最新可编程序控制器的基本原理课件.ppt
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1、YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 逻辑部分处理输入部分所取得的信息,并按照逻辑部分处理输入部分所取得的信息,并按照被控对象实际的动作要求做出反映。被控对象实际的动作要求做出反映。输出部分提供被控装置中哪几个设备正在需要输出部分提供被控装置中哪几个设备正在需要实时操作处理。实时操作处理。5.2.1 PLC的硬件框图及各部分作用的硬件框图及各部分作用不同厂家、不同型号不同厂家、不同型号PLC结构各不相同,但其结构各不相同,但其基本组成和基本工作原理大致相同。基本组成和基本工作原理大致相同。PLC就是一台就是一台工业控制计算机。
2、工业控制计算机。PLC硬件系统基本结构如图硬件系统基本结构如图5-1所示。所示。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的
3、基本原理 YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 通常通常PLC的输出有三种形式:的输出有三种形式:一是继电器输出型;一是继电器输出型;二是晶体管输出型;二是晶体管输出型;三是双向晶闸管输出型,采用的是光触发型双三是双向晶闸管输出型,采用的是光触发型双向晶闸管。向晶闸管。继电器输出型模块,如图继电器输出型模块,如图5-4所示。所示。CPU输出时,经输出时,经光耦隔离,接通或断光耦隔离,接通或断开继电器的线圈,继开继电器的线圈
4、,继电器的触头闭合或断电器的触头闭合或断开控制外电路的通断。开控制外电路的通断。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理(3)通信接口和通信模块通信接口和通信模块 当当PLC需要与其它需要与其它PLC或上位计算机进行通信或上位计算机进行通信时,必须具有通信接口。目前,一般使用时,必须具有通信接口。目前,一般使用RS232C或或RS422等标准串行接口。等标准串行接口。5.2.1.4 编程器编程器 编程器是编程器是PLC的重要外部设备。主要任务就是的重要外部设备。主要任务就是编写用户程序、输入程序、调试程序和监控程序的编写用户程序、
5、输入程序、调试程序和监控程序的执行过程。按照编程器的结构来化分,可以分为三执行过程。按照编程器的结构来化分,可以分为三种:种:YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 简易编程器简易编程器 可直接与可直接与PLC上的专用插座或电缆上的专用插座或电缆与与PLC相连。一般只能用助记符编程。相连。一般只能用助记符编程。带有显示屏的编程器带有显示屏的编程器 即图形编程器。显示屏有即图形编程器。显示屏有液晶显示(液晶显示(LCD)和阴极射线管(和阴极射线管(CRT)。)。计算机编程计算机编程 采用通用的计算机,通过硬件接口采用通用的计算机,
6、通过硬件接口和专用软件包,用户直接在计算机上连机或脱机方式和专用软件包,用户直接在计算机上连机或脱机方式编程,可以是梯形图编程也可以用助记符指令编程。编程,可以是梯形图编程也可以用助记符指令编程。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 5.2.2 PLC的内部编程器件的内部编程器件 继电器系统是通过硬件电路实现其控制功能,继电器系统是通过硬件电路实现其控制功能,在电路设计中要用到各种继电器、接触器、时间继在电路设计中要用到各种继电器、接触器、时间继电器等一系列有特定功能的逻辑器器件。电器等一系列有特定功能的逻辑器器件。而而PLC
7、则是通过程序实现外部控制功能。在则是通过程序实现外部控制功能。在PLC梯形图程序设计中也需要有各种逻辑器件和运梯形图程序设计中也需要有各种逻辑器件和运算器件,称之为编程器件,以算器件,称之为编程器件,以PLC程序所赋予的逻程序所赋予的逻辑运算、算术运算、定时、计数等功能。这些器件辑运算、算术运算、定时、计数等功能。这些器件有着与硬件继电器类似的功能,为便于区别我们称有着与硬件继电器类似的功能,为便于区别我们称PLC编程器件为软器件。编程器件为软器件。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 从编程角度看,我们可以不管器件的物理实现
8、,从编程角度看,我们可以不管器件的物理实现,只注重它们的功能,统一称为只注重它们的功能,统一称为“元件元件”或或“器件器件”。给每种元件的功能一个名称,如输入继电器、输出给每种元件的功能一个名称,如输入继电器、输出继电器、定时器、计数器等。同类元件有多个时,继电器、定时器、计数器等。同类元件有多个时,每个给一个编号,以便区分。编程器件实质上是由每个给一个编号,以便区分。编程器件实质上是由PLC内部的电子电路和用户存储区中一个储单元构内部的电子电路和用户存储区中一个储单元构成的,存储单元地址与它们的编号相对应。成的,存储单元地址与它们的编号相对应。鉴于上述原因,在介绍鉴于上述原因,在介绍PLC工
