PLC系统构成和工作原理.ppt

2.1 可编程序控制器的基本组成,PLC的系统构成可以分为两大部分：即硬件系统和软件系统。 下面分别对硬件知识和软件知识这两部分进行介绍。,第2章可编程序控制器的系统构成和工作原理,教学任务： 1、了解可编程控制器的硬件系统 2、熟悉可编程控制器的软件系统 3、了解可编程控制器的工作原理与特点,PLC的硬件系统构成：,CPU 存储器 总线 I/O口 通信接口 编程器 电源 扩展设备 系统软件 用户软件,(一)、硬件知识：,可编程控制器的硬件系统,1 、中央处理单元（CPU）,CPU是PLC的核心部件，是系统的运算和控制的中心，能指挥PLC按照预先编好的系统程序完成各种任务。 其作用有以下几点： （1）接受并存储用户程序和数据； （2）检查、校验用户程序； （3）接受、调用现场信息； （4）执行用户程序； （5）故障诊断。,微处理器可以有以下不同种类,（1）通用处理器：8086、80286、80386,（2）单片机芯片：8031、8096,（3）位片式微处理器：AMD-2900,2 、存储器,(RAM) 随机存取存储器：可读可写，没有断电保持功能。,(ROM)只读存储器：只读，不能写。,(EPROM)可擦除可编程序的只读存储器：非易失性.用紫外线照射芯片上的透镜窗口，可以擦除已写入的内容,写入新内容。,RAM存放用户程序,ROM存放系统程序,存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量及其他信息。PLC存储器可以分为两大部分，即系统程序存储器和用户程序存储器。,(EPPROM)可电擦除：的它是非易失的,间有ROM的非易失性和RAM的随机存取的优点.但价格比较高。,3、输入/输出单元（I/O单元）,I/O单元是PLC与外部设备相互联系的窗口，必须与现场相连，应具有如下功能： 输入单元 能可靠地从现场获得有关的信号，能对输入信号进行滤波、整形、变换成控制器可接受的电平信号，输入电路应与控制器隔离。 输出单元 把控制器的输出信号转换成有较强驱动能力的、执行机构所需的信号，输出电路也应与控制器隔离。,一、 I/O单元功能,二、I/O单元 接线方式,共点式,输入输出只有一个公共端子,第二章 可编程序控制器的系统构成和工作原理,2.1.1.3 输入输出单元,二 、 I/O单元 接线方式,分组式,输入输出端子分为若干个组， 每组共用一个公共端子。,第二章 可编程序控制器的系统构成和工作原理,2.1.1.3 输入输出单元,二、 I/O单元 接线方式,隔离式,有公共端子的各组输入/输出点之间相互隔离，可各自使用独立的电源。,按信号的流向分： 输入单元和输出单元 按信号的形式分： 开关量I/O单元和模拟量I/O单元 按电源形式分： 直流型和交流型、电压型和电流型 按功能划分： 基本I/O单元和特殊I/O单元,三、 I/O单元分类,输入单元由输入端子、输入电路和输入锁存器构成。 输出单元由输出锁存器、输出电路和输出端子构成。 PLC的输入、输出接口部分是PLC内部弱电与外部强电相连的部分，所以必须具有电压转换和隔离的功能，这样不需要中间继电器，PLC就能直接与传感器或执行器相连，同时还可以减小电磁干扰。,4、电源,PLC的电源分三类： 外部电源 ：用于驱动PLC的负载和传递现场信号，又称用户电源。 内部电源 ： PLC的工作电源，有时也作为现场输入信号的电源，有的PLC能向外部提供24V直流电源。 后备电源：在停机或突然失电时，保证RAM中信息不丢失的电源。 PLC一般配有开关式稳压电源为其内部电路供电，开关电源输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高，抗干扰性能好。 在现场控制中，干扰侵入PLC的主要途径之一是通过电源，因此设计合理的电源是PLC可靠运行的必要条件 。,5 、编程器,编程器用于用户程序的输入、编辑、调试和监视，可以通过键盘调用和显示PLC的一些内部继电器状态和系统参数。它经过编程器接口与CPU联系，完成人机对话。