《可编程序控制器原理与应用基础 教学课件 ppt 作者 刘凤春 第2章 可编程序控制器的基本原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《可编程序控制器原理与应用基础 教学课件 ppt 作者 刘凤春 第2章 可编程序控制器的基本原理（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第2章 可编程序控制器的基本原理,2,大连理工大学LFChun 制作,第2章 可编程序控制器的基本原理,2.2 可编程序控制器的各组成部分,2.3 可编程序控制器的工作原理,2.4 可编程序控制器的编程语言,2.1 可编程序控制器的基本结构,大连理工大学LFChun 制作,3,2.1 可编程序控制器的基本结构,整体式 PLC,大连理工大学LFChun 制作,4,模块式 PLC,大连理工大学LFChun 制作,5,2.2 可编程序控制器的各组成部分,一、中央处理单元 CPU 1. CPU 的功能 (1) 读入现场状态； (2) 控制存储和解读用户程序； (3) 执行各种运算程序； (4) 输
2、出运算结果； (5) 执行系统诊断功能； (6) 与外部设备或计算机通信等。,大连理工大学LFChun 制作,6,2. CPU 的构成,由（超）大规模集成电路的处理芯片构成。 (1) 用通用微处理器作 CPU 低档 PLC 普遍常用 Z80 作 CPU。 通用处理器：Intel 8086、80286、80386等。 (2) 用单片机作 CPU Intel 公司的 MCS45 系列或 MCS51系列。 如单片机芯片： 8031、8096。 (3) 位片式微处理器作 CPU 位片式微处理器：AMD2900。,大连理工大学LFChun 制作,7,二、存储器,1. 存储器的类型 ROM、RAM、PRO
3、M、EPROM、 EAROM、EEPROM。 2. 存储器的划分 (1) 系统存储器 ROM 存储器。 (2) 用户程序存储器 有掉电保护的 RAM 或 EEPROM 存储器。 不同型号的 PLC 其存储器的容量差别很大。,大连理工大学LFChun 制作,8,(3) 工作数据存储器,有掉电保护的 RAM 或 EEPROM 存储器。 在工作数据区预先开辟了“元件映像寄存器” 和变量数据区。 有掉电时能保持数据的区域 数据保持区。,大连理工大学LFChun 制作,9,三、输入/输出模块,输入/输出信号：开关量、模拟量。 开关量：直流量、交流量。,大连理工大学LFChun 制作,10,1. 数字量（
4、开关量）输入接口电路 (1) 直流输入接口电路,大连理工大学LFChun 制作,11,(2) 交流输入接口电路,大连理工大学LFChun 制作,12,2. 数字量（开关量）输出接口电路 根据输出电路所用开关器件的不同分类。 (1) 晶体管输出接口电路,大连理工大学LFChun 制作,13,(2) 双向晶闸管输出单元,大连理工大学LFChun 制作,14,(3) 继电器输出接口电路,大连理工大学LFChun 制作,15,3. 模拟量的输入与输出 (1) 模拟量输入 采样值A/D 转换 8 位/10 位/ 12 位数字量 输入映像寄存器 AI。 S7200 PLC中，一个模拟量转换为 12 位数
5、字量，但是占用 AI 一个字长（16 位）。 输入模拟信号的大小： 电压：10 10V， 0 10V，1 5V 电流：20 20mA，0 20mA，4 20mA。,大连理工大学LFChun 制作,16,模拟量输入接口电路,大连理工大学LFChun 制作,17,(2) 模拟量输出 数字量输出映像寄存器 AQ D/A 转换（还原） 模拟量。 S7200 PLC 中，输出模拟量未转换前是 1 个 字长的数字量，存放在 AQ 中。 输出模拟信号的大小： 电压：10 10V，0 10V，1 5V。 电流：20 20mA，0 20mA，4 20mA。 输出可以直接驱动小功率的设备。 如指示灯、小型继电器
6、。 大功率或高压设备，要通过中间继电器、 电磁开关等进行电压或功率放大才能驱动。,大连理工大学LFChun 制作,18,模拟量输出接口电路,大连理工大学LFChun 制作,19,四、外部设备,编程器 人机界面（操作员接口） 外存储器 EEPROM 写入器 通用打印机模块 大屏幕彩色图形监控设备 条码扫描仪 盒式磁带机 PLC 或上位计算机 ,通讯接口,CPU,TD200操作员界面,大连理工大学LFChun 制作,20,编程器,(1) 作用 输入、编辑、调试用户程序。 在线监控 PLC 内部状态和参数。 与 PLC 进行人机对话。 (2) 编程器的种类 专用编程器 编程软件 + 通用计算机 功能
7、：编程、监控、打印、 数据采集和分析、系统仿真等。,（与固定型号的 PLC 配套使用）,大连理工大学LFChun 制作,21,五、智能模块,PID 控制模块 高速计数模块 温度测量模块 运动控制模块 通信模块 ASCII 模块 BASIC 模块 中断控制模块 ,大连理工大学LFChun 制作,22,六、电源,内部有一个开关电源。 电源的容量取决于 PLC 的型号。 S7200 CPU 的内部电源为自身、扩展模块、 其他用电设备提供 5 V、 24 V DC 电源。 扩展模块通过与 CPU 连接的总线连接电缆取 得 5 V 直流电源。 CPU 向外提供的 24 V DC 电源从（L，M） 端引出
