PLC課件(第2章)

1、PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章概 述 PLCPLC在早期是一種開關邏輯控制裝置，被在早期是一種開關邏輯控制裝置，被稱為可編程序邏輯控制器稱為可編程序邏輯控制器(Programmable (Programmable Logic Controller)Logic Controller)，簡稱，簡稱PLCPLC。 隨著計算機技術和通信技術的發(fā)展，隨著計算機技術和通信技術的發(fā)展，PLCPLC采用微處理器作為其控制核心，它的功能已采用微處理器作為其控制核心，它的功能已不再局限于邏輯控制的范疇。因此，不再局限于邏輯控制的范疇。因此，19801980年年美國電氣制造協(xié)會美國電氣制造協(xié)會(NEMA

2、)(NEMA)將其命名為將其命名為Programmable Controller(PCProgrammable Controller(PC) )，但為避免與，但為避免與個人計算機個人計算機(Personal Computer)(Personal Computer)的簡稱的簡稱PCPC混混淆，習慣上仍將其稱為淆，習慣上仍將其稱為PLCPLC。PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章PLC的定義 國際電工委員會（ IEC）于 1982年11月1985年1月對可編程序控制器作了如下的定義：“可可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用

3、而設計。它采用可編程專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的命順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破鞲鞣N類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則而設計成一個整體，易于擴充功能的原則而設計”。PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章19681968年

4、美國通用汽車公司提出的年美國通用汽車公司提出的替代繼電器替代繼電器控控制系統(tǒng)的新型控制器的制系統(tǒng)的新型控制器的十項指標（十項指標（GMGM十條）十條）： 1） 編程簡單、現(xiàn)場可編程簡單、現(xiàn)場可 修改程序；修改程序； 2）維護方便、采用插）維護方便、采用插 件式結構；件式結構； 3）可靠性高于繼電器）可靠性高于繼電器 控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)； 4）體積小于繼電器控）體積小于繼電器控 制系統(tǒng)；制系統(tǒng)； 5）數(shù)據(jù)可以直接送入）數(shù)據(jù)可以直接送入 計算機；計算機；6）成本可與繼電器系）成本可與繼電器系統(tǒng)競爭；統(tǒng)競爭；7）輸入可為市電；）輸入可為市電；8）輸出可為市電，能）輸出可為市電，能直接驅動電磁閥、交直

5、接驅動電磁閥、交流接觸器等；流接觸器等；9）通用性強、易于擴）通用性強、易于擴展；展；10）用戶存儲器大于）用戶存儲器大于4K。PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章PLC的產生與發(fā)展 PLC的發(fā)展經歷了五個重要時期 ：（1）從產生到）從產生到20世紀世紀70年代初期。年代初期。CPU由中小規(guī)模數(shù)字集成電路組成，存儲器為磁芯存儲器，控制功能比較簡單。 （2）20世紀世紀70年代末期。年代末期。采用CPU微處理器，存儲器采用半導體存儲器，體積減小，數(shù)據(jù)處理能力有很大提高。（3）20世紀世紀70年代末到年代末到80年代中期。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

6、提高。（4）20世紀世紀80年代中期到年代中期到90年代中期。年代中期。超大規(guī)模集成電路促使PLC完全計算機化，CPU已經開始采用32位微處理器。（5）20世紀世紀90年代中期至今。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，可以實現(xiàn)對各種復雜系統(tǒng)的控制。 PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章PLC與繼電接觸器控制系統(tǒng)的比較 1靈活性和擴展性 極佳2可靠性高和可維護性好3控制速度快和穩(wěn)定性高4延時的可調性好與精度高5設計與施工周期短，調試修改方便6性能價格比高 PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章PLC與計算機控制系統(tǒng)的比較 1、PLC系統(tǒng)采用功能模塊的結構形

7、式，系統(tǒng)的組合性好。2、PLC系統(tǒng)采用掃描方式工作，有利于順序邏輯控制的實施 。3、PLC系統(tǒng)是分散的自治系統(tǒng)，把危險和功能分散，實現(xiàn)分散綜合的控制結構。4、 PLC適應惡劣工業(yè)應用環(huán)境，工業(yè)用微機的耐環(huán)境水平無論是在硬件還是在軟件上都無法和PLC相比。5、PLC程序設計簡單，易學易懂易維護，更適合工程技術人員 。PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章PLC的基本組成PLC主要由CPU模塊、輸入/輸出模塊、電源模塊和外部設備組成 PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章輸出設備輸出設備輸入設備輸入設備 I/OI/O擴展擴展 單元單元 特殊功特殊功 能單元能單元主機主機輸出單元輸出單元輸入

