021可编程序控制器的组成及原理.ppt

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1、2023/8/29,1,可编程控制器(PLC)应用实践,课程号:09366027,上海大学机电工程与自动化学院,程志华,13311862099,021-可编程序控制器的组成及原理,了解PLC PLC的基本原理,2023/8/29,2,1968年 GM(美国通用汽车)为改造控制设备招标的技术要求,编程方便,可现场修改程序;维修方便,采用插件式结构;可靠性高于继电器控制系统;体积小于继电器控制柜;数据可直接送入管理计算机;成本可与继电器控制系统竞争;输入可为市电;输出可为市电,输出电流要求在2A以上,可直接驱动电磁阀、接触器等;系统扩展时,原系统变更最小;用户存储器容量大于4KB,1969年 DE

2、C研制出第一台PLC-PDP-14,招标技术要求,了解PLC,PLC的诞生,2023/8/29,3,定义:,了解PLC,国际电工委员会(IEC)于1987年对可编程序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。可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充功能的原则设计”。,新型工业自动控制装置,自动化技术,计算机技术,通信技术,微处理器,继电器控制和计算机控制

3、,早期的可编程序控制器在功能上只能进行逻辑控制,因而称为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller),简称PLC。随着技术的进步,其控制功能不断增强,现在的可编程序控制还可进行算术运算、模拟量控制,因此美国电气制造协会(NEMA)于1980年将它正式命名为可编程序控制器(Programmable Controller)简称为PC。但是近年来PC又成为个人计算机(Personal Computer)的简称,为了加以区别,现在把可编程序控制器又称为PLC。,2023/8/29,4,1969年,美国研制出世界第一台PDP-141971年,日本研制出第一台DCS-8

4、1973年,德国研制出第一台PLC1974年,中国研制出第一台PLC-始于60年代末 美国首先研制和使用可编程序控制器以后,世界各国特别是日本和联邦德国也相继开发了各自的PLC(70年代中期出现了微处理器并被应用到可编程序控制器后,PLC的功能日趋完善,特别是它的小型化、高可靠性和低价格,使它在现代工业控制中崭露头角)。-展于到80年代初 PLC的应用已在工业控制领域中占主导地位。PLC控制技术已在世界范围内广为流行,国际市场竞争相当激烈,产品更新很快,换代周期约为35年。-成于90年代后 工业控制领域几乎全被PLC占领。国外专家预言,PLC技术将在工业自动化的三大支柱(PLC、机器人和CAD

5、CAM)中跃居首位。,发展:(现状,方向(小型化、大型化、机电一体化、通讯和网络标准化),了解PLC,2023/8/29,5,分类:(按容量和功能来分,大致可分为小型、中型和大型三类),-小型机:(=250点)小型PLC的功能一般以开关量控制为主,它们的输入输出点数适合于接触器、继电器控制的场合,还能直接驱动电磁阀等执行元件。这类装置具有上百个内部辅助继电器,它是内存中的一个单元,可以起到记忆中间状态的作用,并且还具有计时、计数、寄存器等功能。这类PLC的特点是价格低廉、体积小巧,适合于控制单台设备,开发机电一体化产品。这类小型机有日本三菱公司的FX2N/F40,欧姆龙公司的C60P,富士公司

6、的NB290,美国德州仪器公司的TI100,通用电气公司的GEI,(也有小型机带模拟量控制,如西门子公司S5100U,S7200)。,了解PLC,2023/8/29,6,-整体式结构 一般小型机都采用整体式结构。它的中央处理单元、存储器、输入输出接口和电源都装在一个金属或塑料机壳中,结构非常紧凑。机箱的上、下两侧分别安装输入、输出接线端子及电源进线,并有相应的发光二极管显示输入输出状态。面板上留有编程器插座、EPROM插座、扩展单元的接口插座等。基本单元和扩展单元之间用扁平电缆连接。整体式PLC一般还配备许多专用的特殊功能单元,如位置控制单元、数据输入单元等,使PLC的功能得到扩展。,分类:(