8、。该电源为 (1) 本机集成的 、扩展模块上的 I/O 点供电。 (2) 特殊的模块、智能模块供电。 (3) 从通信口输出，提供给 PC/PPI 编程电缆、 TD200 文本显示操作界面等设备。,大连理工大学LFChun 制作,23,电源的容量：,CPU 221 / 180 CPU 222 340 / 180,CPU 224 660 / 280 CPU 226 1 000 / 400,如果总需求超过 CPU 的供电能力： 必须减少或改变模块的配置。 需增加外部 24 V DC 电源。,大连理工大学LFChun 制作,24,2.3 可编程序控制器的工作原理,一、 PLC 的扫描工作方式,PLC
9、采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式。 CPU 连续执行用户程序，任务的循环序列称为 扫描。 一个扫描周期包含以下任务,读输入 执行程序 处理通信请求 执行CPU自诊断 写输出,大连理工大学LFChun 制作,25,二、PLC 的扫描工作过程,1. 输入采样阶段 读 (采样) 输入端子的信号 存入 (刷新) I 中。 没有使用的 I 位被清零。 2. 程序执行阶段 执行用户程序。 程序按指令顺序执行（跳转指令例外）。 对输入指令，从 I 中读取数据。 对输出指令，将输出值存入 Q 中。 立即输入/输出指令除外。,大连理工大学LFChun 制作,26,3. 处理通信请求 CPU 处理从通信端口接
10、收到的任何信息。 处理通信请求的时间是可以调节的。 4. 执行 CPU 的自诊断 CPU 检查其硬件、I/O 模块状态、用户存储器。 发现故障，报警或停止程序运行。 5. 输出刷新阶段 将 Q 中的输出值 输出锁存器 驱动被控对象按新的输出值动作。,大连理工大学LFChun 制作,27,PLC 的工作过程,大连理工大学LFChun 制作,28,三、PLC 的输入/输出滞后现象,影响输入/输出响应滞后的主要因素有： 输入延迟时间。 扫描周期。 输出延迟时间。 程序语句的安排， 影响程序执行时间。,如图所示程序： 从 I0.0 接通到 Q0.1 接通延迟了 一个多扫描周期（正常）。 而 Q0.0
11、被接通却延迟了两个多 扫描周期（不正常）。 解决方法：交换网络 1 与网络 2 前后位置。,大连理工大学LFChun 制作,29,四、PLC 的脉冲捕捉功能,输入刷新,输入刷新,捕捉到的输入脉冲,脉冲丢失，因为它发生 在两次输入刷新之间,捕捉到的输入脉冲,每个 CPU 内置的 DI 点均可独立地设置脉冲捕捉功能， 可识别宽度很小的脉冲。,大连理工大学LFChun 制作,30,对输入信号进行滤波的目的是为了抑制噪声 干扰对控制系统的影响。 输入滤波分为数字量滤波和模拟量滤波。 S7200 CPU允许为本机集成的数字量输入点 选择输入滤波器。 模拟量输入的滤波值是模拟量输入设定个数的 采样值的平均
12、值。,五、PLC 的输入滤波功能,大连理工大学LFChun 制作,31,2.4 可编程序控制器的编程语言,一、 PLC 软件的基本概念 1. 系统软件 (1) 系统管理程序 运行管理、存储空间管理、系统自检程序。 (2) 用户指令解释程序 (3) 标准程序模块和系统调用 2. 用户程序 实现控制功能的应用程序。 编制不同程序，实现不同功能 可编程序。,大连理工大学LFChun 制作,32,二、梯形图 LAD,梯形图是一种图形化的语言，特点： (1) 梯形图与继电器接触器控制电路相似，易于 理解，全世界通用。 (2) 易于初学者使用。 (3) 可以利用 STL 编程器显示所有用 LAD 编程器编
13、写的程序。 (4) 各个厂商的图形符号略有不同。,大连理工大学LFChun 制作,33,三、语句表 STL,语句表是类似汇编语言的指令助记符编程语言。 特点： (1) STL 最适合有经验的程序员。 (2) 能解决 LAD 和 FBD 不易解决的问题 。 (3) 利用 STL 编程器可以查看用 LAD 和 FBD 编程器编写的程序，反之不一定成立。 语句表 = 语句。 语句= 操作码 + 操作数。,大连理工大学LFChun 制作,34,语句表与梯形图,LD I0.0 AN M0.0 = Q0.0 LD I0.0 = M0.0,LD X1 ANI M100 OUT Q0.0 LD X1 OUT
14、M0.0,大连理工大学LFChun 制作,35,四、功能块图 FBD 功能块图是用类似数字电路逻辑门符号的逻 辑盒指令来表示命令的一种图形语言。 特点： (1) 图形逻辑门表示格式有利于程序流的跟踪。 (2) 可以利用 STL 编程器显示所有用 FBD 编程器编写的程序。,大连理工大学LFChun 制作,36,功能块图与梯形图,西门子,大连理工大学LFChun 制作,37,五、基于Windows的编程语言标准IEC61131-3,(1) FBD 功能图块语言 （Function Block Diagram 功能块）。 (2) SFC 顺序功能图语言 （Sequence Function Chart 流程图） (3) LD 梯形图语言（Ladder Diagram） (4) ST 结构化文本语言（类似 Pascal 等) （Structure Text） (5) IL 语句表语言 （Instruction List）,大连理工大学LFChun 制作,38,六、变量的数据类型 指令所允许的数据类型通过标识符得到。,表2-1 基本数据类型,大连理工大学LFChun 制作,39,表2-2 数据类型检查与等价数据类型,40,大连理工大学LFChun 制作,第 2 章 结 束,下一章,上一章,返回主页,
