《电气控制与PLC技术 第2版 工业和信息化高职高专十二五 规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 向晓汉 第5章 可编程控制器基本知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电气控制与PLC技术 第2版 工业和信息化高职高专十二五 规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 向晓汉 第5章 可编程控制器基本知识（175页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第5章 可编程控制器基本知识,5.1 概 述,可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC），国际电工委员会（IEC）于1985年对可编程控制器作了如下定义：可编程序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、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。,1PLC的发展历史 1969年，美国的通用汽车公司（GM）公开招标，要求用新的装置取代继电器控制装置，并提出10项招标指标，要求编程方便、现场可修改程序、维修方便、采用模
2、块化设计、体积小、可与计算机通信等。,同一年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程控制器PDP-14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，并取得了满意的效果，可编程控制器从此诞生。,1971年日本引进这项技术，很快研制出日本第一台PLC，欧洲于1973年研制出第一台PLC，我国从1974年开始研制，1977年国产PLC 正式投入工业应用。,进入20世纪80年代以来，随着电子技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC得到快速发展，随着远程输入/输出、通信网络、数据处理和图像显示的发展，已经使得PLC普遍用于控制复杂的生产过程。PLC已经成为工厂自动化的三大支柱之
3、一。,2PLC的主要特点 其主要特点如下。 （1）抗干扰能力强、可靠性高 （2）程序简单易学，系统的设计调试周期短,（3）安装简单，维修方便 （4）采用模块化结构 （5）丰富的I/O接口模块，扩展能力强,3PLC的应用范围 （1）顺序控制 （2）计数和定时控制 （3）位置控制 （4）模拟量处理 （5）数据处理 （6）通信连网,4PLC的分类 （1）从组成结构形式分类 可以将PLC分为两类：一类是整体式PLC（也称单元式）；另一类是标准模板式结构化的PLC（也称组合式）。,（2）按输入/输出（I/O）点数分类 小型PLC。 I/O点数一般在128点以下。 中型PLC。 I/O点数一般在2561
4、024点之间。 大型PLC。 1 024点以上的称为大型PLC。,5PLC的性能指标 （1）输入/输出（I/O）点数 （2）存储容量 （3）扫描速度 （4）指令系统 （5）内部寄存器（继电器） （6）扩展能力,6PLC与继电器系统的比较 两者的性能比较见表5-1。,7PLC与计算机的比较 两者的性能比较见表5-2。,8PLC的发展趋势 PLC的发展趋势如下。 向高性能、高速度、大容量的方向发展。 网络化。 小型化、低成本、简单易用。, 不断提高编程软件的功能。 适合PLC应用的新模块。 PLC的软件化与PC化。,9PLC在我国的应用 目前PLC在我国得到了广泛的应用，几乎所有知名厂家的PLC产
5、品在我国都有应用。 我国自主品牌的PLC生产厂家有近30余家。,5.2 PLC的结构和工作原理,5.2.1 PLC的硬件组成 可编程控制器种类繁多，但其基本结构和工作原理相同。可编程控制器的功能结构区由CPU（中央处理器）、存储器和输入/输出模块三部分组成，如图5-1所示。,图5-1 PLC结构框图,1CPU（中央处理器） CPU的功能是完成PLC内所有的控制和监视操作。中央处理器一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储器、输入/输出接口电路连接。,2存储器 在PLC中使用两种类型的存储器：一种是只读类型的存储器，如EPROM和EEPROM，另一种是可读/
