《S7-200 PLC原理及应用 教学课件 ppt 作者 田淑珍 第1章 可编程控制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《S7-200 PLC原理及应用 教学课件 ppt 作者 田淑珍 第1章 可编程控制（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章 可编程控制器的概述,本章要点 可编程控制器的产生、特点、分类与发展 可编程控制器的定义和基本含义 可编程控制器的基本组成及各部分的作用 可编程控制器的工作原理 可编程控制器的技术指标,1.1 可编程控制器的产生,1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程序控制器，并应用于通用汽车公司的生产线上。当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。紧接着，美国MODICON公司也开发出同名的控制器，1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制成了日本第一台可编
2、程控制器。1973年，西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。 我国从1974年也开始研制可编程序控制器，1977年开始工业应用。,1.2 可编程控制器的定义,1987年2月颁发了第三稿。该草案中对可编程控制器的定义是： “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。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，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。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。” 定义强调了可编程控制器是“数字运算操作的电子系统
3、”，是一种计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序控制、定时计数和算术操作，它还具有“数字量和模拟量输入输出控制”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。 定义还强调了可编程控制器应直接应用于工业环境，它须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。,1.3 可编程控制器的基本组成,1.3.1 控制组件 可编程控制器主要由CPU、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、编程装置、电源等组成。,1. CPU单元 CPU是可编程控制器的控制中枢。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。
4、CPU的功能有：它在系统监控程序的控制下工作，通过扫描方式，将外部输入信号的状态写入输入映象寄存区域，PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，按指令规定的任务进行数据的传送、逻辑运算、算术运算等，然后将结果送到输出映像寄存区域。简单地说，CPU的功能就是读输入、执行程序、写输出。 CPU常用的微处理器有通用型微处理器、单片机和位片式计算机等。通用型微处理器常见的如Intel公司的8086、80186、到Pentium系列芯片，单片机型的微处理器如Intel公司的MCS-96系列单片机，位片式微处理器如AMD 2900系列的微处理器。小型PLC 的CPU多采用单片机或专用CPU，中型PL
5、C的CPU大多采用16位微处理器或单片机，大型PLC的CPU多用高速位片式处理器，具有高速处理能力。,2. 存储器 可编程控制器的存储器由只读存储器ROM、随机存储器RAM和可电擦写的存储器EEPROM三大部分构成，主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。 只读存储器ROM用以存放系统程序，可编程控制器在生产过程中将系统程序固化在ROM中，用户是不可改变的。 用户程序和中间运算数据存放的随机存储器RAM中，RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。 它存储的内容是易失的，掉电后内容丢失；当系统掉电时，用户程序可以保存在只读存储器EEPROM或由高能电池支
6、持的RAM中。 EEPROM兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点，用来存放需要长期保存的重要数据。,3. I/O单元及I/O扩展接口 （1）I/O单元（输入/输出接口电路）。PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）提供的符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光电耦合电路送至PLC内部电路。输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.115ms之间。根据输入信号形式的不同，可分为模拟量I/O单元、数字量I/O单元两大类。根据输入单元形式的不同，可分为基本I/O单元、扩展I/O单元两大类。PLC内部输出电路作用是将输出映像寄存器的
7、结果通过输出接口电路驱动外部的负载（如接触器线圈、电磁阀、指示灯等）。 （2）I/O扩展接口。可编程控制器利用I/O扩展接口使I/O扩展单元与PLC的基本单元实现连接，当基本I/O单元的输入或输出点数不够使用时，可以用I/O扩展单元来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。,4. 外设接口 外设接口电路用于连接编程器或其他图形编程器、文本显示器、触摸屏、变频器等并能通过外设接口组成PLC的控制网络。PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口与计算机连接，可以实现编程、监控、连网等功能。 5. 电源 电源单元的作用是把外部电源（220V的交流电源）转换成内部工作电压。外部
