《PLC应用技术 教学课件 ppt 作者 毛卫秀 第1章 PLC基础知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PLC应用技术 教学课件 ppt 作者 毛卫秀 第1章 PLC基础知识（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章 PLC基础知识,1.1 PLC概述 1.2 PLC的组成与工作原理 1.3 FX2N系列PLC的型号、安装与接线 1.4本章技能检验,1.1 PLC概述,1.1.1 PLC的定义 PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数
2、和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。,1.1.2 PLC控制与继电器控制的比较,1. 控制方式 继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制；PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称为软接线。 2. 控制速度 继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象；PLC是由程序指令控制
3、半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。 3. 延时控制 继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难；PLC用半导体集成电路作定时器， 时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。,1.1.3 PLC的应用领域,PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类： 1.开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的
4、控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。,1.1.3 PLC的应用领域,2.模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3.运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱
5、动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4.过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。,1.1.3 PLC的应用领域,5.数据处理：现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据
6、传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6.通信及联网：PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。,1.2 PLC的组成与工作原理,1.2.1 PLC
7、的组成 PLC基本组成包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器及电源模块组成，见图1-1。,图1-1 PLC的组成,1.2.1 PLC的组成,1.中央处理器中央处理器(CPU)由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。CPU通过数据总线总线、地址总线、控制总线和电源总线与存储器、输入输出接口、编程器和电源相连接。 CPU按照PLC内系统程序赋予的功能指挥PLC控制系统完成各项工作任务。 2.存储器 PLC内的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据等。 3.接口 输入输出接口是PLC与工业现场控制
8、或检测元件和执行元件连接的接口电路。PLC的输入接口有直流输入、交流输入、交直流输入等类型；输出接口有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出等类型。晶体管和晶闸管输出为无触点输出型电路，晶体管输出型用于高频小功率负载、晶闸管输出型用于高频大功率负载；继电器输出为有触点输出型电路，用于低频负载。 4.编程器 编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。 5.电源 PLC的电源将外部供给的交流电转换成供CPU、存储器等所需的直流电，是整个PLC的能源供给中心。PLC大都采用高质量的工作稳
9、定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源，许多PLC电源还可向外部提供直流24V稳压电源，用于向输入接口上的接入电气元件供电，从而简化外围配置。,1.2.2 PLC的等效电路,在介绍PLC等效电路之前，通过一个实例来认识一下PLC的控制原理。图1-3是一个简单继电器控制电路。KT是时间继电器；KM1、KM2是两个接触器，分别控制电机M1、M2的运转；SB1为起动按钮，SB2为停止按钮。控制功能如下：按下SB1，电机M1开始运转，过10后，电机M2开始运转；按停止按钮SB2，电机M1、M2同时停止。,图1-3 继电器控制电路,1.2.2 PLC的等效电路,图1-3的继电器控制原理如下：在控制线路中，当
10、按下SB1时，KM1、KT的线圈同时通电，KM1的一个常开触点闭合并自锁，M1开始运转；KT线圈通电后开始延时，10后KT的延时常开触点闭合，KM2线圈通电，M2开始运转。当按下SB2时，KM1、KT1线圈同时断电，KM2线圈也断电，M1、M2随之停转。 现在用PLC实现上述控制功能，图1-4为PLC控制的接线图。PLC控制系统的主电路和继电器控制系统完全相同。在小型PLC的面板上，有一排输入和输出端子，输入端子和输出端子各有自己的公共接线端子COM，输入端子的编号为00000，00001，输出端至编号为01000，01001，。将启动按钮SB1、停止按钮SB2接到输入端子上，输入公共端子CO
11、M上接DC24V的输入电源；接触器KM1、KM2的线圈接到输出端子上，输出公共端子COM上接AC220V的负载驱动电源。,图1-4 PLC控制接线图,PLC是如何工作的呢？看一下图1-5 PLC控制的等效电路。PLC控制的等效电路由三部分组成： （1）输入控制部分。该部分接收操作指令（如：启动按钮、停止按钮等）和被控对象的各种状态信息（如：行程开关、接近开关等）。PLC的每一个输入点对应一个内部输入继电器，当输入点与输入COM端接通时，输入继电器线圈通电，它的常开触点闭合、常闭触点断开；当输入点与输入COM断开时，输入继电器线圈断电，它的常开触点断开、常闭触点闭合。 （2）控制部分。这一部分是
12、用户编制的控制程序，通常用梯形图表示，如图1-5所示。控制程序放在PLC的用户程序存储器中。系统运行时，PLC依次读取用户存储器中的程序语句，对它的内容进行解释并执行，又将输出的结果送到PLC的输出端子，以控制外部负载的工作。 （3）输出部分。该部分根据程序执行的结果直接驱动负载。在PLC内部有多个输出继电器，每个输出继电器对应一个硬触点，当程序执行的结果使输出继电器线圈通电时，对应的硬输出触点闭合，控制外部负载的动作。例如，图1-6的输出触点01000，01001，分别连结接触器KM1、KM2的线圈，控制两个线圈通电或断电。,图1-5 PLC控制的等效电路图,梯形图是从继电器控制电路原理图演
13、变而来的。PLC内部的继电器并不是实际的硬继电器，每个内部继电器都是PLC内部存储单元。,PLC为用户提供的继电器一般有：输入继电器、输出继电器、辅助继电器、特殊功能继电器、移位继电器、定时器/计数器等。其中，输入、输出继电器一般与外部输入输出继电器相连接，而其他继电器与外部设备没有直接联系。现在看一下图1-5的控制原理：当按下SB1时，输入继电器00000的线圈通电，00000常闭触点闭合，使输出继电器01000线圈得电，01000对应的硬输出触点闭合，KM1得电，M1开始运转。同时，01000的一个常开触点闭合并自锁，时间继电器TIM 000的线圈通电开始延时，10后TIM 000的常开触
14、点闭合，输出继电器01001的线圈得电，01001对应的硬输出触电闭合，KM2得电，M2开始运转。当按下SB2时，输入继电器00001的线圈通电，00001的常闭触电断开，01000、TIM 000的线圈均断电，01001的线圈也断电，01000，01001的两个硬输出点随之断开，KM1、KM1断电，M1、M2停转。,1.2.3 PLC的工作原理,1. 循环扫描工作方式 PLC有两种工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。 在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复
15、执行，直到PLC停机或切换到STOP工作状态。 除了执行用户程序外，每次循环过程中，PLC不还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5 个阶段，如右图1-6所示。PLC的这种周而复始的对用户程序逐条顺序执行的循环工作方式称为扫描工作方式。,（1）在运行状态下，PLC对用户程序的循环扫描过程分三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段，如图1-7,1）输入采样阶段。 PLC 首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入内存中各对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段，此时输入影响寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周
16、期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。 2）程序执行阶段。 根据 PLC 梯形图程序”先左后右，先上后下”扫描原则进行逐句扫描。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC 就从输入映像寄存器“读入”上一阶段采入的对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件 (“软继电器”)的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件(“软继电器”) 的状态会随着程序执行过程而变化。 3）输出刷新阶段。 在所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通 / 断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出，驱动外部负载。,在工作状态下，执行一次上图所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期。其典型值为1100ms。 （2）停止状态 在停止状态下，PLC只进行自诊断和通信服务工作。在自诊断阶段，PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，进行监控定时器复位等工作，在通信服务阶段，PLC与编程器及其他带CPU的智能装置通信。 2. 输入输