6、写的随机存储器RAM。PLC的存储器分为5个区域，如图5-2所示。,图5-2 存储器的区域划分,用户存储器的类型可以是随机存储器、可擦除存储器（EPROM）和电擦除存储器（EEPROM），高档的PLC还可以使用Flash ROM（闪速存储器）。用户编程存储器主要用于存放用户编写的程序。存储器的关系如图5-3所示。,图5-3 存储器的关系,3输入/输出接口 可编程控制器的输入和输出信号可以是开关量或模拟量。输入/输出接口是PLC内部弱电（Low Power）信号和工业现场强电（High Power）信号联系的桥梁。,输入/输出接口主要有两个作用，一是利用内部的电隔离电路将工业现场和PLC内部进行
7、隔离，起保护作用；二是调理信号，可以将把不同的信号（如强电、弱电信号）调理成CPU可以处理的信号（5V、3.3V或2.7V等），如图5-4所示。,图5-4 输入/输出接口,输入/输出接口模块是PLC系统中最大的部分，输入/输出接口模块通常需要电源，输入电路的电源可以由外部提供，对于模块化的PLC还需要背板（安装机架）。,（1）输入接口电路 输入接口电路的组成和作用 输入信号的设备的种类,图5-5 输入接口的结构,图5-6 输入/输出接口,（2）输出接口电路 输出接口电路的组成和作用 输出接口电路由多路选择开关模块、信号锁存器、电隔离电路、模块状态显示、输出电平转换电路和接线端子组成，如图5-7
8、所示。,图5-7 输出接口的结构,可编程控制器有3种输出接口形式：继电器输出、晶体管输出和晶闸管。, 输出信号的设备的种类 输出信号可以是离散信号和模拟信号,5.2.2 PLC的工作原理 PLC是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求，编制好控制程序后，用编程器将程序输入到PLC（或用计算机下载PLC）的用户程序存储器中寄存。PLC的控制功能就是通过运行用户程序来实现的。,而PLC从0号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束。,然后再从头开始执行，并周而复始地重复，直到停机或从运行（RUN）切换到
9、停止（STOP）工作状态。PLC这种执行程序的方式被称为扫描工作方式，每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。其运行和信号处理示意图如图5-8所示。,图5-8 PLC内部运行和信号处理示意图,PLC扫描工作方式主要分为3个阶段：输入扫描、程序执行和输出刷新。,1输入扫描 2程序执行 3输出刷新,5.2.3 PLC的立即输入、输出功能 比较高档的PLC都有立即输入、输出功能。,1立即输出功能 所谓立即输出功能就是输出模块在用户程序时，能立即被刷新。PLC临时挂起（中断）正常运行的程序，将输出映像表中的信息输送到输出模块，立即进行输出刷新，然后再回到程序中继续运行。,立即输出的示意图如图5-9所示。注
10、意，立即输出功能并不能立即刷新所有的输出模块。,图5-9 立即输出过程,2立即输入功能 立即输入适用于要求对反映速度很严格的场合，例如，几毫秒的时间对于控制来说十分关键的情况下。,立即输入时，PLC立即挂起正在执行的程序，扫描输入模块，然后更新特定的输入状态到输入映像表，最后继续执行剩余的程序。立即输入的示意图如图5-10所示。,图5-10 立即输入过程,5.3 S7-200系列PLC,5.3.1 西门子PLC简介 SIMATIC S7系列产品分为通用逻辑模块（LOGO!）、微型PLC（S7-200系列）、中小型PLC（S7-300系列）和大中型PLC（S7-400系列）4个产品系列。,从CP