7、按硬件结构来分,大致可分为整体式、插件式和叠装式三类),了解PLC,2023/8/29,7,PLC的应用领域:,开关量的逻辑控制;位置控制;过程控制;数据处理;通信联网;,了解PLC,运动控制及安全控制,2023/8/29,8,PLC的基本原理,2023/8/29,9,PLC的结构示意图,PLC的基本原理,2023/8/29,10,1中央处理单元(CPU)-整个PLC的核心,PLC的基本原理,通用CPU:如8位(8080/8085/6800/Z80/51),16/32位,及奔腾 CPU(S7-400);单片CPU:三菱FX2系列采用16位8098MCU位片式CPU:4位一片,相连可组成任意长度

8、MCU,2存储器(RAM,ROM,EPROM)存储器主要用于存放系统程序、用户程序以及工作数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器;存放工作数据的存储器称为数据存储器。,2023/8/29,11,PLC的输出接口电路,3输入、输出接口电路输入、输出接口电路是PLC与现场IO设备或其他外设之间的连接部件,它起着PLC和外围设备之间传递信息的作用。输入接口电路接收从按钮开关、选择开关、行程开关等来的开关量输入信号和由电位器、热电偶、测速发电机等来的连续变化的模拟量输入信号,然后送入PLC。输入接口电路一般由光电耦合电路。,PLC的基本原理,负载电源:AC

9、250/DC30V DC5-30V AC85-242V,负载电流:2A 0.5A 0.3A,响应时间:10ms 0.2ms 1/10ms(断-通/通-断),2023/8/29,12,PLC的输入接口电路,PLC的基本原理,2023/8/29,13,2023/8/29,14,2023/8/29,15,输入、输出接线示例,2023/8/29,16,2023/8/29,17,工作方式:,PLC的基本原理,2023/8/29,18,输入处理又叫输入采样。在此阶段,顺序读入所有输入端子的通断状态,并将读入的信息存入内存中所对应的映像寄存器。在此输入映像寄存器被刷新,接着进入程序执行阶段。在程序执行时,输

10、入映像寄存器与外界隔离,即使输入信号发生变化,其映像寄存器的内容也不会发生变化,只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。程序执行阶段根据PLC梯形图程序扫描原则,按先左后右,先上后下的步序,逐句扫描,执行程序。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。输出处理也叫输出刷新,程序执行完毕后,将输出映像寄存器中的寄存器的状态,在输出处理阶段转存到输出锁存器,通过隔离电路,驱动功率放大电路,使输出端子向外界输出控制信号,驱动外部负载。,PLC的基本原理,2023/8/29,19,PLC采用循环扫描工作方式,在PLC中,用户程序按先后顺序存放,CPU从第一条指令开始执行

11、程序,直至遇到结束符后又返回第一条,如此周而复始不断循环。PLC的扫描过程如图所示。这个工作过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行和输出处理几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。内部处理阶段,PLC检查CPU模块的硬件是否正常,复位监视定时器等。通信操作服务阶段,PLC与一些智能模块通信,响应编程器键入的命令,更新编程器的显示内容等。当PLC处于停(STOP)状态时,只进行内部处理和通信操作服务等内容。当PLC处于运行(RUN)状态时,PLC的扫描过程从内部处理、通信操作,到程序输入、程序执行、程序输出,一直循环扫描工作。,PLC的扫描过程,工作原理:,PLC的基本原理,2023/8/29,20,PLC归纳:,特点:1功能完善,结构模块化;2硬、软件开发周期短;3扩展容易,维护操作方便;4性能稳定,可靠性高;5具有较高的性能价格比;,常用PLC性能一览表,五个基本技术指标:1 CPU类型存储器容量编程语言扫描速度IO点数。,2023/8/29,21,思考题二1 可编程控制器的定义是什么?和一般的计算机系统相比,PLC有哪些特点?2 PLC有哪几种开关量IO接口形式,各有什么特点,如何接线?,

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