第2部分+PLC軟硬件組成及工作原理課件

1、PLC應(yīng)用技術(shù)PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理 概述 PLC的硬件組成 PLC的軟件系統(tǒng) PLC的工作原理 PLC的主要指標(biāo) PLC的分類PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理 概述PLC的分類4PLC的應(yīng)用領(lǐng)域51PLC產(chǎn)生和發(fā)展2PLC定義11PLC的特點(diǎn)3PLC的生產(chǎn)廠家6PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC 的定義 可編程序邏輯控制器簡(jiǎn)稱為 PLC （ Programmable Logical Controller ），也常稱為可編程序控制器即 PC(Programmab

2、le Controller) ，它是微機(jī)技術(shù)與繼電接觸器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，即采用了微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，融合了繼電接觸器控制的概念構(gòu)成的一種新型電控器，它專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC 的產(chǎn)生和發(fā)展 在可編程序控制器問(wèn)世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是以繼電器控制占主導(dǎo)地位的。對(duì)生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性差，一旦生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計(jì)，并改變硬件結(jié)構(gòu)。 20世紀(jì)6

3、0年代，美國(guó)的汽車生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)成熟，汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，導(dǎo)致汽車產(chǎn)品不斷更新，生產(chǎn)線也隨之頻繁改變。而當(dāng)時(shí)的自動(dòng)控制裝置是繼電接觸器控制系統(tǒng)，要改變工藝十分困難，這不僅阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q代周期，而且可靠性不高。PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理1968年美國(guó)通用汽車公司提出的替代繼電器控制系統(tǒng)的新型控制器的十項(xiàng)指標(biāo)（GM十條）： 1） 編程簡(jiǎn)單、現(xiàn)場(chǎng)可 修改程序； 2）維護(hù)方便、采用插 件式結(jié)構(gòu)； 3）可靠性高于繼電器 控制系統(tǒng)； 4）體積小于繼電器控 制系統(tǒng)； 5）數(shù)據(jù)可以直接送入 計(jì)算機(jī)；6）成本可與繼電器系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)；7）輸入可為市電；8）輸出可為市電，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、交

4、流接觸器等；9）通用性強(qiáng)、易于擴(kuò)展；10）用戶存儲(chǔ)器大于4K。PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理 1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC公司)研制出了第一臺(tái)可編程控制器PDP-14，在美國(guó)通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功并取得了滿意的效果，可編程控制器自此誕生。 美國(guó)從 1971 年開始輸出這種技術(shù)， 1973 年以后，西德、日本、英國(guó)、法國(guó)相繼開發(fā)了各自的 PLC ，并廣泛應(yīng)用。廿余年來(lái)， PLC 的發(fā)展迅猛異常，它的應(yīng)用領(lǐng)域可謂是各行各業(yè)。 PLC 的出現(xiàn)和發(fā)展，是工業(yè)控制技術(shù)上的一個(gè)飛躍。 PLC 在我國(guó)機(jī)械、冶金、化工、輕工的大多數(shù)工業(yè)部門已開始得到廣泛應(yīng)用。 PLC 的

5、應(yīng)用在工業(yè)界產(chǎn)生了巨大的影響。 PLC的產(chǎn)生和發(fā)展PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC的產(chǎn)生和發(fā)展 PLC的發(fā)展經(jīng)歷了五個(gè)重要時(shí)期 ：（1）從產(chǎn)生到20世紀(jì)70年代初期。CPU由中小規(guī)模數(shù)字集成電路組成，存儲(chǔ)器為磁芯存儲(chǔ)器，控制功能比較簡(jiǎn)單。 （2）20世紀(jì)70年代末期。采用CPU微處理器，存儲(chǔ)器采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，體積減小，數(shù)據(jù)處理能力有很大提高。（3）20世紀(jì)70年代末到80年代中期。PLC開始采用8位和16位微處理器，使數(shù)據(jù)處理能力和速度大大提高。（4）20世紀(jì)80年代中期到90年代中期。超大規(guī)模集成電路促使PLC完全計(jì)算機(jī)化，CPU已經(jīng)開始采用32位微處理器。（5