8、單元輸入單元 電電 源源外設接口外設接口I/O/O擴擴展展口口存存 儲儲 器器 系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序 存儲器存儲器 C P U 用戶程序用戶程序 存儲器存儲器盒式磁帶機盒式磁帶機打印機打印機EPROMEPROM寫入器寫入器 上位計算機上位計算機 PLCPLC編程器編程器可編程終端可編程終端PTPT 整體式整體式 PLC的基本組成框圖的基本組成框圖PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章 組合式組合式 PLC的基本組成框圖的基本組成框圖 系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線通信單元通信單元 控控 制制 系系 統(tǒng)統(tǒng) 現(xiàn)現(xiàn) 場場 過過 程程CPU單元單元輸出單元輸出單元 編程器編程器PLC或或上位計算機上位計算機智

9、能智能I/O單元單元輸入單元輸入單元PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章 輸入、輸出接口：輸入、輸出接口：采用光電隔離，實現(xiàn)了采用光電隔離，實現(xiàn)了PLC的內部電的內部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。輸出接口作用：輸出接口作用：將主機向外輸出的信號轉換成可以驅動外將主機向外輸出的信號轉換成可以驅動外部執(zhí)行電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷部執(zhí)行電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計算機與外部強電隔離。電；另外輸出電路也使計算機與外部強電隔離。輸出三種形式：輸出三種形式：繼電器繼電器 - 低速大功率低速大功率 可

10、控硅可控硅 - 高速大功率高速大功率 晶體管晶體管 - 高速小功率高速小功率輸入接口作用：輸入接口作用：將按鈕、行程開關或傳感器等產生的信號，將按鈕、行程開關或傳感器等產生的信號，轉換成數(shù)字信號送入主機。轉換成數(shù)字信號送入主機。PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章（1）輸入接口電路：）輸入接口電路：采用采用光電耦合器，防止強電干擾。光電耦合器，防止強電干擾。COM光電三極管光電三極管發(fā)光二極管發(fā)光二極管直流電源直流電源輸入端子輸入端子+PLCIn+24V發(fā)光二極管發(fā)光二極管PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章 直流輸入電路直流輸入電路COM+5VLEDSR3R1AR2CT 內內 部

11、部 電電 路路濾波濾波 光電耦合光電耦合 外部開關外部開關 輸入點的輸入點的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 輸入點輸入點 公共端公共端 PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章 交流輸入電路交流輸入電路LED+5VAR2COMSCR1 內內 部部 電電 路路R3濾波濾波 光電耦合光電耦合 輸入點的輸入點的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 外部開關外部開關 輸入點輸入點 PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章繼電器輸出繼電器輸出（2）輸出接口電路：）輸出接口電路：以以繼電器形式為例繼電器形式為例：PLC內內部部電電路路內內部部電電路路K+交流電源或交流電源或直流電源直流電源QCOM-PLC原理及應用原理及應用 第第2

12、2章章 晶體管輸出電路晶體管輸出電路COMT2LEDDFU+5V內內 部部 電電 路路T1R1R2R3負載負載光電耦合光電耦合 輸出點的輸出點的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 公共端公共端 輸出點輸出點 PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章 晶閘管輸出電路晶閘管輸出電路COMLEDR2 C TFU內內 部部 電電 路路R1負載負載光電耦合光電耦合 輸出點的輸出點的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 公共端公共端 輸出點輸出點 PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章 繼電器輸出電路繼電器輸出電路COMLED K R內內 部部 電電 路路負載負載輸出點的輸出點的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 繼電器繼電器 機械機械觸點觸點 公共端公

13、共端 輸出點輸出點 PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章用戶程序的循環(huán)掃描過程 1） 輸入采樣 PLC在系統(tǒng)程序控制下，以掃描方式順序讀輸入端口的狀態(tài)（如開關的接通或斷開），并寫入輸入狀態(tài)寄存器，此時輸入狀態(tài)寄存器被刷新。接著轉入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內容也不會改變。輸入狀態(tài)的改變只能在下一個掃描周期輸入采樣到來時，才能重新讀入。2） 程序執(zhí)行 PLC按照梯形圖先左后右、先上后下的順序，掃描執(zhí)行每一條用戶程序。執(zhí)行程序時所用的輸入變量和輸出變量，是在相應的輸入狀態(tài)寄存器和輸出狀態(tài)寄存器中取用，運算的結果寫入輸出狀態(tài)寄存器。3）輸出刷新 將輸出

