PLC及其基本工作原理培训

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1、本讲主要内容：第六节 可编程序控制器的主要性能指标第五节 可编程序控制器的工作原理第四节 可编程序控制器的软件组成第三节 可编程序控制器的硬件组成第二节 PLC控制与继电器控制的比较第一节 可编程序控制器概述第三讲第七节 PLC控制系统的软件设计第八节 PLC在三相异步电动机控制中的应用 第一节 可编程序控制器概述一、可编程序控制器的产生与发展（一）可编程序控制器的产生（二）可编程序控制器的发展二、可编程序控制器的用途与特点（一）可编程序控制器的用途PLC的应用通常可分为五种类型： 顺序控制 运动控制 闭环过程控制 数据处理 通信和联网 （二）可编程序控制器的特点抗干扰能力强，可靠性高控制系统

2、结构简单、通用性强、应用灵活 编程方便，易于使用 功能完善，扩展能力强 PLC控制系统设计、安装、调试方便维修方便，维修工作量小 PLC具有完善的自诊 断，履历情报存储及监视功能。体积小、重量轻，易于实现机电一体化 。三、可编程序控制器的分类（一）按IO点数容量分类1小型机 2中型机 3大型机 （二）按结构形式分1整体式结构 2组合式结构 1整体式结构 整体式PLC组成示意图2组合式结构 组合式PLC组成示意图返回第一张返回第一张 上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片Power in a Small Package!电源模块CPU模块IO模块底 板Date第二节 PLC控制与继电器

3、控制的比较一、系统框图的比较继电器控制系统框图PLC控制系统框图二、PLC的等效电路图接触器控制电动机单向旋转控制电路 PLC控制系统等效电路图2.2 PLC的硬件组成PLC 生产厂家很多，产品的结构也各不相同，但其基本构成 是一样的，都采用计算机结构，如下图所示，都以微处理器为核 心，通过硬件和软件的共同作用来实现其功能。 PLC 主要有六部 分组成： CPU( 中央处理器 ) 、存储器、输入 / 输出（ I/O ）接口 电路、电源、外设接口、输入 / 输出（ I/O ）扩展接口。 小型机常采用整体式中、大型机常采用组合式整体式 PLC的基本组成框图输出设备输入设备I/O扩展单元特殊功 能单

4、元主机输出单元输入单元电 源外设接口I/O 扩 展 口存 储 器系统程序存储器C P U 用户程序存储器盒式磁带机 打印机 EPROM写入器上位计算机PLC编程器可编程终端PT组合式 PLC的基本组成框图系 统 总 线通信单元控 制 系 统 现 场 过 程CPU 单元输出单元编程器PLC或 上位计算机智能I/O单元输入单元 输入并存储用户程序、显示输入内容和地址；CPU指挥PLC完成各种预定的功能 检查、校验用户程序，发现错误即报警； 执行用户程序、驱动外部输出设备动作； 诊断故障、记忆故障信息并报警。2.2.1 CPU单元2.2.1 CPU单元1.中央处理单元（CPU）：(1)从程序存储器读

5、取程序指令，编译、执行指令(2)将各种输入信号取入(3) 把运算结果送到输出端(4) 响应各种外部设备的请求 PLC中所采用的CPU通常有三种 ： （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 小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU 中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU 大型PLC多采用高速位片式微处理器系统程序存储器 存储系统系统程序用户程序存储器 存储系统用户程序工作数据存储器 存储工作数据2.2.2 存储器RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。ROM：存放监控程序和用

6、户已调试好的程序。2.2.3 I/O单元PLC与外部设备联系的桥梁开关量输入单元开关量输出单元直流输入单元交流输入单元晶体管输出单元晶闸管输出单元继电器输出单元2.2.3 I/O单元输入、输出接口：采用光电隔离，实现了PLC的内部电路 与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外 部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断 电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。输出接口电路按照 PLC 的类型不同一般分为继电器输出型、 晶体管输出型和晶闸管输出型 3 类以满足各种用户的需要。其 中继电器输出型为有触点的输出方式，可用于直流或低频交流 负载；晶

7、体管输出型和晶闸管输出型都是无触点输出方式，前 者适用于高速、小功率直流负载，后者适用于高速、大功率交 流负载。输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号， 转换成数字信号送入主机。2.2.3 I/O单元（1）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。COM光电三极管发光二极管直流电源输入端子+PLCIn+24V 发光二极管2.2.3 I/O单元COM+5VLEDSR3R1AR2CT内 部 电 路滤波 光电耦合 外部开关 输入点的 状态显示 输入点 公共端 直流输入电路2.2.3 I/O单元交流输入电路LED+5VAR2COMSCR1内 部 电 路R3滤波 光电耦合 输入点的 状态显

8、示 外部开关 输入点 2.2.3 I/O单元继电器输出（2）输出接口电路：以继电器形式为例：PLC 内部电路内部电路K+ 交流电源或 直流电源QCOM-2.2.3 I/O单元晶体管输出电路COMT2 LEDDFU+5V内 部 电 路T1R1R2R3负载光电耦合 输出点的 状态显示 公共端 输出点 2.2.3 I/O单元晶闸管输出电路COMLEDR2CTFU内 部 电 路R1负载光电耦合 输出点的 状态显示 公共端 输出点 2.2.3 I/O单元继电器输出电路COMLEDKR内 部 电 路负载输出点的 状态显示 继电器 机械 触点 公共端 输出点 2.2.4 电源单元PLC 一般采用 AC220