9、作原理和进行工作原理和进行PLC程序设计之前,必须对程序设计之前,必须对PLC内部供编程用的各内部供编程用的各类软器件有所了解。类软器件有所了解。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理(1)输入继电器输入继电器X输入继电器的作用是用于接收和存储外部开关输入继电器的作用是用于接收和存储外部开关量信号,它能提供无数对常开、常闭触头用于内部量信号,它能提供无数对常开、常闭触头用于内部编程。每一个输入继电器线圈与编程。每一个输入继电器线圈与PLC的一个输入端的一个输入端子相联。子相联。输入继电器有两个特点:一是其状态只能由外输入继电器有
10、两个特点:一是其状态只能由外部信号驱动改变,而无法用程序驱动。因此,在梯部信号驱动改变,而无法用程序驱动。因此,在梯形图中只见输入继电器的触头而不会出现输入继电形图中只见输入继电器的触头而不会出现输入继电器线圈符号。其二是输入继电器触头只能用于内部器线圈符号。其二是输入继电器触头只能用于内部编程,无法驱动外部负载。编程,无法驱动外部负载。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理(2)输出继电器输出继电器Y 有两个作用,其一是提供无数对常开、常闭触头有两个作用,其一是提供无数对常开、常闭触头用于内部编程,其二是能提供一副常开触头驱动
11、外部用于内部编程,其二是能提供一副常开触头驱动外部负载。每一个输出继电器的外部常开触头与一个负载。每一个输出继电器的外部常开触头与一个PLC输出点相联。输出继电器状态只能由程序驱动,外部输出点相联。输出继电器状态只能由程序驱动,外部信号不能直接改变输出继电器的状态。信号不能直接改变输出继电器的状态。(3)内部继电器内部继电器M 有很多内部继电器,相当于继电器系统中的中间有很多内部继电器,相当于继电器系统中的中间继电器。用于状态暂存、移位、辅助运算及赋予特殊继电器。用于状态暂存、移位、辅助运算及赋予特殊功能等。线圈是由程序驱动,也能提供无数对常开、功能等。线圈是由程序驱动,也能提供无数对常开、常
12、闭触头用于内部编程,但没有输出控制能力。常闭触头用于内部编程,但没有输出控制能力。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理(4)锁存继电器锁存继电器L用于用于PLC的输入、输出状态的锁存。的输入、输出状态的锁存。(5)特殊继电器特殊继电器M 用于用于PLC的工作状态和出错状态的显示等用途的的工作状态和出错状态的显示等用途的专用继电器。它有两个特点;一是不能输出到外部;专用继电器。它有两个特点;一是不能输出到外部;二是可以以位或字为单位进行处理。二是可以以位或字为单位进行处理。(6)计时器计时器T 其作用相当于时间继电器。所有计时器
13、都是通电其作用相当于时间继电器。所有计时器都是通电延时型,可用程序方式获得断电延时功能。定时器输延时型,可用程序方式获得断电延时功能。定时器输出触头可供编程使用,使用次数不限。出触头可供编程使用,使用次数不限。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理(7)计数器计数器C 是是PLC实现逻辑运算和算术运算及其它各种特实现逻辑运算和算术运算及其它各种特殊运算必不可少的重要软器件。当计数器当前值等殊运算必不可少的重要软器件。当计数器当前值等于计数器设定值时,计数器计数到达位即接通。于计数器设定值时,计数器计数到达位即接通。(8)数据寄存
14、器数据寄存器D PLC在进行输入输出处理、模拟量控制、数字在进行输入输出处理、模拟量控制、数字控制时,需要有许多数据寄存器用以存储各种数据。控制时,需要有许多数据寄存器用以存储各种数据。每个数据寄存器都是每个数据寄存器都是16位,可用两个数据寄存器串位,可用两个数据寄存器串联存放联存放32位数据。位数据。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理(9)特殊寄存器特殊寄存器D 特殊寄存器特殊寄存器D用于用于PLC内各种器件的运行监视。内各种器件的运行监视。(10)指示器指示器P 指示器指示器P有两种类型:一种是分支指令用指针,有两种类
15、型:一种是分支指令用指针,用来指定跳转指令或子程序调用指令等分支指令的用来指定跳转指令或子程序调用指令等分支指令的跳转目标,指针在用户程序和跳转目标,指针在用户程序和PLC内用户存储器占内用户存储器占有一定空间;二是中断用指针,用于执行标号后面有一定空间;二是中断用指针,用于执行标号后面的中断程序。的中断程序。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 5.2.3 PLC的基本原理与工作方式的基本原理与工作方式 5.2.3.1 PLC的基本控制原理的基本控制原理 继电器控制系统与继电器控制系统与PLC控制系统框图,都是由输控制系统框