8、连接的电源，通过PLC内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（直流5伏、12伏、24伏），并为外部输入元件（如接近开关、）提供24V直流电源（仅供输入端点使用），而驱动PLC负载的电源由用户提供。,1.3.2 输入输出接口电路,1. 输入接口电路 由于生产过程中使用的各种开关、按钮、传感器等输入器件直接接到PLC输入接口电路上，为防止由于触点抖动或干扰脉冲引起错误的输入信号，输入接口电路必须有很强的抗干扰能力。 如图1-2所示，输入接口电路提高抗干扰能力的方法主要有： （1）利用光电耦合器提高抗干扰能力。 （2）利用滤波电路提高抗干扰能力。,图
9、1-2 可编程控制器输入电路,2. 输出接口电路 根据驱动负载元件不同可将输出接口电路分为3种： （1）小型继电器输出形式，如图1-3所示。这种输出形式既可驱动交流负载，又可驱动直流负载。驱动负载的能力在2A左右。它的优点是适用电压范围比较宽，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力强。缺点是动作速度较慢，动作次数（寿命）有一定的限制。建议在输出量变化不频繁时优先选用，不能用于高速脉冲的输出。 图1-3所示电路工作原理是：当内部电路的状态为1时，使继电器K的线圈通电，产生电磁吸力，触点闭合，则负载得电，同时点亮LED，表示该路输出点有输出。当内部电路的状态为0时，使继电器K的线圈无电流，触点断
10、开，则负载断电，同时LED熄灭，表示该路输出点无输出。,图1-3 小型继电器输出形式电路,（2）大功率晶体管或场效应管输出形式，如图1-4所示。这种输出形式只可驱动直流负载。驱动负载的能力：每一个输出点为零点几安培左右。它的优点是可靠性强，执行速度快，寿命长。缺点是过载能力差。适合在直流供电、输出量变化快的场合选用。 图1-4所示电路工作原理是：当内部电路的状态为1时，光电耦合器T1导通，使大功率晶体管VT饱和导通，则负载得电，同时点亮LED，表示该路输出点有输出。当内部电路的状态为0时，光电耦合器T1断开，大功率晶体管VT截止，则负载失电，LED熄灭，表示该路输出点无输出。VD为保护二极管，
11、可防止负载电压极性接反或高电压、交流电压损坏晶体管。FU的作用是：防止负载短路时损坏PLC。当负载为电感性负载，VT关断时会产生较高的反电势所以必须给负载并联续流二极管，为其提供放电回路，避免VT承受过电压,图1-4 大功率晶体管输出形式电路,（3）双向晶闸管输出形式，如图1-5所示。这种输出形式适合驱动交流负载。由于双向可控硅和大功率晶体管同属于半导体材料元件，所以优缺点与大功率晶体管或场效应管输出形式的相似，适合在交流供电、输出量变化快的场合选用。图1-5 双向可控硅输出形式电路图1-4 大功率晶体管输出形式电路 图1-5所示电路工作原理是：当内部电路的状态为1时，发光二极管导通发光，相当
12、于双向晶闸管施加了触发信号，无论外接电源极性如何，双向晶闸管T均导通，负载得电，同时输出指示灯LED点亮，表示该输出点接通；当对应T的内部继电器的状态为0时，双向晶闸管施加了触发信号，双向晶闸管关断，此时LED不亮，负载失电。这种输出接口电路驱动负载的能力为1A左右。,图1-5 双向可控硅输出形式电路,3. I/O电路的常见问题 （1）用三极管等有源元件作为无触点开关的输出设备，与PLC输入单元的连接时，由于三极管自身有漏电流存在，或者电路不能保证三极管可靠截止而处于放大状态，使得即使在截止时，仍会有一个小的漏电流流过，当该电流值大于1.3mA时，就可能引起PLC输入电路发生误动作。可在PLC
13、输入端并联一个旁路电阻来分流，使流入PLC的电流小于1.3mA。 （2）应在输出回路串联保险丝，避免负载电流过大，会损坏输出元件或电路板。 （3）由于晶体管、双向晶闸管型输出端子漏电流和残余电压的存在，当驱动不同类型的负载时，需要考虑电平匹配和误动等问题。 （4）感性负载断电时产生很高的反电势，对输出单元电路产生冲击，对于大电感或频繁关断的感性负载应使用外部抑制电路，一般采用阻容吸收电路或二极管吸收电路。,1.3.3 编程器 编程器是PLC的重要外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。 常见的给PLC编程的装置有手持式编程器和计
14、算机编程方式。,1.4 可编程控制器的工作原理及主要技术指标,1.4.1 可编程控制器的工作原理 PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描，并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的。一个扫描周期主要可分为： （1）读输入阶段。 （2）执行程序阶段。 （3）处理通信请求阶段。 （4）执行CPU自诊断测试阶段。 （5）写输出阶段。,1.4.2 可编程控制器主要技术指标 1. 输入/输出点数 可编程控制器的I/O点数指外部输入、输出端子数量的总和。它是描述的PLC大小的一个重要的参数。 2. 存储容量 PLC
15、的存储器由系统程序存储器，用户程序存储器和数据存储器三部分组成。PLC存储容量通常指用户程序存储器和数据存储器容量之和，表征系统提供给用户的可用资源，是系统性能的一项重要技术指标。 3. 扫描速度 可编程控制器采用循环扫描方式工作，完成1次扫描所需的时间叫做扫描周期。影响扫描速度的主要因素有用户程序的长度和PLC产品的类型。PLC中CPU的类型、机器字长等直接影响PLC运算精度和运行速度。 4. 指令系统 指令系统是指PLC所有指令的总和。 5. 通信功能 通信有PLC之间的通信和PLC与其他设备之间的通信。通信主要涉及通信模块，通信接口，通信协议和通信指令等内容。PLC的组网和通信能力也已成
16、为PLC产品水平的重要衡量指标之一。,1.5 可编程控制器的分类、特点、应用及发展,1.5.1 可编程控制器的分类 1. 按I/O点数和功能分类:由I/O点数的多少可将PLC的I/O点数分成小型、中型和大型。 2. 按结构形式分类:PLC可分为整体式结构和模块式结构两大类。,1.5.2 可编程控制器的特点,（1）编程简单，使用方便。 （2）控制灵活，程序可变，具有很好的柔性。 （3）功能强，扩充方便，性能价格比高。 （4）控制系统设计及施工的工作量少，维修方便。 （5）可靠性高，抗干扰能力强。 （6）体积小、重量轻、能耗低，是“机电一体化”特有的产品。,1.5.3 可编程控制器的应用,1. 逻辑控制 2. 运动控制 3. 过程控制 4. 数据处理 5. 构建网络控制,
