可编程控制器第五章ppt课件

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1、.,第 2 篇,电气控制与PLC,可编程控制器的 应用技术,.,第 5 章,电气控制与PLC,可编程控制器的基本 结构及工作原理,.,本章提要,5.1 概述 5.2 PLC的基本结构与工作原理 5.3 PLC的性能指标及分类 5.4 PLC与其它工业控制系统的区别,.,1. PLC的产生,1968年，美国通用汽车公司（General Motors，GM）根据市场形势与生产发展的需要，提出了“多品种、小批量、不断翻新汽车品牌型号”的战略。原有的汽车生产线电气控制装置远远不能满足这一战略决策的要求，因此需要寻求一种比继电器更可靠、功能更齐全、响应速度更快的新型工业控制器，并从方便用户使用角度提出了

2、新一代控制器应具备的十大条件，这十大条件是：,5.1 概述5.1.1 PLC的产生,.,1）编程方便，可现场修改程序； 2）维修方便，采用插件式结构； 3）可靠性高于继电器控制装置； 4）体积小于继电器控制盘； 5）数据可直接送入管理计算机； 6）成本可与继电器控制盘竞争； 7）输入可为市电； 8）输出可为市电，电流要求在2A以上，可直接驱动 接触器等； 9）扩展时原系统改变最少； 10）用户存储器大于4KB。,.,1969年，美国数字设备公司（Data Equipment Company，DEC）研制出了世界上第一台可编程控制器PDP-14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，并取得了满意

3、的效果，可编程控制器自此诞生。 可编程控制器自问世以来，发展极为迅速。1971年，日本开始生产可编程控制器。1973年，欧洲开始生产可编程控制器。到现在世界各国的一些著名的电气工厂几乎都在生产可编程控制器。可编程控制器已作为一个独立的工业设备被列入生产中，成为当代电控装置的主导。,.,从1969年研制出第一台PLC以来，PLC发展已经历了四个阶段，其发展过程大致如下： 第一阶段19691972年，CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁心存储器。其功能也比较单一，仅能实现逻辑运算、定时、计数等功能。 第二阶段19731975年，这个时期的产品已开始使用微处理器作为CPU，存储器采用半导体存储器

4、。其功能也有所增加，能够实现数字运算、传送、比较等功能，并初步具备自诊断能力，可靠性也有了一定的提高。,2PLC的发展,.,第三阶段19761983年，PLC进入了迅速发展阶段，美国、日本、德国各有几十个厂家生产PLC。采用8位和16位微处理器作为CPU，部分产品还采用了多处理器结构。能进行多种复杂的数学运算，具备完善的通信功能和较强的远程输入/输出控制能力，具有较强的自诊断功能并采用了容错技术。 第四阶段从1983年到现在。除采用16位以上的微处理器作为CPU外，内存容量更大；可以将多台PLC链接起来，实现资源共享；可以直接用于一些规模较大的复杂控制系统；编程语言除了可使用传统的梯形图、流程

5、图外，还可使用高级语言；外设多样化。,.,5.2 PLC的基本结构与工作原理,图5-1 PLC的基本结构,.,1输入输出模块（I/O模块）,在PLC中，输入模块用于将控制现场输入信号变换成CPU能接受的信号，并对其进行滤波、电平转换、隔离和放大等；输出模块用于将CPU的决策输出信号变换成驱动控制对象执行机构的控制信号，并对输出信号进行功率放大、隔离PLC内部电路和外部执行元件等。 I/O模块一般包括：数字量输入模块，数字量输出模块，模拟量输入模块和模拟量输出模块等。按用途分为：输入/输出模块还包括：数据传送/校验、串/并行转换、电平转换、电气隔离、A/D转换、D/A转换以及其它功能模块等。,.

6、,（1）输入接口电路,PLC输入方式按输入回路电流来分，有直流输入和交流输入两种，有的PLC还有交直流输入方式。,图5-2 直流输入电路示意图,图5-3 交流输入电路示意图,.,图5-4 汇点式输入接线示意图 a)直流模块 b)交流模块,图5-5 分隔式输入接线示意图,.,（2）输出接口电路,图5-6 PLC开关量输出电路示意图 a)继电器型 b)晶体管型 c)晶闸管型,.,图5-7 汇点式输出接线示意图 a)汇集为一组输出 b)分为若干组输出,图5-8 分隔式输出接线示意图,.,2中央处理单元（CPU部分）,（1）微处理器（CPU） 微处理器是PLC的核心部件，整个PLC的工作过程都是在中央

7、处理器的统一指挥和协调下进行的。 （2）存储器 在PLC中，存储器是保存系统程序、用户程序和工作数据的器件。系统程序存储器用以存放系统程序或监控程序、管理程序。指令解释程序、功能应用子程序、系统诊断程序等，此外还用以存放输入/输出电路、内部继电器、定时器/计数器、移位寄存器等各部分的固定参数。,.,3电源部件,PLC的电源是把交流电转换成其内部的中央处理单元、存储器单元等电子电路工作所需的直流电源（一般为5V）和外部输入设备所需直流电源（一般为24V）。此外，还有包括PLC断电后为掉电保护电路供电的后备电源（一般为锂离子电池）。,.,4编程器,编程器是PLC必不可少的重要外围设备，它通过通信端

8、口与CPU相联系，以此完成人机对话的功能。编程器上提供了用于编程的各种按键、指示灯和用于编程、监控、运行的转换开关。,.,5.2.2 PLC的基本工作原理,PLC的控制过程实质上是采用了对整个用户程序循环执行的工作方式即循环扫描方式。即执行用户程序不是只执行一遍，而是一遍一遍不停地循环执行。,1循环扫描工作原理,.,PLC是在其系统软件的支持下按扫描原理工作的，它的工作过程就是周期性的循环扫描过程，每一个扫描周期均分为自诊断、采样输入、执行用户程序、输出刷新、通信五个阶段，如图5-9所示。,图5-9 PLC的工作过程,2PLC扫描周期的执行过程,.,PLC在上电后和进行每一次扫描之前都要执行自