16、图,都是由输入、逻辑和输出三个基本部分构成。如图入、逻辑和输出三个基本部分构成。如图5-5所示。所示。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 其中,输入、输出部分基本上相同。但由于其中,输入、输出部分基本上相同。但由于PLC采采用了计算机技术,且为了提高可靠性与抗干扰能力,加用了计算机技术,且为了提高可靠性与抗干扰能力,加入了输入、输出变换器。入了输入、输出变换器。继电器控制系统的逻辑部分,是按控制对象实际需继电器控制系统的逻辑部分,是按控制对象实际需要,构成所谓要,构成所谓“硬件逻辑系统硬件逻辑系统”。程序固定在电路中,。程序
17、固定在电路中,不能灵活变更。不能灵活变更。早期早期PLC设计以取代继电器为目标,其基本控制原设计以取代继电器为目标,其基本控制原理和继电器系统类似。其逻辑部分根据编制的程序,用理和继电器系统类似。其逻辑部分根据编制的程序,用软件处理输入、输出及内部相关元件组成的逻辑。软件处理输入、输出及内部相关元件组成的逻辑。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 现代现代PLC还具有数值运算,模拟量生产过程控制、还具有数值运算,模拟量生产过程控制、联网通信等各种复杂功能。联网通信等各种复杂功能。PLC可以灵活地改变其控制程序,相当于改变了可以
18、灵活地改变其控制程序,相当于改变了继电器控制系统的硬接线电路,这就是所谓的继电器控制系统的硬接线电路,这就是所谓的“可编可编程序程序”。程序由编程器送入处理器中的存储器,也可。程序由编程器送入处理器中的存储器,也可以方便地读出、检查与修改。以方便地读出、检查与修改。PLC是专门为工业控制需要而设计,因而对于使是专门为工业控制需要而设计,因而对于使用者来说,编程时完全可以不考虑微处理器内部的复用者来说,编程时完全可以不考虑微处理器内部的复杂结构,也不必使用各种计算机使用的语言,而是把杂结构,也不必使用各种计算机使用的语言,而是把PLC内部看成由许多内部看成由许多“软继电器软继电器”组成,给使用者
19、提组成,给使用者提供一种按设计继电器控制电路方式的编程方法。供一种按设计继电器控制电路方式的编程方法。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 5.2.3.2 PLC的工作方式的工作方式PLC是一种工业控制的专用计算机。是一种工业控制的专用计算机。CPU是以分是以分时操作方式来处理各项任务的,所以按程序分时扫描工时操作方式来处理各项任务的,所以按程序分时扫描工作是其基本特征。作是其基本特征。PLC内相应各种软器件是按程序号顺内相应各种软器件是按程序号顺序在时间上串行工作的。序在时间上串行工作的。继电器逻辑系统各电器元件在时间上是并
20、行工作继电器逻辑系统各电器元件在时间上是并行工作的,因此两者的工作方式、工作特点是不相同的。的,因此两者的工作方式、工作特点是不相同的。另一方面,另一方面,PLC虽然采用了计算机技术,但由于虽然采用了计算机技术,但由于其工作环境、技术指标、控制要求、应用领域等与微机其工作环境、技术指标、控制要求、应用领域等与微机有很大不同。有很大不同。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 因此,因此,PLC无论在硬件、软件设计与组成,控无论在硬件、软件设计与组成,控制系统的构成、工作方式、工作特点等方面与微机制系统的构成、工作方式、工作特点等
21、方面与微机及微机控制系统也是不相同的。及微机控制系统也是不相同的。例如:在计算机程序中常采用中断、查询工作例如:在计算机程序中常采用中断、查询工作方式。这种工作方式是先查看某一变量条件是否满方式。这种工作方式是先查看某一变量条件是否满足,有否中断请求,条件满足与否,并据此决定下足,有否中断请求,条件满足与否,并据此决定下一步的操作。对于一个高要求、多任务系统就要求一步的操作。对于一个高要求、多任务系统就要求计算机有很高的运行速度与很大的存储容量。计算机有很高的运行速度与很大的存储容量。YXSH现代电气自动控制技术现代电气自动控制技术5.2 可编程序控制器的基本原理可编程序控制器的基本原理 而在
22、而在PLC控制中,要查看的已不再是某一个变量控制中,要查看的已不再是某一个变量条件,而是多个变量条件,等待查询方式已不能满足控条件,而是多个变量条件,等待查询方式已不能满足控制要求,而且一般工业设备对控制系统的运行速度与存制要求,而且一般工业设备对控制系统的运行速度与存储容量要求相对也比较低,因而储容量要求相对也比较低,因而PLC控制采用与微机控控制采用与微机控制不同的工作方式。制不同的工作方式。PLC用周期循环扫描、集中输入与集中输出的工用周期循环扫描、集中输入与集中输出的工作方式。这种工作方式的显著特点是:可靠性高、抗干作方式。这种工作方式的显著特点是:可靠性高、抗干扰能力强,但响应滞后、
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