PLC的硬件组成与结构教案.pptx
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1、会计学1PLC的硬件组成与结构的硬件组成与结构2Theory and Application of PLC本章内容提纲本章内容提纲本章内容提纲本章内容提纲PLC的基本结构组成 典型PLC产品介绍2.12.22.3 PLC的I/O模块及外设2.4PLC的工作原理第1页/共41页3Theory and Application of PLCPLCPLC的基本组成的基本组成的基本组成的基本组成l l 第2页/共41页4Theory and Application of PLC图2-2第3页/共41页5Theory and Application of PLCn n整体式整体式PLC的的实物图实物图第4
2、页/共41页6Theory and Application of PLC4-3第5页/共41页7 Theory and Application of PLC模块式PLC的实物图第6页/共41页8Theory and Application of PLCPLCPLC的基本组成的基本组成的基本组成的基本组成CPUCPUn n CPUCPU是是是是PLCPLC控制系统的运算及控制中心控制系统的运算及控制中心控制系统的运算及控制中心控制系统的运算及控制中心,其主,其主,其主,其主要完成如下任务:要完成如下任务:要完成如下任务:要完成如下任务:n n (1 1)接收与存储接收与存储接收与存储接收与存储来
3、自编程器的用户程序和数据。来自编程器的用户程序和数据。来自编程器的用户程序和数据。来自编程器的用户程序和数据。n n (2 2)用)用)用)用扫描方式接收扫描方式接收扫描方式接收扫描方式接收输入设备的状态(即开关量输入设备的状态(即开关量输入设备的状态(即开关量输入设备的状态(即开关量信号)和数据(即模拟量信号),并存入信号)和数据(即模拟量信号),并存入信号)和数据(即模拟量信号),并存入信号)和数据(即模拟量信号),并存入映射存储映射存储映射存储映射存储区区区区。n n (3 3)监控监控监控监控存储和通信状态、诊断电源、存储和通信状态、诊断电源、存储和通信状态、诊断电源、存储和通信状态、
4、诊断电源、PLCPLC内部内部内部内部电路的工作故障,编程中的语法错误电路的工作故障,编程中的语法错误电路的工作故障,编程中的语法错误电路的工作故障,编程中的语法错误n n (4 4)执行用户程序,)执行用户程序,)执行用户程序,)执行用户程序,输出控制信号。输出控制信号。输出控制信号。输出控制信号。n n (5 5)与外部设备或计算机通信。)与外部设备或计算机通信。)与外部设备或计算机通信。)与外部设备或计算机通信。第7页/共41页9Theory and Application of PLCn n不同不同PLC的的CPU:n n小型小型PLC采用采用8位或单片机;位或单片机;n n中型中型P
5、LC采用采用16位或单片机;位或单片机;n n大型大型PLC多用多用双极性位片机双极性位片机。双极性位片机双极性位片机通过并行联结构成任意字长的中央处理单通过并行联结构成任意字长的中央处理单元的大规模集成电路。可包含元的大规模集成电路。可包含2 2位、位、4 4位或更多位数的中央处位或更多位数的中央处理单元所需的基本部件。适用于理单元所需的基本部件。适用于大型计算机的中央处理单元大型计算机的中央处理单元和要求实现高速实时信号处理的各种专用处理器和要求实现高速实时信号处理的各种专用处理器。采用快速的双极性晶体管集成电路;而单片机通常采用MOS集成电路。第8页/共41页10Theory and A
6、pplication of PLCPLCPLC的基本组成的基本组成的基本组成的基本组成存储器存储器存储器存储器n nPLC内部存储器的种类内部存储器的种类(存储原存储原理理):PLC存储器的容量:指存放用户应用程序的存储器容量,中小型一般在8KB以下,大型可达256KB以上;可扩充;ROM 随机只读存储器 EPROM紫外线可擦除 EEPROM电可擦除RAM随机读写存储器,用锂电池供电,断电维持第9页/共41页11Theory and Application of PLCPLCPLC的基本组成的基本组成的基本组成的基本组成存储器存储器存储器存储器系统存储器用户存储器系统程序存储器内部工作状态存储