9、诊断程序以保证设备的可靠性。诊断包括校验系统软件的校验和、CPU测试、存储器测试、I/O接口测试和总线动态测试等。如果自诊断发现异常情况，PLC将全部输出置为OFF状态，保留当前相关状态，然后停止PLC运行。PLC除了上述自诊断功能外，往往还使用一个硬件时钟即时间监视器WDT（Watchdog Timer）来辅助自诊断。,（1）自诊断,.,在采样阶段，PLC以顺序扫描的方式采样所有输入的状态，并存入存储器输入映像区中，然后转入程序扫描执行阶段。在程序扫描执行期间，用户程序中所有的输入值是输入映像区的值，即使外部输入状态发生变化，输入映像区的内容也不会随之改变，这种变化只能在下一扫描周期输入采样

10、时才能再读入。,（2）采样输入,.,在程序扫描执行阶段，先从存储器输入映像区中读入程序中所需的输入状态，从存储器输出映像区中读入程序中所需的输出状态，以及程序中规定要读入的内部辅助继电器、定时器、计数器的状态。然后，按照程序的安排进行逻辑运算，并将运算结构存入存储器输出映像区。,（3）执行用户程序,.,由于使用了输入输出状态映像区，用户程序具有三个明显特点： 1）由于在同一扫描周期内，对每一输入状态只采样一次，其在整个扫描周期内是一致的，因而不会造成在同一扫描周期内运算结果的混乱。 2）在同一扫描周期内，对每一输出状态一般只运算并存储一次，如果程序中运算、存储多次，则仅最后一次有效。 3）在同

11、一扫描周期内，每一存储在输出状态映像区中的输出状态，在用户程序中亦可作为逻辑运算的条件使用。,.,在程序扫描执行阶段完成以后，存储器输出映像区中已存储了所有输出继电器的状态。在输出刷新阶段，将存储器输出映像区中所有输出继电器的状态转存到输出锁存电路，并驱动所有外部输出电路，至此，才真正完成了驱动外部负载的功能。,（4）输出刷新,（5）通信,具有网络功能的PLC，在扫描周期的通信阶段中，进行PLC之间以及PLC与计算机之间的信息交换。,.,5.3 PLC的性能指标及分类,5.3.1 PLC的性能指标,（1）编程语言 （2）指令种类和总条数 （3）I/O总点数 （4）PLC内部继电器的种类和点数

12、（5）用户程序存储量 （6）扫描速度 （7）工作环境 （8）特殊功能 （9）其它,.,5.3.2 PLC的分类,（1）按结构形式分类 按PLC结构形式分类，可分为整体式、模块式和叠装式三种。 （2）按输入/输出点数和存储容量分类 按输入/输出点数和存储容量来分，PLC大致可分为大、中、小和微型（超小型）4种。 （3）按功能分类 按PLC功能强弱来分，可大致分为低档机、中档机和高档机三种。,.,5.4 PLC与其它工业控制系统的区别,5.4.1 PLC与继电接触控制系统的区别 5.4.2 PLC与微型计算机的区别 5.4.3 PLC与集散控制系统的区别,.,1）继电接触控制全部用硬器件、硬触点和

13、“硬”线连接，为全硬控制；PLC内部大部分采用“软”电器、“软”接点和“软”线连接，为软件控制。 2）继电接触控制系统体积大；PLC控制系统结构紧凑，体积小。 3）继电接触控制全为机械式触点，动作慢；PLC内部全为“软接点”，动作快。 4）继电接触控制功能改变，需拆线、接线乃至更换元器件，比较麻烦；PLC控制功能改变，一般仅修改程序即可，极其方便。 5）PLC控制系统的设计、施工与调试比继电接触控制系统周期短。 6）PLC控制的自检和监控功能比继电接触控制的强。 7）PLC的适用范围比继电接触控制的广泛。 8）PLC可靠性比继电接触控制的高。,5.4.1 PLC与继电接触控制系统的区别,.,5

14、.4.2 PLC与微型计算机的区别,1）PLC输入/输出接口较多，中大型PLC输入/输出接口更多，便于多路多点控制，主要用于工业控制。微型计算机除了用在控制领域外，还大量用于科学计算、数据处理、计算机通信等方面。 2）PLC编程简便，因为PLC采用的是易于用户理解、接受和使用的梯形图编程语言，指令又不太多，而计算机使用汇编语言或其它高级语言编程，比PLC编程复杂。 3）PLC可靠性高，因为PLC是为工作环境条件比较恶劣的工业控制设计的，设计与制造PLC时已采取了多种有效的抗干扰和提高可靠性措施。而微型计算机对环境要求较高，一般要在干扰小，具有一定的温度和湿度要求的机房内使用。 4）PLC技术较容易掌握，使用维护方便，对使用者的技术水平要求比使用计算机的用户要求低。,.,5.4.3 PLC与集散控制系统的区别,1）PLC是由继电器控制逻辑发展而来的，而集散控制系统（DCS）是由回路仪表控制发展而来的，但两者的发展均与微电子技术、大规模集成电路技术、计算机控制技术的发展有关。 2）早期的PLC在开关量控制、顺序控制方面有一定的优势，而集散控制系统在回路调节、模拟量控制和过程控制方面有一定优势。 3）PLC与集散控制系统在发展过程中，始终相互渗透、互为补充，两者的发展越来越接近，它们都能构成复杂的分级控制。从趋势来看，二者的归宿和统一将是全分布式计算机控制系统。,