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1、PLC知识讲座,1,PLC知识讲座,OMRON(上海) 开发二部二课 王亮 2008-02-16,目录,第一部分 :PLC 基础知识 PLC的定义 PLC的历史 PLC的工作原理 PLC的性能指标 一体式PLC结构 组合式PLC结构(CV series) PLC 总线,第二部分 :硬件、AW Know-How OMRON PLC产品线 一体式PLC：CP系列CP1H/L介绍 PLC在PCB设计中的注意事项,PLC基础知识,国际委员会(IEC)PLC的定义: 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系 统，专为在工业环境下应用而设计。它采用 可编程序的存储器，用来在其内部存储执行 逻辑运算，顺序控制
2、、定时、计数和算术运 算等操作指令，并通过数字式和模拟式的输 入和输出，控制各种类型的机械或生产过 程。,功能上已经超出 了早期的定义,早期:只能进行开关量的逻辑控制.,现代:开关量的逻辑控制. 模拟量的闭环控制. 数字量的智能控制. 数据采集和监控. 通信联网、集散控制.,PLC的定义(Definition),1968 年 美国通用汽车公司（GM） 提出要求和规格定义,1969 年 美国数字设备公司（DEC) 发布第一台PLC(PDP-14),1970 年 日本OMRON 研制出本社第一台PLC,我国1974年开始研制,于1977年研制 成功,开始工业应用,PLC的历史(History),P
3、LC的组成(一),可靠性高抗干扰能力强. 编程直观简单 环境要求低适应性强 功能完善接口功能强,中央处理器(CPU): PLC运算、控制中心. 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据. 诊断电源,PC内部电路的工作状态和编程的语法错误. 用扫描的方式接收输入信号,送入PC的数据寄存器保存起来. 执行用户程序.读取编译执行 用户程序结果送至输出端 存储器 分系统程序存储器、用户程序存储器 系统存储器:存放系统管理程序 用户程序存储器:存放用户编制的控制程序,输入部分输出部分 是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。输入部件是开关、按钮、传感器等。输出部件是电磁阀、接触器、继电器。 通常具
4、备滤波、光电隔离、电平转换等回路. 电源 一般市电(AC220) DC24V 等 手持编程器、微机、触摸屏、其他外围通信设备,PLC的组成(二),循环扫描的工作方式 扫描周期:一次循环的时间. 决定因素: 用户程序长短、优化程度、 PLC本身性能.通常ms数十ms,PLC的工作原理(一),PLC的工作原理(二),I/O点数 外部接入输入开关器件、输出控制器件的数量,决定了系统的控制规模. CS 系列 达到 5120 点 、 CJ系列 达到 2560点 、 CQM系列达到512点、 CP1H达到320点、 CP1L达到160点 用户程序存储器容量 决定了容纳用户程序长短. CS 、CJ系列达到2
5、50Ks ;CQM系列达到15.2Ks ;CP1H达到20Ks; CP1L达到10Ks. 扫描速度 扫描速度是指PLC执行程序的速度.是衡量控制速度的重要指标.OMRON PLC规格中是以指令处理速度和公共处理时间来体现的. 如CP1H :,PLC的性能指标(一),指令的种类 这是衡量PLC编程能力强弱的主要指标.指令种类、条数越多，其处理能力、控制能力越强. CP1H系列: 内部器件的种类及数量 内部器件包括辅助继电器、定时器、计数器、保持继电器、特殊辅助继电器、数据存储器等.其种类和数量同样反映控制能力强弱. 智能单元 PLC不仅仅完成开关量的逻辑控制，而且利用智能单元完成模拟量控制、位置
6、和速度控制及通信联网等.智能单元的种类和功能强弱是衡量PLC产品水平高低的重要指标.,PLC的性能指标(二),小型PLC在微型PLC的基础上添加了32bit MPU/ASIC 和 Memory 容量.,Medium PLC,Micro PLC,一体式PLC的结构,在ASIC机能的不断提升和发展下,不仅仅简单的提供基本指令的执行,而且发展到了应用指令Memory ASICBus control. 通过ASIC来联接CPU和扩展的Bus控制提供了组合式PLC的发展平台.完成总线控制和网络功能,有效的扩大了控制规模.现在OMRON的 CS1系列最大控制点数已经达到5120点.,Communicati
7、on BUS series/Fins/Serial,组合式PLC的结构,BUS Control method,根据不同形状和功能要求,OMRON 有多种 总线协议(Unit).最新的使用最广泛的协议是 CS1 Bus (CS1 单元CJ1单元:base_less).,PLC总线(一),CS1 Bus （16 Bit Bus） 在PLC系列中的应用：,BUS ASIC,PLC总线(二),UNIT SUMMARY SCPU （ASIC 2）,通信单元 （CLK、Ethernet、Dnet） 控制单元 （LCU、MC） Unit No. （0F） EVENT2（1kw + 0.5kw） + cycl
8、ic data （8kw） Clock /CPU Status IOM mapping ：1500+unit No. 25CH Parameter area：512w （flexible）in the CPU unit,SIOU （ASIC 2）,Unit （AD/DA/TS/TC/NC etc） Unit No. （05F） EVENT1（ 0.5kw） + cyclic data （184kw） Clock /CPU Status IOM mapping ：1000+unit No. 10CH Parameter area：100w （DM）in the CPU unit,PLC总线(三)
