PLC基本結構及工作原理

1、第五章 PLC基本結構及工作原理,2.1 概述,設計思想：吸取繼電器和計算機兩者的優(yōu)點 繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復雜、不易更改、查找和排除故障困難，對生產(chǎn)工藝變化的適應性差，但簡單易懂、價格便宜； 計算機功能強大、靈活（可編程）、通用性好，但編程困難； 采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。（梯形圖）,2.1 概述,70年代初期： 僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller） 70年代中期： 微處理器技術應用到PLC中，使P

2、LC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能 80年代以后：隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能。 現(xiàn)在.可編程自動化控制器 （Programmable Automation Controller， PAC/PC）,2.1 概述,被稱為現(xiàn)代工業(yè)控制的四大支柱之一 PLC 機器人 CAD/CAM 數(shù)控機床 是一種工業(yè)控制裝置 區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng) 區(qū)別于傳統(tǒng)控

3、制裝置,2.1 概述,IEC 1987年對可編程控制器定義如下： 可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)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指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。,2.1 概述,PLC三大流派 歐洲：西門子（Siemens）； 法國的TE（Telemecanique） 美國：A-B（Allen-Bradly）、GE（General Electric） 日本：三菱電機（Mitsubishi Electric）、 歐姆龍（OMRON）、 FUJI 韓國、臺灣等PL

4、C產(chǎn)品,選用PLC,2004年國內(nèi)市場,FX-PLC,FX1S / FX1N/FX 2N,微型機,AnS,大中型機,S7-200,S7-300,S7-300,S7-400,微型機,中型機,大型機,C,SP,C200H,CS,2.2 PLC的基本結構,PLC控制與繼電接觸控制區(qū)別,PLC控制程序并不能替代整個控制系統(tǒng)的輸入和輸出部件，如輸入部件行程開關、按鈕等，輸出部件接觸器，電磁換向閥，信號燈等，這些輸入輸出部件需接在PLC的輸入輸出接線端子上，而PLC程序是用來實現(xiàn)輸入部件與輸出部件間的控制邏輯的，即輸入部件采取了什么動作命令，通過控制邏輯，輸出部件執(zhí)行什么樣的操作。但是在傳統(tǒng)繼電接觸控制系

5、統(tǒng)中，只起控制邏輯的部件，如該例的中間繼電器KA和時間繼電器KT，PLC軟件程序就可替代它們，完成其控制邏輯。,三菱FX-2N系列PLC內(nèi)部的等效電路,“PLC的輸入輸出部分與繼電接觸控制系統(tǒng)的大致相同，PLC的控制部分用微處理器和存儲器取代了繼電器控制邏輯線路，其控制作用是通過用戶軟件來實現(xiàn)的。”,對比,Y0,輸入繼電器的狀態(tài)惟一地取決于外部輸入信號,如果輸入繼電器X002外接的是熱繼電器KH的觸頭是常閉觸頭而不是常開觸頭，梯形圖中與Y0串聯(lián)的X002的觸點還用常閉觸點就錯了。為啥？當電動機沒有過載時，熱繼電器KH的常閉觸頭不動作，X002的線圈得電，X002常閉觸點是斷開的，Y0線圈是失電

6、的，與Y0相連的接觸器KM線圈不得電，KM的3個常開主觸頭也是常態(tài)斷開，電機不轉(zhuǎn)。不對??！當電機沒有過載時，電機是一直停止的，應該是電機過載時，電機停下來。如何修正呢？,Y0,建議盡可能用常開觸頭作PLC的輸入信號，這樣梯形圖的程序表達就與傳統(tǒng)繼電接觸控制電路的表達習慣一致了。例如把左圖的熱繼電器KH的觸頭改成常開觸頭。,輸入繼電器的狀態(tài)惟一地取決于外部輸入信號的狀態(tài)，不可能受到用戶程序的控制，因此在梯形圖中絕對不能出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。 梯形圖中每個輸出軟繼電器Y，都對應了一個輸出硬件模塊，當輸出軟繼電器Y的線圈得電，則對應的輸出硬件模塊僅有的一個“硬件”常開觸頭閉合，使外部負載工作。但是在