7、器用户程序存储器数据存储器存放PLC运行中的各种数据。如I/O状态、定时值、计数值、模拟量、各种状态标志的数据。一般用RAM(有后备电池),但用户程序调试好后可固化在EPROM或E2PROM中。CPU的临时存储区,快速访问的少量临时数据,节省时间。使用EPROM,用于存放系统程序和指令 第10页/共41页12Theory and Application of PLCPLCPLC的基本组成的基本组成的基本组成的基本组成I/OI/O接口接口接口接口n n 工业控制的特殊性要求工业控制的特殊性要求工业控制的特殊性要求工业控制的特殊性要求I/OI/O接口能够实现各种信号的接口能够实现各种信号的接口能够
8、实现各种信号的接口能够实现各种信号的电电电电平和格式转换,多样化,并具有较强的抗干扰能力和可平和格式转换,多样化,并具有较强的抗干扰能力和可平和格式转换,多样化,并具有较强的抗干扰能力和可平和格式转换,多样化,并具有较强的抗干扰能力和可靠性靠性靠性靠性。n n 用于接收现场的输入信号用于接收现场的输入信号用于接收现场的输入信号用于接收现场的输入信号(如按钮、行程开关、传感(如按钮、行程开关、传感(如按钮、行程开关、传感(如按钮、行程开关、传感器等的输入信号);器等的输入信号);器等的输入信号);器等的输入信号);输出控制信号,直接或间接地控制或输出控制信号,直接或间接地控制或输出控制信号,直接
9、或间接地控制或输出控制信号,直接或间接地控制或驱动现场生产设备驱动现场生产设备驱动现场生产设备驱动现场生产设备(如信号灯、接触器、电磁阀等)(如信号灯、接触器、电磁阀等)(如信号灯、接触器、电磁阀等)(如信号灯、接触器、电磁阀等)n n n n PLC PLC提供了各种操作电平与驱动能力的提供了各种操作电平与驱动能力的提供了各种操作电平与驱动能力的提供了各种操作电平与驱动能力的I/OI/O模块,以及模块,以及模块,以及模块,以及各种用途的各种用途的各种用途的各种用途的I/OI/O组件供用户选用,组件供用户选用,组件供用户选用,组件供用户选用,包括输入包括输入包括输入包括输入/输出电平转换;输出
10、电平转换;输出电平转换;输出电平转换;电气隔离;串电气隔离;串电气隔离;串电气隔离;串/并行转换数据传送;并行转换数据传送;并行转换数据传送;并行转换数据传送;A/DA/D、D/AD/A转换;误转换;误转换;误转换;误码校验;其他特殊功能模块码校验;其他特殊功能模块码校验;其他特殊功能模块码校验;其他特殊功能模块 等等等等。I/OI/O接口接口是是PLCPLC与生产现场设备直接连接的桥梁与生产现场设备直接连接的桥梁。第11页/共41页13Theory and Application of PLCPLCPLC的基本组成的基本组成的基本组成的基本组成电源电源电源电源内部电源内部电源开关式稳压电源,
11、开关式稳压电源,供供PLC内部使用。内部使用。n n 与普通电源相比,这种电与普通电源相比,这种电源输入电压范围宽、稳定性好、源输入电压范围宽、稳定性好、抗干扰能力强、体积小、重量轻;抗干扰能力强、体积小、重量轻;有些机型还可向外提供有些机型还可向外提供24VDC的的稳压电源,用于对外部传感器供稳压电源,用于对外部传感器供电。电。外部电源外部电源可用一般工业电源,可用一般工业电源,或锂电池(备用电池),使内部或锂电池(备用电池),使内部电源故障时内部重要数据不致丢电源故障时内部重要数据不致丢失。失。第12页/共41页14Theory and Application of PLCPLCPLC的基
12、本组成的基本组成的基本组成的基本组成编程器编程器编程器编程器n n 编程器是编程器是PLC最重要的外部最重要的外部设备。利用编程器可编制用户设备。利用编程器可编制用户程序、输入程序、检查程序、程序、输入程序、检查程序、修改程序和监视修改程序和监视PLC的工作状的工作状态。态。简易型PLC-小型PLC上,只能联机编程,需将梯形图程序转化为语句表程序才能送入PLC中。智能型编程器-又称图形编程器,可直接输入梯形图程序。可联机亦可脱机编程。用于大中型PLCPC机?第13页/共41页15Theory and Application of PLC本章内容提纲本章内容提纲本章内容提纲本章内容提纲PLC的基