9、,BASIC I/O （ASIC 3）,一共有2种基本I/O ASIC ，IOCS 和 IOC ； 其中IOCS 是32点基本输入输出点数以下的（包括32点）的I/O刷新和总线控制ASIC。 IOC是32点以上128点以下（包括128点）的I/O刷新和总线控制ASIC. Cyclic I/O data Register （bus check 、profile）,PLC总线(三),OMRON PLC的产品线,硬件、AW Know-How,现在OMRON最具市场竞争力的不同类型 的三款PLC是：CS1 、CJ1、CP1H（L）,一体式PLC: CP系列(CP1L/H) (1)具有高度扩展性的端子台
10、型一体化PLC.它浓缩了丰富的功能.,一体式PLC: CP系列(CP1L/H) (2)CP1L 与CP1H 的规格,内存容量、处理速度、功能的扩展性等。,内置功能等。,一体式PLC: CP系列(CP1L/H),（4）CP1L 与 CP1H 的CPU构成图：,(3) OMRON小型PLC比较表：,(5) CP1H 与CP1L的硬件结构图,CP1H 硬件结构图,一体式PLC:CP系列(CP1L/H),CP1L 硬件结构图,一体式PLC:CP系列(CP1L/H),(6)CP1H的内部PCB结构,CPU单元,高功能扩展单元,PCB.OPTION 是串行通信接口回路，由MPU 端口直接服务.可选择RS2
11、32C、RS485通讯模式.,PCB.CPU 主要放置的回路有 RTC、LED device、 Switch device、Memory 、Reset 、ASIC 等回路.,一体式PLC:CP系列(CP1L/H),PCB.I/O 主要放置的是输入输出回路. 输入回路通过规格分类有：高速计数回路、中断输入快速响应输入、普通输入. 按极性分有：正逻辑输入、负逻辑输入等.,正逻辑输入：,负逻辑输入：,输出回路通过形式分类有：继电器输出、晶体管输出. 按规格分有：高速脉冲输出、普通输出等.,普通输出：,高速脉冲输出：,一体式PLC:CP系列(CP1L/H),PCB.PS 主要外置电源转换成内部供电电源
12、回路. 单元内部主要应用电源形式有：24V (用于Service PS、继电器驱动等)、5V /3.3V （用于芯片驱动电源等）、PSPF（电源失效检测）.当然如果单元搭载模拟量功能，可能存在模拟量电源转换回路.,主要有2种电源形式： （1）Linear Regulator: Enables only stepping down voltage. （2）Switching Regulator: Enables both stepping up and down voltage. 简单的说线形电源是通过串联或并联可调节电阻来实现电压转化. 开关电源是通过反馈调节开关频率（占空比）来实现电压转化.
13、,（1）PS with Three-terminal Regulators（Linear Regulator）：,通常IC1形式：日本JRC公司的NJM*系.,（2）PS with Three-terminal Regulators（Switch Regulator）：,IC形式：MC34063, Motorola Inc.),PCB设计注意事项,提高PCB设计质量是保障产品可靠性的重要手段。 设计一块好的PCB在掌握设计工具的同时也需要具备：,1. 电路设计知识. 2. 电磁兼容方面的知识. 3. 生产工艺方面的知识.,电路知识相关PCB设计技巧,通常在我们设计的PLC产品中都具备以下几个C
14、ircuit Block,这些电路本质上的区别 ： 工作频率 、信号强弱 、参考电势. 如果布置混杂，就可能引起相互干扰.所以必须考虑 线宽、线 长 、线间距 、回路隔离 等措施.,通常 工作频率 ：MPU（周围电路）/通信I/F I/O回路（电源回路）. 信号强弱 ：I/O回路（电源回路） MPU（周围电路）/通信I/F. 参考电势 ：MPU（周围电路）/通信I/F 和 电源回路 及 I/O 回路都是不同的.,注意:(1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。,(2)以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、 整齐、
15、紧凑地排列在PCB上 尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。,PCB设计注意事项,按频率高低一定顺序放置 ，不要交错安插.,信号强弱和线宽、线间距之间的关系.,印制导线宽度和允许电流关系表：,因此，在实际走线时，需要设计人员了解电路中信号强弱关系. 特别是在电源回路和I/O回路中，对于主干回路需要特别指示导线宽度.,走线区别：地线 电源线 信号线 ，要尽量加宽地线和电源线 . 通常信号线在 0.20.3 mm (Pin 3) 、电源线在 1.2 2.5mm . 在数字量电路中通常地都是经过铺铜处理或多层设计单独地层. 但是模拟回路中不能这样应用.电源回路 、I/O 回路 、通信I/F （CN
16、 基扳连接）处 这几个部分不采用大面积铺铜（表层、内层）以此作为切断外部噪音干扰的进入途径.,PCB设计注意事项,当然由于走线通过的信号强弱不同，他们的线间距要求也是不同的. 一般线间距的规则是 2倍的线宽以上.,下面是一个直流输入和继电器交流输出的指示：,PCB设计注意事项,参考电势不同的隔离间距要求.,参考电势不同的隔离间距和信号强弱是有关的. 通常安全电压强度以内2mm的隔离间距已经可以了. 例如在AC220等场合 ，一次侧和二次侧的隔离间距需要在3.5以上的基础上尽量加宽.,其它.,当然大家在熟悉电路的基础上，可以理解哪些信号是比较重要和脆弱的.那些信号是抗干扰能力比较强的. 这样对于PCB的布局也是有帮助的.例如Bus信号、通信I/F信号、OSC信号、RTC信号等在布置的时候需 要采取包地或者长度限制等手段处理.,电磁兼容知识相关的PCB设计技巧,主要有2个方面：（1）减少或切断外部干扰源路径. （2）减少及防止PCB内部辐射引起的干扰.,减少或切断外部干扰源路径. 首先
