可编程控制器基本原理.doc

第五章 可编程控制器基本原理 §1 概述 机械设备控制系统构成： 继电器——接触器控制系统 系统简单，成本低，可靠性高，应用广泛，为广大电工所接受 控制功能少（逻辑控制、延时控制），不灵活（硬接线，工艺流程无法随意更改） 故障诊断、维修困难 难以实现网络控制 PLC控制系统 PLC——（Programmable Logic Controller）可编程序控制器，既有继——接系统优点，又有计算机控制特点，是一种专用工业控制装置。 定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为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，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械和生产过程。 1、特点： 抗干扰能力强，可靠性高。（采用无触点电路，高品质的电源模块，采用屏蔽、滤波、隔离等措施；完善的I/O接口；独特的程序运行方式）（抗干扰强度：1000V，10μ s；AC220V±15%，-10~55?C，35~85%RH。环境适应性强。） 控制功能强，柔性好。（逻辑控制、步进、定时/计数、模拟量控制、数据处理、通讯联网；修改程序方便） 编程简单，易学易用（采用近似于继——接线路的梯形图编程语言，指令系统简单。在PLC内部增加了解释程序） 组合灵活，使用方便（为系列产品，可组合成各种规模的控制系统。直接与外部I/O设备相连，接线简单，I/O状态显示清晰，便于调试） 实现联网控制 2、结构： 整机式：一般为小型机（24点，40点，64点等），可扩展。 模块式：分电源模块、CPU模块、输入/输出模块、A/D，D/A模块、通讯模块等， 组合灵活，可组成中型机（128~512点）、大型机（512点）。 3、应用方式： 单机控制系统 多机控制系统（利用PLC通讯功能组成主从站分级控制） 网络控制系统（与计算机共同组成多级控制网络） §2 PLC硬件构成及工作原理 PLC硬件构成 CPU：PLC的核心 功能：接收并存贮用户程序；I/O控制；自诊断（电源、内部工作状态、编程语法）；执行用户程序。 CPU主要采用通用微处理器（Z80、8086、M68000）、单片机（8051、8031、8049）双极型位片式微处理器（AMD2900系列） 存贮器： 系统程序存贮器——存放系统监控、编译、诊断程序，ROM（由厂方固化） 用户程序存贮器——存放用户程序（根据现场控制要求用PLC专用语言编制的程序）， RAM、EPROM，E2PROM 输入/输出组件 输入接口电路——CPU与用户输入设备的连接部件。采集现场开关接点的状态信号；并转换成标准逻辑电平，送CPU处理；带光电隔离，实现电气隔离，避免强电侵入。（信号采样、电平转换、电气隔离） 直流输入单元电路 交流输入单元电路 开关接点的“通”、“断”信号经光电耦合电路转化为“1”、“0”数据，存放在输入状态寄存器中，每个开关状态占寄存器字中的一位。接通时一般为7mA。 输出接口电路——CPU与用户输出设备的连接部件。输出状态寄存器的信号经输出锁存电路和光电耦合电路转换为不同类型的输出信号，再经功率放大电路驱动外接负载。（信号锁存、功率放大、电气隔离） 晶体管输出接口电路——驱动直流负载 可控硅输出接口电路——驱动交流负载 继电器输出接口电路——驱动交、直流负载 每个输出点的输出电路等效为一个输出继电器，输出信号为“1”，对应输出接点“接通”；输出信号为“0”，对应输出接点“断开”。 用户程序输入设备 编程器——直接输入指令表或梯形图，简单方便，但程序修改、运行监控不方便。 计算机——利用PLC编程软件，进行程序编辑、传送、运行、实时监控、打印以及不同程序间转换等。 PLC工作原理 1、PLC的等效电路 软元件：输入继电器 X 输出继电器 Y 辅助继电器 M 定时器 T 计数器 C 数据寄存器 D 2、PLC工作过程 分三个阶段进行： 输入采样阶段——对输入端口状态进行扫描，并将结果存放在输入状态寄存器器中。 程序执行阶段——按顺序逐行扫描，解释执行程序，所需数据从输入状态寄存器和元素状态 寄存器中读取，执行结果写入相应元素状态寄存器（Y、M、T、C、D……） 输出刷新阶段——把输出状态寄存器内容送给锁存电路，通过功率放大电路，驱动相应端口负载，完成实际输出。 PLC不断重复上述三个阶段，来完成它的工作过程。每重复一次的时间就是一个工作周期（一般为几十ms） I/O响应处理原则 可编程序控制器应用程序 § 1编程概述 PLC编程语言： PLC是专门为工业自动控制而开发的装置。为适应广大电气技术人员和操作维护人员的使用习惯，不采用计算机编程语言，而是采用面向控制过