它一般都具有下列5种功能： 编辑功能 编程功能 监视功能 检查功能 命令功能 编程器还具有与EPROM写入器、打印机、盒式录音机等外围设备通信的功能。,(二)、软件知识： 可编程控制器的软件系统,可编程控制器是微型计算机在工业控制领域的重要应用，其软件系统可以分为系统程序和用户程序两大类。 系统程序即可编程控制器的操作系统，它是由PLC生产厂家编制的，用于控制PLC本身的运行，对用户是不透明的。 系统程序通常包含三个部分： （1）系统管理程序。 （2）用户指令解释程序。 （3）标准程序模块和系统调用。,用户程序是指用户根据自己的控制需求编写的程序。由于PLC应用场合是工业现场，主要用户是电气技术人员，其编程语言要满足易于编写和易于调试的要求。 通常使用梯形图语言，又叫继电器语言或电工语言，还可以用指令语句表、逻辑功能图、顺序功能图、流程图及高级语言。 PLC软件系统中的系统程序是一个整体，其质量好坏，很大程度上决定了PLC的性能；而用户程序则比较灵活，根据具体需要编制。,1.编程语言 1）梯形图,梯形图是一种图形编程语言，是面向过程的一种“自然语言”，它沿用继电器的触点线圈和串并联等术语及图形符号，同时增加了一些继电接触器控制系统没有的特殊功能符号。 梯形图语言比较形象、直观，对于熟悉继电器控制线路的电气技术人员来说，很容易接受，且不需要学习专门的计算机知识，所以是PLC应用中最基本最普遍的编程语言。 梯形图只能用图形编程器直接编程。图2-8（a）是一个起保停程序的梯形图。,梯形图的编程特点,（1）触点具有接通和断开两种状态； （2）触点可以任意的串联、并联，但继电器的线圈只能并联不能串联； （3）输出继电器可以使用输出继电器、中间继电器和辅助继电器； （4）每一个梯级从起始母线触点输出继电器母线。,2）指令语句表,指令语句就是用助记符来表达PLC的各种功能。它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言通俗易懂，因此也是应用很广泛的一种编程语言。可使用简易编程器来编程，在未能配置图形编程器时，只能将已编好的梯形图程序转换成指令语句表的形式，再通过简易编程器将用户程序逐条输入到PLC的存储器中。 每条指令由地址(语句步）、操作码（指令）和操作数（数据或器件编号）三部分组成。 编程设备简单，逻辑紧凑、系统化，连接范围不受限制，但比较抽象，一般与梯形图配合使用互为补充。 大多数PLC都有指令语句编程功能。图2-8（b）是启保停程序梯形图对应的指令表。,3）顺序功能图(SFC),顺序功能图编程方式采用工艺流程图的方法编程，只要在每一个工艺方框的输入和输出端标上特定的符号即可。对于在工厂中搞工艺设计的人来说，这种编程方法不需要很多的电气知识，非常方便。不少PLC新产品采用了顺序功能图。 （1）它相当于应用软件中的逻辑框图； （2）是一种位于其它编程语言之上的图形语言； （3）用来编制顺序控制程序。,综上所述，PLC的用户程序可以使用多种方式来编写，各有特色。 目前，各种类型的PLC基本上都同时具备两种以上的编程语言，其中以同时使用梯形图和指令语句表的占大多数。 不同厂家、不同型号的PLC，其梯形图及指令语句表不尽相同。 各个厂家不同型号的PLC是不兼容的，但其编程思想方法与原理是一致的。,2、可编程控制器的工作原理,PLC控制系统的等效工作电路可分为三部分：输入电路、内部控制电路和输出电路。 输入电路采集输入信号，输出电路是系统的执行部件，这两部分与继电器控制电路相同。 内部控制电路就是通过编程方法实现的控制逻辑，用软件编程来实现继电器的功能。 等效工作电路如图2-10所示。,1、 PLC控制系统的等效工作电路,PLC控制的等效电路,输入元件,负载,20000,20000,00001,00002,00002,图 2-10,输入电路,输入电路由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。外部输入信号经过PLC输入接线端子驱动输入继电器的线圈。每个输入端子和与其相同编号的输入继电器有着唯一确定的对应关系。 当外部的输入原件处于接通状态时，对应的输入继电器线圈得电。 