6、）20世紀(jì)90年代中期至今。PLC使用16位和32位微處理器，出現(xiàn)了智能化模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種復(fù)雜系統(tǒng)的控制。 PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC的產(chǎn)生和發(fā)展 PLC經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，現(xiàn)已形成了完整的產(chǎn)品系列，其功能與昔日的初級(jí)產(chǎn)品不可同日而語(yǔ)，強(qiáng)大的軟、硬件功能已接近或達(dá)到計(jì)算機(jī)功能。 PLC自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，PLC的功能越來(lái)越強(qiáng)大，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛，其足跡已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，但PLC的主要應(yīng)用領(lǐng)域是自動(dòng)化。不同的企業(yè)對(duì)自動(dòng)化程度的要求都不相同。不僅需要發(fā)展適合于大、中型企業(yè)的高水準(zhǔn)的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，而且也要發(fā)展適合小型企業(yè)性能價(jià)格比高的小型

7、PLC控制系統(tǒng)。所以 PLC控制系統(tǒng)將朝著兩個(gè)方向發(fā)展：一是向小型化、微型化方向發(fā)展。作為控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，PLC將朝著體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)、價(jià)格更低的方向發(fā)展。二是向大型化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能方向發(fā)展。PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC 的特點(diǎn) 1 通用性強(qiáng)： 由于采用了微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，而且接口電路考慮了工業(yè)控制的要求，輸出接口能力強(qiáng)，因而對(duì)不同的控制對(duì)象，可以采用相同的硬件，只需編制不同的軟件，就可實(shí)現(xiàn)不同的控制。 2 接線簡(jiǎn)單： 只要將用于控制的接線、限位開關(guān)和光電開關(guān)等接入控制器的輸入端，將被控制的電磁鐵、電磁閥、接觸器和繼電器等功率輸出

8、元件的線圈接至控制器的輸出端，就完成了全部的接線任務(wù)。 3 編程容易： 一般使用與繼電接觸器控制電路原理圖相似的梯形圖或用面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令形式編程。因而編程語(yǔ)言形象直觀，容易掌握，具有一定的電工和工藝知識(shí)的人員可在短時(shí)間學(xué)會(huì)并應(yīng)用自如。 4 抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高： PLC 的輸入輸出采取了隔離措施，并應(yīng)用大規(guī)模集成電路，故它能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，能直接安裝在機(jī)器設(shè)備上運(yùn)行。 5 容量大，體積小，重量輕，功耗少，成本低，維修方便： 例如一臺(tái)具有 128 個(gè)輸入輸出點(diǎn)的小型 PLC ，其尺寸為 216 127 110mm 3 ，重約 2.3Kg ，空載功耗為 1.2W ，它可以完成相當(dāng)于

9、400 800 個(gè)繼電器組成的系統(tǒng)的控制功能，而其成本僅相當(dāng)于相同功能繼電器系統(tǒng)的（ 10 20 ）； PLC 一般采用模塊結(jié)構(gòu)，又具有自診斷功能，判斷故障迅速方便，維修時(shí)只需更換插入式模塊，因而維修十分方便。 PLC 的分類1. 按結(jié)構(gòu)形式分類, 可分為整體式和模塊式兩類。 ( 1 ) 整體式 PLC ： 將電源、 CPU 、存儲(chǔ)器及 I/O 等各個(gè)功能集成在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低，小型 PLC 多采用這種結(jié)構(gòu)，如三菱 FX 系列的 PLC 。整體式 PLC 一般配有許多專用的特殊功能模塊，如模擬量 I/O 模塊、通信模塊等。 ( 2 ) 模塊式 PLC ： 將電源模塊

10、、 CPU 模塊、 I/O 模塊作為單獨(dú)的模塊安裝在同一底板或框架上的 PLC 是模塊式 PLC 。其特點(diǎn)是配置靈活、裝配維護(hù)方便，大、中型 PLC 多采用這種結(jié)構(gòu)，例如西門子 S7-300 系列的 PLC 。 PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC 的分類 2. 按 I/O 點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)容量分類 大型 PLC ： I/O 點(diǎn)數(shù)在 2048 點(diǎn)以上，存儲(chǔ)器容量 8K 以上。 小型 PLC ： I/O 點(diǎn)數(shù)在 256 點(diǎn)以下，存儲(chǔ)器容量 2K ； 中型 PLC ： I/O 點(diǎn)數(shù)在 256 2048 點(diǎn)之間，存儲(chǔ)器容量 2K 8K;PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及

11、工作原理PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域1. 開關(guān)量邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域 2運(yùn)動(dòng)控制 PLC可用于直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制 3閉環(huán)過(guò)程控制 PLC通過(guò)模擬量模塊實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量的A/D、D/A轉(zhuǎn)換，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)模擬量的控制 4數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（包括矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算），數(shù)據(jù)傳遞、排序和查表、位操作等功能；可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，可以與存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的參考數(shù)據(jù)相比較，也可以傳送給其它智能裝置或傳送給打印機(jī)打印制表 5聯(lián)網(wǎng)通信 PLC的通訊包括PLC與PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)之間和其它的智能設(shè)備之間的通訊 PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組