9、V 电源，经整流、滤波、稳压 后可变换成供 PLC 的 CPU 、存储器等电路工作所需的 直流电压，有的 PLC 也采用 DC24V 电源供电。为保证 PLC 工作可靠，大都采用开关型稳压电源。有的 PLC 还 向外部提供 24V 直流电源。 小型机：一体机。有接口可扩展。2.2.4 电源单元Power in a Small Package!电源模块CPU模块IO模块底 板中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合。2.2.5 外部设备PLC的外部设备主要有：编程设备触摸屏操作面板文本显示器打印机 等 外部设备接口是在主机外壳上与外部设备配接的插 座，通过电缆线可配接编程器、计算机、打印机

10、、 EPROM 写入器、触摸屏等。2.2.6 I/O扩展接口I/O 扩展接口是用来扩展输入、输出点数的。当 用户输入、输出点数超过主机的范围时，可通过 I/O 扩展接口与 I/O 扩展单元相接，以扩充 I/O 点数。 A/D 和 D/A 单元以及链接单元一般也通过该接口与主 机连接。 2.3 PLC的软件系统系统程序系统程序是由PLC的制造者采用汇编语言编写的，固 化于ROM型系统程序存储器中，用于控制PLC本身的 运行，用户不能更改。系统程序分为：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程序 2.3 PLC的软件系统用户程序 用户程序又称为应用程序，是用户为完成某一控制

11、任务 而利用PLC的编程语言编制的程序。用户程序是线性地 存储在系统程序制定的存储区内。1用户环境 用户环境是由系统程序生成的，它包括用 户数据结构、用户元件区、用户程序存储区、用户参数 、文件存储区等。 2用户程序结构 用户程序结构大致可以分为三种：（1）线性程序（2）分块程序（3）结构化程序3用户程序语言 PLC的编程语言有多种，其中梯形图、 语句表、功能块图是三种基本语言。 （三）标准程序模块及系统调用程序一、系统程序（一）系统管理程序（二）用户指令解释程序二、用户程序（一）梯形图（LAD）编程符号对照典型梯形图示意 典型的梯形图示意图 （二）指令表（STL）编程指令表编程举例 a）梯形

12、图 b）指令表（三）状态流程图（功能图）编程钻孔顺序的状态流程图三、可编程序控制器的程序结构（一）用户程序（二）数据块（三）参数块 PLC的循环扫描工作过程 接线程序控制与存储程序控制 输入/输出滞后响应 2.4 PLC的工作原理1. 接线程序控制与存储程序控制继电接触器控制系统，又称为接线程序控制系统，是 通过电器元器件的固定接线来实现控制逻辑，完成控 制任务的。在PLC控制系统中，用户根据控制要求编制出相应的控 制程序，并写入PLC的程序存储器中。系统运行时， PLC将程序执行结果输出给相应的输出设备，控制被控 对象工作。 这种控制称为存储程序控制。1. 接线程序控制与存储程序控制2. P

13、LC的循环扫描工作过程PLC 的工作方式为循环扫描方式，其工作过程大致分为 3 个阶段： 输入采样、程序执行和输出刷新 。 设置各异常继电器 异常：(ERR/ALM)LED灯亮 警告： (ERR/ALM)LED 闪烁异常或警告？无有异常检查结果正常？扫描周期监视时间预置执行用户程序程序结束？(END命令？)NoYes 扫描周期固定值 设定检查有固定值设置？等待设定扫描周期到计算扫描周期I/O 刷 新正常异常警告接通电源初始化I/O外设端口服务初始化I/O、内部辅助、特殊辅助、辅助记忆继电器区域清零 定时器预置 识别扩展单元公 共 处 理执行用户 程序扫 描 周 期 计 算 处 理刷 新硬件、用

14、户程序内存检 查外设端口服务接通电源初始化硬件检查正常？异常报警异常处理扫描周期监视执行用户程序程序结束？扫描周期检查有固定设置？等待扫描周期计算I/O刷新外设端口服务异常公共处理 执行用 户程序扫描周期计算 刷 新端 口 服 务000020100000001 0000201000(1) PLC扫描工作各环节的功能 PLC上电后，首先检查硬件是否正常。 按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。对输入的数据进行处理， 将结果存入元件映象寄存器。 计算扫描周期。若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。母线 I/O刷新阶段。 外设端口服务。读输入点的状态并写入输入映像寄存器。 将元件映像寄存

15、器的状态经输出锁存器、输出电路送到输出点 。访问外设端口连接的外部设备。读读读写写执行用户程序 I/O刷新 I/O刷新I/O刷新 I/O刷新(2) PLC执行用户程序的过程010010100000000 00001 01000输 入 端 子输 入 电 路用户输入设备输入映像寄存器输 出 电 路输 出 端 子元件映像寄存器输出锁存器用户输出设备返回第一张返回第一张 上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片3 PLC控制的原理等效电路图SB1SB2ST公共端公共端输入部分输出端子输入端子用户程序输出部分主电路KMFUFRM3 QKM01000PLCCOM000000000000001000

16、0200000010000000100002 01000COM0000100002PLCSB1SB2KMST00000000010000201000COM COMDate返回第一张返回第一张 上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片KM线圈通电 SB1闭合00000 闭合接点闭合KMFUKHM3 QKM通电KM通电触点闭合电动机转触点闭合PLCCOM0000000000000010000200000010000000100002 01000COM010000000100002SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COM COMDate返回第一张返回第一张 上一张幻灯片上一张幻灯片下一张幻灯片下一张幻灯片KM线圈断电000