14、狀態(tài)寄存器的內容傳送給輸出端口，驅動輸出設備，這才是PLC的實際輸出。PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章輸入、輸出延遲響應 由于由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，而且采用循環(huán)掃描的工作方式，而且對輸入對輸入/輸出信號只在每個掃描周期的固定時間輸出信號只在每個掃描周期的固定時間集中輸入集中輸入/輸出，所以必然會產生輸出信號相對輸出，所以必然會產生輸出信號相對輸入信號的滯后現(xiàn)象。輸入信號的滯后現(xiàn)象。 輸入輸入/輸出滯后響應又稱系統(tǒng)響應時間，是輸出滯后響應又稱系統(tǒng)響應時間，是指指PLC的外部輸入信號發(fā)生變化到它控制的有的外部輸入信號發(fā)生變化到它控制的有關外部輸出信號發(fā)生變化的時間間隔。關外部

15、輸出信號發(fā)生變化的時間間隔。 它由它由輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式產生的滯后時間時間和因掃描工作方式產生的滯后時間三部分三部分組成。組成。 PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章 產生產生I/O滯后現(xiàn)象的原因滯后現(xiàn)象的原因 PLC的的I/O滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象（1） 由于由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。采用循環(huán)掃描的工作方式。 PLC只在每個掃描周期的只在每個掃描周期的I/O刷新階段集中輸入刷新階段集中輸入/輸輸出，導致輸出信號相對輸入信號滯后。出，導致輸出信號相對輸入信號滯后。（2 2） 輸入濾波器對信號的延遲作用。輸入濾波器對信號的

16、延遲作用。濾波器時間常數(shù)越大，對輸入信號的延遲作用越強。濾波器時間常數(shù)越大，對輸入信號的延遲作用越強。有的有的PLCPLC其輸入電路濾波器的時間常數(shù)可以調整。其輸入電路濾波器的時間常數(shù)可以調整。PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章輸出輸出ON延時。延時。 （3） 輸出繼電器的動作延遲（繼電器輸出型輸出繼電器的動作延遲（繼電器輸出型PLC）從輸出鎖存器從輸出鎖存器ON、到輸出觸點、到輸出觸點ON經歷一定時間經歷一定時間 （4） 用戶程序的長短及語句編排。用戶程序的長短及語句編排。要求有較快響應的場合要求有較快響應的場合最好不要使用最好不要使用繼電器輸出型繼電器輸出型PLC。 I/O滯后現(xiàn)象

17、，對慢速控制系統(tǒng)影響不大。滯后現(xiàn)象，對慢速控制系統(tǒng)影響不大。要求快速響應的場合，需要解決要求快速響應的場合，需要解決I/O速度問題。速度問題。PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章輸入、輸出延遲響應 輸入電路濾波時間，它由輸入電路濾波時間，它由RC濾波電路的時間常數(shù)決定。濾波電路的時間常數(shù)決定。改變時間常數(shù)可調整輸入延遲時間。改變時間常數(shù)可調整輸入延遲時間。 PLC循環(huán)掃描的工作方式循環(huán)掃描的工作方式 用戶程序中語句的安排用戶程序中語句的安排 PLC對輸入采樣、輸出刷新的集對輸入采樣、輸出刷新的集中處理方式中處理方式 輸出電路的滯后時間，它與輸出電路的輸出方式有關。輸出電路的滯后時間，它與

18、輸出電路的輸出方式有關。繼電器輸出方式的滯后時間為繼電器輸出方式的滯后時間為10ms左右；雙向晶閘管輸出左右；雙向晶閘管輸出方式，在接通負載時滯后時間約為方式，在接通負載時滯后時間約為1ms，切斷負載時滯后時，切斷負載時滯后時間小于間小于10ms；晶體管輸出方式的滯后時間小于；晶體管輸出方式的滯后時間小于1ms。PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章CPU讀輸入讀輸入輸入輸出延遲時間最短響應時間輸入輸入/輸出輸出刷新時間刷新時間最短響應時間=輸入延遲時間+一個掃描周期+輸出延遲時間PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章CPU讀輸入讀輸入輸入輸入/輸出輸出刷新時間刷新時間最長響應時間=輸入延遲時間+兩個掃描時間+輸出延遲時間輸入輸出延遲時間最短響應時間PLC原理及應用原理及應用 第第2 2章章 I/O響應時間的估算響應時間的估算 以以20點的繼電器輸出型點的繼電器輸出型CPM1A為例。為例。 設輸入設輸入ON延時為延時為8毫秒毫秒 公共處理和公共處理和I/O刷新時間為刷新時間為2毫秒毫秒 執(zhí)行用戶程序時間為執(zhí)行用戶程序時間為14毫秒毫秒 輸出輸出ON延時為延時為15毫秒毫秒輸入狀態(tài)經過一個掃描周期后在輸出得到響應輸入狀態(tài)經過一個掃描周期后在輸出得到響應 最小最小I/O響應時間