第二章 PLC的组成及原理.ppt

第二章、PLC的组成及原理,可编程控制器的组成可编程控制器的原理,,PLC的组成,PLC实质上是一种工业计算机，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言，因此PLC与计算机的组成十分相似。PLC组成中央处理器（CPU）存储器输入单元输出单元电源通信接口编程设备,PLC的组成,电源模块,编程设备,,,,,,,,,,,通讯模块等其他智能模块,,PLC的组成,按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。整体式PLC是将中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体以构成主机。组合式PLC是将CPU、输入单元、输出单元、存储器、电源、通信接口等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过地板上的总线相互联系。,PLC的基本组成1,机架,电源,存储器（系统，用户，数据）,PLC的基本组成2,CPU模块可编程序控制器的核心,由微处理器和存储器组成微处理器1系统自检和初始化2接收来自编程设备的用户程序和数据3对设备的状态和用户程序进行诊断4运行用户程序5实现与外部设备的通讯一般用处理器的处理速度和I/O能力来说明,PLC的基本组成3,存储器1系统存储器ROM,FlashROM用于存储操作系统程序用户指令解释程序编译程序系统诊断程序通讯管理程序不可以修改2用户存储器RAM,EPROM,EEPROM分为用户程序存储器-存储用户程序用户数据存储器-存储运算数据,PLC的基本组成4,输入/输出模块PLC与现场设备连接的接口输入模块用于接收和采集现场设备的输入信号开关量输入模块直流信号24VDC,48VDCTTL信号5VDC交流信号110VAC,220VAC（包括按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等开关量输入）模拟量输入模块直流信号4-20mA,0-5VDC（温度信号、流量信号、压力、物位信号等）,PLC的基本组成5,输出模块用于向执行机构输出控制信号开关量输出模块直流信号24VDC,48VDC交流信号110VAC,220VAC触点信号AC/DC（继电器、接触器、电磁阀、指示灯等）模拟量输出模块直流信号4-20mA,0-5VDC调节阀、调速装置等）,,PLC的基本组成6,特殊模块智能模块热电阻输入Pt铂电阻热电偶输入mV高速计数脉冲输入PI脉冲流量计称重注塑定位模块ASCII/BASIC模块通讯模块ModBus,Profilbus,PLC的基本组成7,编程设备用于输入,检查,修改,调试用户程序.在线监视PLC系统的工作状态,电源模块将交流或直流电源转换成供PLC系统工作的电源通过机架的基板供电外挂式或机架内安装,可编程控制器的组成可编程控制器的原理,,PLC的基本工作原理,PLC是一种工业控制计算机，所以它的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，也就是说PLC也是通过执行反应控制要求的用户程序来实现的。计算机程序中有一种查询工作方式，先查看某一条件是否满足，再决定下一步操作，但PLC查看的条件不止一个，而是多个，按照该查询方式就不能满足要求。因此，PLC采用了“不间断循环顺序扫描”的工作方式，也就是说，CPU从第一条指令开始，顺序逐条地执行用户程序，直到用户程序结束为止，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。,PLC的基本工作原理,第一部分是上电及内部处理，上电后对整个系统进行一些初始化工作，如硬件初始化、I/O模块配置检查、停电保护设定及其它初始化处理。第三部分是诊断及出错处理，PLC每扫描一次，就执行一次自诊断，检查诸如CPU、电池电压、程序存储器、I/O通信是否异常或出错等。如查处错误或异常，CPU面板上的指示灯就会指示，并在特殊寄存器中存入错误代码。若出现致命错误，CPU就会被强制成STOP方式，停止扫描。,上电及内部处理,扫描过程,诊断及出错处理,,,PLC的基本工作原理,输入扫描CPU读入各输入模块的全部输入状态，存放在数据存储器中（输入映象表）程序执行在梯形图中，程序按先左后右、先上后下的顺序执行，进行逻辑判断和算术运算，将结果存入数据存储器（输出映象表）.程序执行期间，输入映象表中的内容保持不变，只在下一个扫描周期的输入扫描阶段才读入输入信号状态输出扫描将输出映象表种的输出信号送至各输出模块，驱动外部设备。,PLC的基本工作原理1,基本工作原理PLC系统在上电并处于运行状态时,开始进行输入扫描输入扫描将输入模块的当前状态读取到CPU的输入映象表中,以备程序扫描,上电及内部处理,输入扫描程序扫描输出扫描,诊断及出错处理,,,,,,,PLC的基本工作原理2,程序扫描CPU从第一条用户程序开始,根据输入映象表,及其他数据状态来确定对外部设备的控制,将控制信息送到输出映象表.输出扫描将输出映象表的状态传送到输出模块,开设下一个扫描周期.,两个扫描,PLC的基本工作原理3,CPU模块,,,输入模块,外部设备,,,,,,输出模块,,外部设备,,,,,输入映象表,,,,,,,,,,,END,,,START,,,,,输出映象表,,,,,,,,,输入扫描,输出扫描,程序扫描,,PLC系统各部件之间的逻辑关系,输入采样阶段输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应单元内。,,一个扫描周期中与用户有关的三阶段,用户程序执行阶段,PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序。在扫描每一条梯形图时，并按先左后右、先上后下的顺序进行逻辑运算，逻辑运算的结果存于映象区。上面的逻辑运算其运算结果会对下面的逻辑运算起作用；相反，下面的逻辑运算其运算结果只能到下一个扫描周期才能对上面的逻辑运算起作用。,输出刷新阶段,当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照存在I/O映象区的运算结果，刷新所有对应的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。,1.3PLC的基本工作原理,扫描周期I/O扫描时间程序执行时间诊断及出错处理时间扫描周期长短与CPU的运算速度、I/O点数、应用程序长短及所用指令有关,PLC的工作特点,所有输入信号在程序处理前统一读入，并在程序处理过程中不再变化。而程序处理的结果也是在扫描周期的最后时段统一输出。其工作特点是将一个连续的过程分解成若干静止的状态，极类似放映电影的原理。便于面向对象的思维。PLC仅在扫描周期的起始时段读取外部输入状态，该时段相对较短，抗输入信号串入的干扰极为有利。这种方式对于高速变化的过程可能漏掉变化的信号，也会带来系统响应的滞后。为克服上述问题，可利用立即输入输出、脉冲捕获、高速计数器或中断技术。,I0.1代表外部的按纽，当按纽动作后，左面的程序只需要一个扫描周期就可完成对M0.4的刷新，而右面的程序要经过四个扫描周期才能完成对M0.4的刷新。在扫描周期极为短的情况下（100ms），无时序配合要求，感觉不到这两段程序执行的的差异。在有时序配合的情况下，这种差异要引起注意。,扫描工作方式对程序执行的影响,循环扫描的工作方式是PLC的一大特点，也是与计算机的工作方式区别之处。PLC的性能指标主要包括存储容量、控制容量、扫描周期、指令功能及软件支持等，同时随着网络技术的迅速发展，PLC的网络与通信能力也越来越受到关注。,小结,电机启动方式－定子绕组串电阻,电机启动方式－星三角,