7、梯形圖中，每個輸出軟繼電器Y的常開“軟”觸點和常開“軟”觸點都可以多次使用。,Y0, 開關量輸入/輸出接口 常用開關量輸入接口： 輸入接口用來完成輸入信號的引入、濾波及電平轉(zhuǎn)換。輸入接口電路的主要器件是光電耦合器。光電耦合器可以提高PLC的抗干擾能力和安全性能，進行高低電平(24V5V)轉(zhuǎn)換。 常用開關量輸出接口： 繼電器輸出接口： 響應速度慢、動作頻率低，可驅(qū)動交流或直流負載 晶體管輸出接口： 響應速度快、動作頻率高，只能用于驅(qū)動直流負載 晶閘管輸出接口： 響應速度快、動作頻率高， 只能用于驅(qū)動交流負載,2.2 PLC的基本結構 - I / O 接口, 模擬量輸入/輸出接口 模擬量輸入接口（

8、A/D接口） 分辨率（8位、10位、12位等）、量化誤差、偏移誤差、滿刻度誤差、線性度、精度等 許多PLC還有與熱電阻或熱電偶配套使用的A/D接口 模擬量輸出接口（D/A接口） 分辨率（8位、10位、12位等）、精度、線性度、穩(wěn)定時間等,2.2 PLC的基本結構 - I / O 接口,通信與擴展接口的連接實例,2.2 PLC的基本結構,2.3 PLC性能指標及分類,PLC按結構可分為整體式和模塊式。整體式的PLC具有結構緊湊、體積小，價格低的優(yōu)勢，適合常規(guī)電氣控制。整體式的PLC也稱為PLC的基本單元，在基本單元的基礎上可以加裝擴展模塊以擴大使用范圍。 模塊式是把CPU、輸入接口、輸出接口等做

9、成獨立的單元塊，具有配置靈活、組裝方便的優(yōu)勢，適合輸入輸出點數(shù)差異較大的控制系統(tǒng)。,根據(jù)PLC的I/O點數(shù)，PLC分為小型、中型和大型三類。,1）小型PLC I/O點數(shù)為256點以下的為小型PLC （其中I/O點數(shù)小于64點的為超小型或微型PLC）,2）中型PLC I/O點數(shù)為256點以上、2048點以下的為中型PLC,3）大型PLC I/O點數(shù)為2048以上的為大型PLC （其中I/O點數(shù)超過8192點的為超大型PLC）,這個分類界限不是固定不變的，它隨PLC的發(fā)展而變化。,2.3 PLC性能指標及分類,2.4 PLC的主要應用,(1)開關量邏輯控制。這是PLC最基本的控制，可以取代傳統(tǒng)的繼

10、電器控制系統(tǒng)。 (2)模擬量控制。除了開關量控制以外，PLC還可以接收、處理和控制連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、速度、電壓、電流等。 (3)運動控制。PLC可以控制步進電動機和伺服電動機從而控制機件的運動方向、速度和位置。 (4)多級控制。PLC可以實現(xiàn)與其他PLC、上位計算機互相交換信息，組成自動化控制網(wǎng)絡。,循環(huán)掃描工作方式： 掃描是從第一條程序開始，直到遇到結束符后又返回第一條。如此周而復始不斷循環(huán)。每一周期稱為一個掃描周期。,2.5 PLC工作原理,2.5 PLC工作原理,2.6 FX2N系列PLC基本單元的型號與端子排列2.6.1 FX2N系列PLC基本單元的型號,例如：FX2N-

11、16MR表示為FX2N系列的基本單元，I/O總接口數(shù)為16，繼電器輸出方式。,2.6.2 FX2N系列PLC基本單元的端子排列,(1)電源及輸入端子 L、N、 ：分別接電源相線、中線和接地線。 24+：24V電源正極。為外部傳感器供電。 COM：24V電源負極。接外部傳感器的負極。也稱為輸入信號公共端 X：輸入信號端子。輸入信號接在X端和COM端之間。 。：帶點的端子上不要外接導線，以免損壞PLC。 (2)輸出端子 從圖可以看出，F(xiàn)X2N-16MR采用各路獨立輸出方式。FX2N-32MR和FX2N-48MR采用分組輸出方式。每組輸出公共端按COM1、COM2、COM3的順序編號，輸出各組之間是互相分開的，這樣可以使用多個電壓系列(例如AC220V、DC12V)的負載。 獨立輸出方式和公共端輸出方式如圖所示。,2.7 一個簡單的PLC控制例子,思考題（1）,1、目前哪些公司進口品牌的PLC？ 2