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第1章PLC技术应用概述1.1PLC的主要特点1.2PLC的发展过程及应用1.3PLC的分类及技术指标1.4PLC的硬件结构及工作原理1.5OMRONCJ1系列PLC简介1.6PLC的主要产品及发展趋势第1章PLC技术应用概述【学习目标】•了解PLC的主要特点和用途•熟悉PLC的工作原理•掌握PLC硬件系统的组成【教学重点】•PLC的通用硬件系统所包含的部件，PLC的I/O扩展方式及CJ系列PLC的存储区分配1.1PLC的主要特点1.具备灵活、通用特点2.可靠性高、抗干扰能力强3.编程简单、使用方便4.接线简单5.功能强6.体积小、重量轻和易于实现机电一体化1.2PLC的发展过程及应用1.2.1PLC的发展过程1.随着电子技术和计算机技术的发生，PLC的功能越来越强大。2.上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。3.工业计算机技术（IPC）和现场总线技术（FCS）发展迅速，挤占了一部分PLC市场，PLC增长速度出现渐缓的趋势，但其在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。PLC的应用几乎涵盖了所有的行业，小到简单的单机设备、简单的顺序动作控制，大到整厂的流水线、大型仓储、立体停车场，更大的还有大型的制造行业和交通行业等。1.2PLC的发展过程及应用我国在PLC生产方面非常弱，但在PLC应用方面，我国是很活跃的，在我国，一般按I/O点数将PLC分为以下级别：（1）微型：I/O点数32（2）小型：I/O点数256（3）中型：I/O数点1024（4）大型：I/O点数4096（5）巨型：I/O点数81921.2PLC的发展过程及应用1.2.2PLC的应用1.开关量逻辑控制2.运动控制（伺服）3.过程控制4.数据处理5.通信联网1.3PLC的分类及技术指标1.3.1PLC的分类1.从组成结构上分：（1）固定式：PLC各部件组合成一个不可拆卸的整体（2）组合式（模块式）：PLC的各部件按照一定规则组合配置。2.按I/O点数及内存容量分:（1）超小型PLC（2）小型PLC（3）中型PLC（4）大型PLC（5）超大型PLC1.3PLC的分类及技术指标3.按输出形式分:（1）继电器输出:为有触点输出方式，适用于通断低频较低的直流或交流负载。（2）晶体管输出:为无触点输出方式，适用于通断频率较高的直流负载。（3）晶闸管输出:为无触点输出方式，适用于通断频率较高得的交流负载。1.3PLC的技术指标1.I/O点数2.扫描速度3.指令条数4.内存容量5.内部器件6.高功能模块7.支持软件8.扩展能力1.4PLC的硬件结构及工作原理1.4.1PLC的硬件结构PLC包括中央处理器(CPU)、输入输出(I/O)、存储器、电源。1.4PLC的硬件结构及工作原理1.CPU其主要功能为：(1)接受从编程设备输入的用户程序和数据。(2)诊断电源、内部电路的故障。(3)诊断程序的语法错误。(4)通过输入接口，读取外部输入信号的状态并存入输入映象寄存器。(5)读取用户程序,逐条逐步的执行，并把计算结果存入输出状态寄存器。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量及软件容量大小，会直接影响PLC的运行速度，因此要限制PLC的控制规模。1.4PLC的硬件结构及工作原理2.I/O模块根据它们所实现的功能不同，可将I/O通道分为五种：(1)开关量输入通道(DI)(2)开关量输出通道(DO)(3)模拟量输入通道(AI)(4)模拟量输出通道(AO)(5)脉冲量输入通道(PI)PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。I/O种类有开关量输入(DI)开关量输出(DO)，开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量输入(AI)模拟量输出(AO)等模拟量是指连续变化的量。1.4PLC的硬件结构及工作原理3.存储器•PLC的存储器是用来存放系统程序、用户程序和工作数据的。•存放应用软件的存储器称为用户程序存储器•存放系统程序的存储器称为系统程序存储器•存储器主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。不同机型的PLC期内存大小也不尽相同。1.4PLC的硬件结构及工作原理4.电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。5.底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块；机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。6.PLC系统的其它设备编程设备：手持型编程器，计算机，人机界面。1.4PLC的硬件结构及工作原理1.4.2PLC的工作原理1.PLC工作过程PLC在运行过程中一般由CPU、存储器和输入/输出系统三个部分即可完成预定的各种控制任务，因此可将这三部分称为PLC的基本组成部分。其它可选部件主要用于系统的编程组态、程序存储、通讯联网、系统扩展和系统测试、维护等，是PLC的辅助组成部分。1.4PLC的硬件结构及工作原理2.PLC的工作原理PLC采用顺序扫描,不断循环的工作方式。PLC工作的基本步骤为：（1）自诊断（2）通讯（3）输入采样（4）程序执行（5）输出刷新。CPU单元从内部处理到外设服务工作是一个在重复循环中的处理数据过程。CPU单元操作流程如下图。1.4PLC的硬件结构及工作原理1.4PLC的硬件结构及工作原理PLC的工作过程，简单的说，是周期循环扫描的过程，用户程序通过编程器或其它输入设备输入存放在CPU的用户存储器。