12、成及工作原理PLC 的生產(chǎn)廠家當(dāng)今世界上 PLC 生產(chǎn)廠家按地域可分為 三大流派：美國(guó)、歐洲和日本。 美國(guó)是 PLC 生產(chǎn)大國(guó)，有 100 多家 PLC 廠商，著名的有 A-B 公司、通用電氣（ GE ）公司、莫迪康（ MODICON ）公司、德州儀器（ TI ）公司、西屋電氣公司等。 歐洲著名的 PLC 生產(chǎn)廠商有德國(guó)的西門子（ SIEMENS ）公司、 AEG 公司，法國(guó)的 TE 公司等。 日本有許多 PLC 制造商，如：三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、東芝等。 我國(guó)的 PLC 生產(chǎn)廠家規(guī)模一般不大，主要有無(wú)錫華光電子工業(yè)有限公司、上海香島機(jī)電制造有限公司、杭州機(jī)床電器廠、天津中環(huán)自動(dòng)化儀

13、表公司等。 第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè) PLC的硬件組成 PLC 生產(chǎn)廠家很多，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也各不相同，但其基本構(gòu)成是一樣的，都采用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，如下圖所示，都以微處理器為核心，通過(guò)硬件和軟件的共同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。 PLC 主要有六部分組成： CPU( 中央處理器 ) 、存儲(chǔ)器、輸入 / 輸出（ I/O ）接口電路、電源、外設(shè)接口、輸入 / 輸出（ I/O ）擴(kuò)展接口。 整體式組合式 PLC的基本分類小型機(jī)常采用整體式中、大型機(jī)常采用組合式PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理 整體式 PLC的基本組成框圖輸出設(shè)備輸入設(shè)備 I/O擴(kuò)展 單元 特殊功 能

14、單元主機(jī)輸出單元輸入單元 電 源外設(shè)接口I/O擴(kuò)展口存 儲(chǔ) 器 系統(tǒng)程序 存儲(chǔ)器 C P U 用戶程序 存儲(chǔ)器盒式磁帶機(jī)打印機(jī)EPROM寫入器 上位計(jì)算機(jī) PLC編程器可編程終端PTPLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理 組合式 PLC的基本組成框圖 系 統(tǒng) 總 線通信單元 控 制 系 統(tǒng) 現(xiàn) 場(chǎng) 過(guò) 程CPU單元輸出單元 編程器PLC或上位計(jì)算機(jī)智能I/O單元輸入單元PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理 輸入并存儲(chǔ)用戶程序、顯示輸入內(nèi)容和地址； CPU指揮PLC完成各種預(yù)定的功能 檢查、校驗(yàn)用戶程序，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤即報(bào)警； 執(zhí)行用戶程序、驅(qū)動(dòng)外部輸出設(shè)備動(dòng)作； 診

15、斷故障、記憶故障信息并報(bào)警。CPU單元PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理1.中央處理單元（CPU）：(1)從程序存儲(chǔ)器讀取程序指令，編譯、執(zhí)行指令(2)將各種輸入信號(hào)取入(3) 把運(yùn)算結(jié)果送到輸出端(4) 響應(yīng)各種外部設(shè)備的請(qǐng)求 PLC中所采用的CPU通常有三種 ：（1）通用處理器：8086、80286、80386（2）單片機(jī)芯片：8031、8096（3）位片式微處理器：AMD-2900小型PLC多采用8位微處理器或單片機(jī)作為CPU中型PLC多采用16位微處理器或單片機(jī)作為CPU大型PLC多采用高速位片式微處理器PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理系統(tǒng)程序

16、存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)系統(tǒng)系統(tǒng)程序用戶程序存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)系統(tǒng)用戶程序工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM：存儲(chǔ)各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào) 試的程序。ROM：存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序。PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理 I/O單元 PLC與外部設(shè)備聯(lián)系的橋梁 開關(guān)量輸入單元 開關(guān)量輸出單元 直流輸入單元 交流輸入單元晶體管輸出單元晶閘管輸出單元繼電器輸出單元PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理 輸入、輸出接口：采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。輸出接口作用：將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行電路的信號(hào)，以

