D和D／A转换模块等。PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识2.5PLC的内存分配及I／O点数1.I／0继电器区：I／0区的寄存器可直接与PLC外部的输入、输出端子传递信息，具有“继电器”的功能，有自己的“线圈”和“触点”。故常称为“I／0继电器区”。2.内部通用继电器区：只能在PLC内部使用，其作用与中间继电器相似，在程序控制中可存放中间变量。3.数据寄存器区：只能按字使用，不能按位使用。一般只用来存放各种数据。4.特殊继电器、寄存器区：被系统内部占用，专门用于某些特殊目的，一般不能由用户任意占用。5.系统寄存器区：用来存放各种重要信息和参数。通过用户程序，不能读取和修改系统寄存器的内容。PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识2.6PLC的分类1.按结构形式分类①整体式②模块式2.按功能分类①低档机②中档机③高档机2.7PLC的主要功能1.条件控制功能2.定时／计数控制功能3.数据处理功能4.步进控制功能5.A／D与D／A转换功能6.运动控制功能7.过程控制功能8.扩展功能9.远程I／0功能10.通信联网功能11.监控功能PLC可编程控制器应用技术-可编程控制器的认识2.8可编程控制器与微机的区别1.PLC继承了继电器系统的基本格式和习惯，对于有继电器系统方面知识和经验的人来说，尤其是现场的技术人员，学习起来十分方便。微机需要较多知识储备。2.PLC一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，各厂家的产品不通用。微机是由通用计算机推广应用发展起来的，一般由微机厂、芯片及板卡制造厂开发生产。它在硬件结构方面的突出优点是总线标准化程度高，产品兼容性强。3.PLC的运行方式与微机不同，微机的许多软件不能直接使用。微机可使用通用微机的各种编程语言，对要求快速、实时性强、模型复杂的工业对象