PLC循环扫描是对整个程序循环执行，整个过程扫描一次所需要的时间称为扫描周期。1.5OMRONCJ1系列PLC简介CJ1系列PLC是OMRON公司C系列PLC的高端中型机，采用了CQM1的无底板模式。CJ1PLC属于小型PLC，它以体积小、速度快为特色，具有与CS系列PLC相似的先进控制功能，采用多任务结构化编程模式，具有多个协议宏服务端口，易于联网，适用于高频计数与高频脉冲输出的系统。1.5OMRONCJ1系列PLC简介1.5.1CJ系列PLC的主要特点(1)处理速度快(2)程序容量与I／O容量大(3)无底板结构(4)软硬件兼容性好(5)系统扩展性好(6)I／O点分配灵活(7)高速性能强1.5OMRONCJ1系列PLC简介1.5.2CJ1系列PLC的基本结构与配置CJ1系列PLC采用模块化、总线式结构，整个系统由CPU机架和扩展机架组成。CPU机架由CPU单元、电源单元、基本I/O单元、特殊I/O单元、CPU总线单元和端盖组成，存储器卡可选。扩展机架由I/O接口单元、电源单元、基本I/O单元、特殊I/O单元和CPU总线单元以及端盖组成。扩展机架可连接到CPU机架或其它CJ1系列扩展机架。1.5OMRONCJ1系列PLC简介1.CJ1系列CPU单元主要由LED指示灯、存储卡连接器、DIP功能开关、外设端口、RS-232C端口等组成。CJ1系列PLC所配的CPU均不支持内插板。按CPU单元型式的不同。CJ1系列可分为CJ1-H、CJ1G、CJ1M三种类型。1.5OMRONCJ1系列PLC简介1.5OMRONCJ1系列PLC简介•CPU单元前面板上的LED指示灯功能1.5OMRONCJ1系列PLC简介•DIP开关引脚设定功能1.5OMRONCJ1系列PLC简介CJ1系列PLC属于结构紧凑型的可编程序控制器，其特点为运算速度高和功能先进。CPU机架和最多3个扩展机架各10个单元。CPU单元带有内置I/O的CPU单元和无内置I/O的CPU单元两大类带有内置I/OCPU单元具有下列特性：(1)通用I/O立即刷新(2)稳定输入滤波(3)高速中断输入处理(4)高速计数功能(5)脉冲输出(6)原点搜索(7)快速响应输入1.5OMRONCJ1系列PLC简介2.电源单元电源单元对交流电源进行整流、滤波和稳压，为其他部件提供可靠的工作电能。它有直流(AC)和交流(DC)两种输入。1.5OMRONCJ1系列PLC简介3.CJ1系列PLC的基本I／O单元CJ1系列PLC具有丰富的I/O单元如多点数字量输入/输出单元、模拟量输入/输出单元、温度控制单元、位置控制单元、高速计数器单元、Compo-Bus/S主单元等特殊I/O单元。基本I/O单元外观1.5OMRONCJ1系列PLC简介(1)直流输入单元以直流输入单元CJ1W—ID2111.5OMRONCJ1系列PLC简介(2)继电器型输出单元以继电器型输出单元为例，内部电路结构如下图所示。1.5OMRONCJ1系列PLC简介(3)晶体管型输出单元以晶体管型输出单元CJlW-OD211为例1.5OMRONCJ1系列PLC简介•（4）晶闸管型输出单元•晶闸管型输出单元CJlW-OA201电路结构1.5OMRONCJ1系列PLC简介4.I/O控制单元和I/O接口单元CJ系列扩展机架可连接到CPU。机架上以增加系统中的单元数，每个扩展机架最多可安装10个I/O单元，总共可连接3个扩展机架。(1)I/O控制单元直接连接到CPU单元。如果连接到其他位置，不能进行正确的操作。(2)把I/O接口单元直接连接到电源单元，如果连接到其他位置，不能进行正确的操作。(3)所有机架间的连接电缆的总长必须小于12米。I/O接口单元1.5OMRONCJ1系列PLC简介5.CJ1系列PLC的特殊I/O单元CJ1系列PLC的特殊I/O单元目前有20多个型号，CJ系列PLC最多可配置40个CJ1型特殊I/O单元，16个CJ1CPU总线单元(某些CJ1CPU总线单元不能安装在扩展机架上)，它们可以安装在CPU机架或扩展机架上。1.5OMRONCJ1系列PLC简介6.CPU总线单元CJ系列PLC的CPU总线单元目前有5种型号，可实现PLC到PLC、个人计算机到PLC、上位计算机到PLC、PLC到从单元等多种方式的通讯。•ControllerLink单元•串口通信单元•以太网单元•DeviceNet单元•PROFIBUS-DP主站单元1.5OMRONCJ1系列PLC简介1.5.3CJ1系列PLC的存储器系统1.CJ1系列PLC的存储器概述CJ1系列PLC的CPU单元的存储器（带电池支持的RAM）分成3部分：用户程序存储区、I/O存储区和参数区。2.CJ1系列PLC存储区分配CJ1系列PLC的存储器单元分为CPU单元存储器和存储器卡两种。1.5OMRONCJ1系列PLC简介•CJ1系列CPU单元的存储器配置在I/O存储器和用户存储器中。•I/O存储区：这部分存储区包含可以通过指令操作数存取数据区。•数据区包括CIO区、工作区、保持区、辅助区、DM区、EM区、定时器区、计数器区、任务标志区、数据寄存器、变址寄存器、条件标志区、和时钟脉冲区等。1.5OMRONCJ1系列PLC简介(1)I/O区I/O区的地址范围从CIO0000～CIO0079（CIO位从000000～007915）(2)数据链接区数据链接区的通道范围从CIO1000～CIO1199（CIO位从100000～119915）。(3)CPU总线单元区CPU总线单元区从CIO1500～CIO1899共包含400个字。(4)特殊I/O单元区特殊I/O单元区共有960个字，地址范围为CIO2000～CIO2959。1.5OMRONCJ1系列PLC简介(5)串行PLC链接区串行PLC链接区包含90个地址范围从CIO3100～CIO3199的字。(6)DeviceNet区DeviceNet区由600个字组成，地址范围为CIO3200～CIO3799。(7)内部I/O区内部I/O（工作）区有512个字，地址范围为W000～W511，这些字只能用在程序中