17、便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離。輸出接口電路按照 PLC 的類型不同一般分為繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型 3 類以滿足各種用戶的需要。其中繼電器輸出型為有觸點(diǎn)的輸出方式，可用于直流或低頻交流負(fù)載；晶體管輸出型和晶閘管輸出型都是無(wú)觸點(diǎn)輸出方式，前者適用于高速、小功率直流負(fù)載，后者適用于高速、大功率交流負(fù)載。輸入接口作用：將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。PLC精品課程建設(shè)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理（1）輸入接口電路：采用光電耦合器，防止強(qiáng)電干擾。COM光電三極管發(fā)光二極管直流電源輸入端子+PLCIn+24V發(fā)光

18、二極管第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè)COM+5VLEDSR3R1AR2CT 內(nèi) 部 電 路濾波 光電耦合 外部開關(guān) 輸入點(diǎn)的狀態(tài)顯示 輸入點(diǎn) 公共端 直流輸入電路第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè)交流輸入電路LED+5VAR2COMSCR1 內(nèi) 部 電 路R3濾波 光電耦合 輸入點(diǎn)的狀態(tài)顯示 外部開關(guān) 輸入點(diǎn) 第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè)繼電器輸出（2）輸出接口電路：以繼電器形式為例：PLC內(nèi)部電路內(nèi)部電路K+交流電源或直流電源QCOM-第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè)晶體管輸出電路COMT2LEDDF

19、U+5V內(nèi) 部 電 路T1R1R2R3負(fù)載光電耦合 輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示 公共端 輸出點(diǎn) 第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè)晶閘管輸出電路COMLEDR2 C TFU內(nèi) 部 電 路R1負(fù)載光電耦合 輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示 公共端 輸出點(diǎn) 第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè)繼電器輸出電路COMLED K R內(nèi) 部 電 路負(fù)載輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示 繼電器 機(jī)械觸點(diǎn) 公共端 輸出點(diǎn) 第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè) 電源單元 PLC 一般采用 AC220V 電源，經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后可變換成供 PLC 的 CPU 、存儲(chǔ)器等電路工作所需的直流電壓，有的

20、 PLC 也采用 DC24V 電源供電。為保證 PLC 工作可靠，大都采用開關(guān)型穩(wěn)壓電源。有的 PLC 還向外部提供 24V 直流電源。 小型機(jī)：一體機(jī)。有接口可擴(kuò)展。第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè)Power in a Small Package!電源模塊CPU模塊IO模塊底 板中、大型機(jī)：模塊式?？筛鶕?jù)需要在主板上隨意組合。第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè)外部設(shè)備PLC的外部設(shè)備主要有：編程設(shè)備觸摸屏操作面板文本顯示器打印機(jī) 等 外部設(shè)備接口是在主機(jī)外殼上與外部設(shè)備配接的插座，通過(guò)電纜線可配接編程器、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、 EPROM 寫入器、觸摸屏等

21、。第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè) I/O擴(kuò)展接口 I/O 擴(kuò)展接口是用來(lái)擴(kuò)展輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的。當(dāng)用戶輸入、輸出點(diǎn)數(shù)超過(guò)主機(jī)的范圍時(shí)，可通過(guò) I/O 擴(kuò)展接口與 I/O 擴(kuò)展單元相接，以擴(kuò)充 I/O 點(diǎn)數(shù)。 A/D 和 D/A 單元以及鏈接單元一般也通過(guò)該接口與主機(jī)連接。 第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè) PLC的軟件系統(tǒng)系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序是由PLC的制造者采用匯編語(yǔ)言編寫的，固化于ROM型系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中，用于控制PLC本身的運(yùn)行，用戶不能更改。系統(tǒng)程序分為：1.系統(tǒng)管理程序2.用戶指令解釋程序3.標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用程序 第2部分 PLC軟硬件組

22、成及工作原理PLC精品課程建設(shè)用戶程序 用戶程序又稱為應(yīng)用程序，是用戶為完成某一控制任務(wù)而利用PLC的編程語(yǔ)言編制的程序。用戶程序是線性地存儲(chǔ)在系統(tǒng)程序制定的存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)。1用戶環(huán)境 用戶環(huán)境是由系統(tǒng)程序生成的，它包括用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、用戶元件區(qū)、用戶程序存儲(chǔ)區(qū)、用戶參數(shù)、文件存儲(chǔ)區(qū)等。2用戶程序結(jié)構(gòu) 用戶程序結(jié)構(gòu)大致可以分為三種：（1）線性程序（2）分塊程序（3）結(jié)構(gòu)化程序3用戶程序語(yǔ)言 PLC的編程語(yǔ)言有多種，其中梯形圖、語(yǔ)句表、功能塊圖是三種基本語(yǔ)言。 第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè) PLC的循環(huán)掃描工作過(guò)程 接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制 輸入/輸出滯后響應(yīng) PLC的工作原