11、U模块的功能来看，SIMATIC S7-200系列微型PLC发展至今大致经历了两代。, 第一代产品（21版），其CPU模块为CPU 21X，主机都可进行扩展。 第二代产品（22版），其CPU模块为CPU 22X，是在21世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通信能力。,5.3.2 S7-200系列PLC的特点 （1）有功能强大的指令集 （2）丰富的通信功能 （3）编程软件容易使用且功能强大 （4）提供多种扩展模块 （5）有较好的性能价格比,5.4 S7-200系列CPU及其扩展模块,S7-200系列PLC的硬件包括S7-200 CPU和扩展模块，扩展模块则包括模拟量I/O扩展模块、数字量I/O扩
12、展模块、温度测量扩展模块、特殊功能模块（如定位模块）和通信模块等。,5.4.1 S7-200 CPU S7-200 CPU将微处理器、集成电源和多个数字量I/O点集成在一个紧凑的盒子中，形成功能比较强大的S7-200系列微型PLC，如图5-11所示。,图5-11 S7-200 PLC,1S7-200 CPU的技术性能 西门子公司的CPU的中央处理器是32位的。,2S7-200 CPU的工作方式 CPU的前面板即存储卡插槽的上部，有3盏指示灯显示当前工作方式。,指示灯为绿色时，表示运行状态；指示灯为红色时，表示停止状态；标有“SF”的灯亮表示系统故障，PLC停止工作。,3S7-200 CPU的接
13、线 （1）CPU 22X的输入端子的接线,图5-12 输入端子的接线（PNP）,图5-13 输入端子的接线（NPN）,【例5-1】 有一台S7-224 CPU，输入端有一只三线PNP接近开关和一只二线PNP接近开关，应如何接线？图5-14 例5-1输入端子的接线,【解】 对于S7-224 CPU，公共端接电源的负极。而对于三线PNP接近开关，只要将其正、负极分别与电源的正、负极相连，将信号线与PLC的“I0.0”相连即可；而对于二线PNP接近开关，只要将电源的正极分别与其正极相连，将信号线与PLC的“I0.1”相连即可，如图5-14所示。,图5-14 例5-1输入端子的接线,（2）CPU 22
14、X的输出端子的接线 S7-200系列CPU的数字量输出有两种形式，一种是24V直流输出（即晶体管输出），另一种是继电器输出。,CPU上标注“DC/DC/DC”的含义是：第一个DC表示供电电源电压为24V DC，第二个DC表示输入端的电源电压为24V DC，第三个DC表示输出为24V DC。,CPU上标注“AC/DC/继电器”的含义是：AC表示供电电源电压为220V AC，DC表示输入端的电源电压为24V DC，“继电器”表示输出为继电器输出。,图5-15 晶体管输出（直流输出）,图5-16 继电器输出,【例5-2】 有一台S7-224 CPU，控制一只24V DC的电磁阀和一只220V AC电
15、磁阀，输出端应如何接线？,【解】 因为两个电磁阀的线圈电压不同，而且有直流和交流两种电压，所以如果不经过转换，只能用继电器输出的CPU，而且两个电磁阀分别在两个组中。其接线如图5-17所示。,图5-17 例5-2接线图,【例5-3】 有一台S7-224 CPU，控制两台步进电动机和一台三相异步电动机的启/停，三相电动机的启/停由一只接触器控制，接触器的线圈电压为220V AC，输出端应如何接线（步进电动机部分的接线可以省略）？,【解】 因为要控制两台步进电动机，所以要选用晶体管输出的CPU，而且必须用Q0.0和Q0.1作为输出高速脉冲点控制步进电动机，但接触器的线圈电压为220V AC，所以电
16、路要经过转换，增加中间继电器KA，其接线如图5-18所示。,图5-18 例5-3接线图,（2）数字量I/O扩展模块的接线,图5-19 EM 221模块接线图,图5-20 EM 222模块接线图,2模拟量I/O扩展模块 （1）模拟量I/O扩展模块的规格,（2）模拟量I/O扩展模块的接线,图5-21 EM 231模块接线图,图5-22 EM 232模块接线图,使用模拟量模块时，要注意以下问题。 模拟量模块有专用的扁平电缆（与模块打包出售）与CPU通信，并通过此电缆由CPU向模拟量模块提供5V DC的电源。此外，模拟量模块必须外接24V DC电源。, 每个模块能同时输入/输出电流或者电压信号，对于模拟量输入的电压或者电流信号选择通过DIP开关设定，量程的选择也是通过DIP开关来设定的。,一个模块可以同时作为电流信号或
