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1、教材：罗克韦尔PLC应用技术 主编：郑阿奇 出版：电子工业出版社 时间：2013年1月,PLC原理及应用,参考：Controllogix5000系统实用手册 主编：邓李 出版：机械工业出版社 时间：2008年2月,课程学时：36 理论课时：24 实验课时：12 平时成绩：10% 实验成绩：30% 期末成绩：60%,PLC原理及应用,1.1 PLC主要功能和特点,1.2 PLC的工作原理,1.3 罗克韦尔（Rockwell）PLC,1.1 PLC主要功能和特点,1.1.1 PLC主要功能 PLC作为一种专为在工业环境下应用而设计的计算机，必须具有以下功能： （1）逻辑控制功能。 （2）信号采集功
2、能。 （3）输出控制功能。 （4）数据处理功能。 （5）定时/计数功能。 （6）远程I/O功能。 （7）人机界面功能（HMI）。 （8）故障自诊断功能。 （9）通信联网功能。 （10）实时通信和冗余互备功能。,现代工业的三大支柱： PLC 机器人 CAD/CAM,1.1.2 PLC特点,1可靠性高 PLC用软件代替继电器控制系统中大量的中间继电器和时间继电器，接线可以减少到继电器控制系统的十分之一以下，大大减少了触点接触不良的可能性。 2抗干扰能力强 I/O设计具有完善的通道保护和多种形式的滤波电路，以抑制高频干扰，削弱各模块之间的干扰影响。 3编程简单、系统设计修改调试方便 现在使用最多的P
3、LC编程语言是梯形图，它符合大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯，语言形象直观，易学易用。 4模块化结构、通用性强，维护简单、维修方便 PLC产品系列化、标准化、模块化，用户可根据实际需求灵活选择，无须用户自己再进行设计和制作硬件装置。,1.2 PLC的工作原理,1.2.1 PLC基本组成 1 CPU模块 1）CPU CPU主要包含运算器、控制器、寄存器，它是PLC的核心部分。PLC的CPU芯片其实就是微处理器或单片机。只是它是专用于PLC的，并且大部分是生产厂家为实现PLC产品最佳性能而自行研制开发的。 2）存储器 存储器按照存储方式可以分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。PLC
4、内部所使用的存储器，按其用途一般可以分为系统程序存储器、用户程序存储器、内部数据存储器。,1.2.1 PLC基本组成,3I/O部件（模块） 输入电路中一般设有RC滤波电路、稳压电路等，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。而且与内部计算机电路通过光耦元件隔离，如图1-1所示。 输出模块用来输出各种控制信号，实现PLC内部信号到外部信号的转换。数字量输出模块用来控制接触器、电磁阀、指示灯、数字显示器等输出设备；模拟量输出模块用来控制变频器、调节阀等执行装置。,1.2.1 PLC基本组成,4电源 PLC使用交流220V电源（AC 220V）或直流24V电源（DC 24V）。PLC
5、内部电源主要是向其内部的TTL集成电路与运算放大器等部件提供工作电源，将外部输入转换为DC 5V、DC 12V、DC 15V、DC 24V等不同电压。 PLC基本结构框图如图1-2所示。,1.2.2 PLC工作过程,1工作过程 PLC采用不断循环的顺序扫描工作方式，每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。PLC的工作过程如图1-3所示。,输入扫描,执行程序,输出扫描,1.2.2 PLC工作过程,2PLC扫描工作方式的优点 （1）在执行程序时，读写的是输入/输出映像寄存器的值，而不是直接对实际的I/O点进行操作。 （2）整个程序执行阶段各输入继电器的状态是固定的，程序执行后再用输出映像寄存器
6、的值更新所有的输出点，使得系统运行稳定。 （3）用户程序读写I/O映像寄存器比直接读写I/O点要快得多，这样可以提高用户程序的运行速度。 （4）扫描工作方式具有较好的抗干扰能力，在一个扫描周期内，输入处理仅占用极少部分时间。,1.2.2 PLC工作过程,3过程映像 在每个扫描周期，CPU检查输入和输出的状态。有特定的存储器区保存模块的二进制数据：过程映像输入表和过程映像输出表。 在用户程序检查输入（例如：AI 2.0）时，使用过程映像输入表的最后状态，这样就保证在一个扫描周期内使用相同的信号状态，如图1-4所示。,1.2.2 PLC工作过程,4PLC中断处理 PLC采用中断工作方式来应对紧急任
7、务。一般的计算机系统中，CPU在每一条指令执行结束时都要询问有无中断申请。而PLC对中断的响应则是在相关程序块结束后查询有无中断申请，如果有中断申请，则转入执行相应的中断服务程序。 5PLC集中处理方式 PLC在工作过程中，对输入信号执行过程、输出控制采取集中批处理方式。这样不仅避免了继电器、接触器控制系统中触点竞争和时序失配的问题，而且增强了系统的抗干扰能力，提高了工作稳定性。,1.2.2 PLC工作过程,6PLC时间滞后现象 PLC扫描工作方式决定了其信号检测存在滞后 为了减少PLC的响应延迟时间，可以采用如下措施： （1）选用扫描速度快的PLC； （2）选用延迟时间短的输入/输出模块；
8、（3）可以使用立即输入指令和立即输出指令，或者使用输入中断功能。,1.3 罗克韦尔（Rockwell）PLC,1.3.1 PLC的分类 1按组成结构形式分类 （1）整体式PLC 整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低、安装方便的特点。 （2）模块式PLC 模块式PLC是将PLC各组成部分分别做成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）及各种功能模块。 （3）混合式PLC 将整体式的紧凑、体积小、安装方便和模块式的搭配灵活、安装整齐的优点相结合，便构成了混合式PLC。,1.3.1 PLC的分类,2按I/
9、O点数分类 （1）小型PLC 小型PLC一般I/O点数小于256点，单CPU，8位或16位处理器，用户存储器容量为4KB以下，适合于单机控制或小型系统的控制。 （2）中型PLC 中型PLC一般I/O点数为2562 048点，双CPU，用户存储器容量为28KB。 （3）大型PLC 大型PLC一般I/O点数大于2 048点，多CPU，16位或32位处理器，用户存储器容量为816KB。,1.3.2 罗克韦尔PLC主要性能指标,1工作速度 工作速度是指CPU执行指令的速度及对急需处理的输入信号的响应速度。一般按每条逻辑指令的执行时间计算，S/指令 2输入/输出点数 输入/输出点数表示PLC组成控制系统
10、时的最大规模，代表PLC的控制能力。 3内存容量 PLC内部所使用的存储器，按其用途一般可分为系统程序存储器、用户程序存储器、内部数据存储器。 4指令系统 PLC有多少条指令，各条指令又具有什么功能，是了解与使用PLC的重要方面。,1.3.2 罗克韦尔PLC主要性能指标,5支持软件 （1）系统程序 系统程序是指控制PLC系统自身运行的控制程序，它是不向用户开放的。 （2）应用程序 应用程序是指PLC用户根据各种控制要求和控制条件而编写的用户控制程序。 6可靠性指标MTBF PLC是专为在工业环境下应用而设计的，所以，对其可靠性尤为关注。 7经济指标 经济指标最简单的就是看价格。一般来讲，同样技术性能的PLC，价格低其经济指标就好。,1.3.3 罗克韦尔PLC与ControlLogix,罗克韦尔PLC产品历经插件式、模块式、开发式，逐步实现了信息综合管控，如图1-5所示。,1.3.4 罗克韦尔PLC控制系统的三层结构,罗克韦尔PLC控制系统的开放式网络体系结构概况如图1-6所示。,FCS 现场总线控制系统,