23、理第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè)1. 接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制繼電接觸器控制系統(tǒng)，又稱為接線程序控制系統(tǒng)，是通過(guò)電器元器件的固定接線來(lái)實(shí)現(xiàn)控制邏輯，完成控制任務(wù)的。第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè)在PLC控制系統(tǒng)中，用戶根據(jù)控制要求編制出相應(yīng)的控制程序，并寫入PLC的程序存儲(chǔ)器中。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，PLC將程序執(zhí)行結(jié)果輸出給相應(yīng)的輸出設(shè)備，控制被控對(duì)象工作。 這種控制稱為存儲(chǔ)程序控制。1. 接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè)2. PLC的循環(huán)掃描工作過(guò)程 PLC 的工作方式為循環(huán)掃描方式，其工作過(guò)程大致分為

24、 3 個(gè)階段： 輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新 。 第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè)設(shè)置各異常繼電器異常：(ERR/ALM)LED燈亮警告：(ERR/ALM)LED閃爍異?；蚓?？ 無(wú)有異常檢查結(jié)果正常？掃描周期監(jiān)視 時(shí)間預(yù)置執(zhí)行用戶程序 程序結(jié)束？(END命令？)NoYes掃描周期固定值設(shè)定檢查 有固定值設(shè)置？等待設(shè)定掃描周期到 計(jì)算掃描周期 I/O 刷 新正常異常警告 接通電源初始化I/O外設(shè)端口 服務(wù)初始化I/O、內(nèi)部輔助、特殊輔助、輔助記憶繼電器區(qū)域清零定時(shí)器預(yù)置識(shí)別擴(kuò)展單元公 共 處 理執(zhí)行用戶 程序掃 描 周 期 計(jì) 算 處 理刷新硬件、用戶程序內(nèi)存檢 查 外設(shè)

25、端口服務(wù)循環(huán)掃描工作流程PLC 接通電源 初始化 硬件檢查 正常？異常報(bào)警異常處理掃描周期監(jiān)視執(zhí)行用戶程序 程序結(jié)束？掃描周期檢查有固定設(shè)置？ 等待掃描周期計(jì)算 I/O刷新外設(shè)端口服務(wù) 異常 公共處理 執(zhí)行用戶程序掃描周期計(jì)算 刷 新端口服務(wù)0000201000000010000201000 (1) PLC掃描工作各環(huán)節(jié)的功能 PLC上電后，首先檢查硬件是否正常。 按自上而下的順序，逐條讀用戶程序并執(zhí)行。對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 將結(jié)果存入元件映象寄存器。 計(jì)算掃描周期。若正常，則進(jìn)行下一步；若不正常，則報(bào)警并作處理。母線 I/O刷新階段。 外設(shè)端口服務(wù)。讀輸入點(diǎn)的狀態(tài)并寫入輸入映像寄存器。將元

26、件映像寄存器的狀態(tài)經(jīng)輸出鎖存器、輸出電路送到輸出點(diǎn)。訪問(wèn)外設(shè)端口連接的外部設(shè)備。PLC精品課程建設(shè)讀讀讀寫寫 執(zhí)行用戶程序 I/O刷新 I/O刷新 I/O刷新 I/O刷新 (2) PLC執(zhí)行用戶程序的過(guò)程0100101000000000000101000輸入端子輸入電路用戶輸入設(shè)備輸入映像寄存器輸出電路輸出端子元件映像寄存器輸出鎖存器 用戶輸出設(shè)備第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè)(3) PLC控制的原理 等效電路圖SB1SB2ST公共端公共端輸入部分輸出端子輸入端子用戶程序輸出部分主電路KMFUFR M 3 QKM01000PLCCOM000000000000001000

27、020000001000000010000201000COM0000100002PLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMKM線圈通電SB1閉合00000 閉合接點(diǎn)閉合KMFUKH M 3 QKM通電KM通電觸點(diǎn)閉合電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)觸點(diǎn)閉合PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMKM線圈斷電00001 斷開接點(diǎn)斷開KMFUKH M 3 QKM通電KM斷電觸點(diǎn)斷開電動(dòng)停轉(zhuǎn)觸點(diǎn)斷開PLC