为使输入继电器线圈得电，即将外部输入元件的接通状态写入与其对应的基本单元中去，输入回路要有电源。输入回路使用的电源可是PLC提供的24V直流电源，也可由外部提供。 输入继电器的线圈只能是由来自现场的输入元件驱动，不能用编程方式去控制，所以在梯形图中，只能使用输入继电器的触点，不能使用输入继电器的线圈。,内部控制电路,内部控制电路是由用户程序形成的用软继电器来代替硬继电器的控制逻辑。其作用是按照用户程序规定的逻辑关系，对输入信号和输出信号的状态进行检测、判断、运算和处理，得到相应的输出。 一般用户程序是用梯形图语言编制的，梯形图中的触点是瞬时动作的，若需要延时，可由PLC提供的定时器来完成，延时时间可根据需要在编程时设定。 在PLC内部还提供了计数器、辅助继电器及某些特殊功能的继电器，这些控制器件所提供的逻辑控制功能，可在编程时根据需要使用，但仅能在PLC的内部控制电路中使用。,输出电路,输出电路是由在PLC内部且与内部控制电路隔离的输出继电器的外部动合触点输出接线端子和外部驱动电路组成，用来驱动外部负载。 PLC的内部控制电路中有许多输出继电器，每个输出继电器除了有为内部控制电路提供编程用的任意多个动合、动断触点外，还为外部输出电路提供了一个可与输出接线端子相连的实际的动合触点。 驱动外部负载电路的电源必须由外部电源提供，电源种类与规格可根据伏在要求去配，只要在PLC允许的电压范围内工作即可。,2. PLC的工作过程,PLC的工作过程可分为三个阶段：输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段. 1）.输入采样阶段 这是第一个集中批处理过程。在这个阶段，PLC以扫描方式顺序读入了所有输入端子的状态（触点接通还是断开），并将此状态存入输入锁存器。如果输入端子上外接电器的触点闭合，锁存器中与端子编号相同的哪一位就为“1”，否则为“0”。在把输入端子的全部状态扫描完以后，PLC将输入锁存器的内容存入输入映像寄存器。这一过程就是输入采样阶段。 输入映像寄存器中的内容只是本次输入采样时各端子的状态。输入采样结束后，PLC直接转入程序执行阶段。 在程序执行和输出刷新期间，输入端子同输入锁存器间的联系被切断，即使输入端子状态发生变化，输入锁存器内容也不会改变。,2）. 程序执行阶段,在用户程序执行阶段，PLC总是按先左后右、先上后下的顺序逐句执行控制程序的每条指令。 从输入元件映像寄存器中读入输入端子和内部元件寄存器的状态，按照控制程序的要求进行逻辑运算和算术运算，并将每步运算结果写入输入断电保护寄存器相关元件的对应单元（位）。 若程序运行中需要读入某输出状态或中间结果状态，则也在此时从输出元件映像寄存器读入，然后进行逻辑运算，运算结果再存入输出元件断电保护存储器中。 对于每个元件来说，反映各输出元件状态的断电保护存储器中的内容是随程序执行而变化的，当所有程序执行完后，输出元件映像寄存器的内容最后才固定下来。,注意,当执行控制程序时，如果程序要求某个输出继电器动作，这个动作要求并没有直接实时地传递到该继电器，而只是将输出断电保护存储器中代表该继电器的对应位置“1”，待所有程序执行完毕后，才将运行全部程序后产生的全部输出结果一次送到输出锁存器。 PLC的这种工作方式同单纯用硬件组成的控制电路或由计算机组成的控制电路是不同的。,3. 输出刷新阶段,输出刷新阶段即把输出元件断电保护寄存器的内容存入输出锁存器，由输出接口电路驱动电路输出，这才是PLC的真正输出。 PLC重复地完成上述三个阶段的工作所需要的时间称为工作周期，用T来表示。 PLC的扫描工作是重复进行的，其输入和输出存储器不断被刷新。一个扫描周期内输入刷新之前，若外部输入信号状态没有变化，则此次的输入刷新就没有变化，经运算处理后，相应的输出刷新也无变化，输出的控制信号就没有变化。 若在一个扫描周期内，输入刷新之前外部输入信号发生变化，则此次输入刷新就有变化，经运算处理后，相应的输出刷新也可能有变化，输出的控制信号亦可能有变化。 不管输出控制信号有无变化，一个扫描周期内对所有输出只刷新一次，这是PLC的特点。,本章小结,了解可编程控制器的硬件系统 熟悉可编程控制器的软件系统,