28、COM000000000000001000020000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMSB2閉合 (4) PLC執(zhí)行用戶程序的特點(diǎn) 按梯形圖自左向右、自上而下逐次執(zhí)行程序 執(zhí)行程序時(shí)所需數(shù)據(jù)取自于： 輸入映像寄存器 元件映像寄存器 輸入映像寄存器和元件映像寄存器中的數(shù)據(jù)元件映像寄存器：在一個(gè)掃描周期中可讀可寫輸入映像寄存器：在一個(gè)掃描周期中保持不變 每個(gè)掃描周期I/O刷新階段集中讀入/讀出數(shù)據(jù)第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè) 從 PLC 工

29、作過(guò)程的分析中可知，由于 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，而且對(duì)輸入和輸出信號(hào)只在每個(gè)掃描周期的 I/O 刷新階段集中輸入并集中輸出，所以必然會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào)的滯后現(xiàn)象。 響應(yīng)時(shí)間或滯后時(shí)間： 即從 PLC 的輸入端有一個(gè)輸入信號(hào)發(fā)生變化到 PLC 的輸出端對(duì)該輸入信號(hào)的變化做出反應(yīng)需要一段時(shí)間。 滯后時(shí)間是設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)了解的一個(gè)重要參數(shù)。3. PLC的輸入/輸出滯后響應(yīng) 第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè) 滯后時(shí)間的長(zhǎng)短與以下因素有關(guān)： 輸入電路濾波時(shí)間，它由RC濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定。改變時(shí)間常數(shù)可調(diào)整輸入延遲時(shí)間。 PLC循環(huán)掃描的工作方式 用

30、戶程序中語(yǔ)句的安排 PLC對(duì)輸入采樣、輸出刷新的集中處理方式 輸出電路的滯后時(shí)間，它與輸出電路的輸出方式有關(guān)。繼電器輸出方式的滯后時(shí)間為10ms左右；雙向晶閘管輸出方式，在接通負(fù)載時(shí)滯后時(shí)間約為1ms，切斷負(fù)載時(shí)滯后時(shí)間小于10ms；晶體管輸出方式的滯后時(shí)間小于1ms。3. PLC的輸入/輸出滯后響應(yīng) 第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè)CPU讀輸入輸入輸出延遲時(shí)間最短響應(yīng)時(shí)間輸入/輸出刷新時(shí)間最短響應(yīng)時(shí)間=輸入延遲時(shí)間+一個(gè)掃描周期+輸出延遲時(shí)間第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè)CPU讀輸入輸入/輸出刷新時(shí)間最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間=輸入延遲時(shí)間+兩個(gè)掃描時(shí)間+輸出

31、延遲時(shí)間輸入輸出延遲時(shí)間最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè) I/O響應(yīng)時(shí)間的估算 以20點(diǎn)的繼電器輸出型CPM1A為例。 設(shè)輸入ON延時(shí)為8毫秒 公共處理和I/O刷新時(shí)間為2毫秒 執(zhí)行用戶程序時(shí)間為14毫秒 輸出ON延時(shí)為15毫秒輸入狀態(tài)經(jīng)過(guò)一個(gè)掃描周期后在輸出得到響應(yīng) 最小I/O響應(yīng)時(shí)間輸入狀態(tài)經(jīng)過(guò)兩個(gè)掃描周期后在輸出得到響應(yīng) 最大I/O響應(yīng)時(shí)間第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè) 最小I/O響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算最小I/O響應(yīng)時(shí)間 = 輸入ON延時(shí) + （公共處理 + I/O刷新時(shí)間） + 執(zhí)行程序時(shí)間 + 輸出ON延時(shí) = 8 + 2 + 14 + 15 = 39 ms輸入觸點(diǎn)輸入濾波輸出鎖存輸出觸點(diǎn)刷新執(zhí)行程序其他刷新執(zhí)行程序其他 掃描周期(Ts) 掃描周期(Ts)輸入ON延時(shí)輸出ON延時(shí)I/O響應(yīng)時(shí)間第2部分 PLC軟硬件組成及工作原理PLC精品課程建設(shè)輸入ON延時(shí)最大I/O響應(yīng)時(shí)間 = 輸入ON延時(shí)+ (公共處理+ I/O刷新+執(zhí)行程序)2 + 輸出ON延時(shí) = 8 +（2 +14） 2 + 15 = 55