13、本组成及其原理 典型PLC产品介绍2.12.22.3 PLC的I/O模块及外设2.4PLC的工作原理第14页/共41页16Theory and Application of PLCPLCPLC的工作原理的工作原理的工作原理的工作原理uuPLCPLCPLCPLC实质上是一种实质上是一种实质上是一种实质上是一种工业控制专用工业控制专用工业控制专用工业控制专用的计算机的计算机的计算机的计算机uu其结构原理与计算机相似,皆有其结构原理与计算机相似,皆有其结构原理与计算机相似,皆有其结构原理与计算机相似,皆有软硬件系统软硬件系统软硬件系统软硬件系统两部分构成两部分构成两部分构成两部分构成uu具有比微机具
14、有比微机具有比微机具有比微机更强的更强的更强的更强的与工业过程之间的接口,与工业过程之间的接口,与工业过程之间的接口,与工业过程之间的接口,更适合于更适合于更适合于更适合于控控控控制要求的编程语言和开发工具包制要求的编程语言和开发工具包制要求的编程语言和开发工具包制要求的编程语言和开发工具包uu控制功能是通过执行反映控制要求的控制功能是通过执行反映控制要求的控制功能是通过执行反映控制要求的控制功能是通过执行反映控制要求的用户程序用户程序用户程序用户程序来实现来实现来实现来实现uu用户程序通过用户程序通过用户程序通过用户程序通过编程器编程器编程器编程器预先写入存储器中,由预先写入存储器中,由预先
15、写入存储器中,由预先写入存储器中,由CPUCPUCPUCPU采用采用采用采用循循循循环扫描环扫描环扫描环扫描的工作方式来执行。的工作方式来执行。的工作方式来执行。的工作方式来执行。uu每一扫描周期中采用每一扫描周期中采用每一扫描周期中采用每一扫描周期中采用分时操作原理分时操作原理分时操作原理分时操作原理,一个时刻执行一个,一个时刻执行一个,一个时刻执行一个,一个时刻执行一个操作,所有操作按顺序进行,采用串行工作方式。操作,所有操作按顺序进行,采用串行工作方式。操作,所有操作按顺序进行,采用串行工作方式。操作,所有操作按顺序进行,采用串行工作方式。第15页/共41页17Theory and Ap
16、plication of PLCPLCPLC的工作过程的工作过程的工作过程的工作过程初始化操作周期扫描各编程元件清零或复位;检查I/O连接是否正确;启动WDT T0监控系统的检查检查硬件和用户程序,CPU故障灯指示顺序逐条扫描处理,WDT监控操作人员介入、设备中断、网络通信、与编程器信号交换自诊断操作输入采样执行用户程序处理外设请求输出刷新第16页/共41页18Theory and Application of PLC第17页/共41页19Theory and Application of PLC循环扫描中循环扫描中PLC的的信号处理过程信号处理过程CPUInputoutput第18页/共41
17、页20Theory and Application of PLC几个重要概念几个重要概念n n输入采样输入采样输入采样输入采样指指指指PLCPLC在程序执行前,所有外部输入在程序执行前,所有外部输入在程序执行前,所有外部输入在程序执行前,所有外部输入信号经输入缓冲器读入(存入)到输入映像存储器信号经输入缓冲器读入(存入)到输入映像存储器信号经输入缓冲器读入(存入)到输入映像存储器信号经输入缓冲器读入(存入)到输入映像存储器中的过程。中的过程。中的过程。中的过程。输出刷新输出刷新指指CPUCPU在执行完所有用户程序后(或下次在执行完所有用户程序后(或下次扫描用户程序前)将扫描用户程序前)将输出映
18、像存储器的内容由输出锁存输出映像存储器的内容由输出锁存器送到输出端子去的过程器送到输出端子去的过程。扫描扫描扫描是一个用来描述扫描是一个用来描述CPUCPU如何完成赋予它的各如何完成赋予它的各种任务的形象性术语种任务的形象性术语 。用户程序是由若干条指令组成,。用户程序是由若干条指令组成,指令在存储器内是按顺序排列的,则指令在存储器内是按顺序排列的,则CPUCPU采用分时操作采用分时操作原理,从第一条指令开始顺序地逐条执行的过程。原理,从第一条指令开始顺序地逐条执行的过程。扫描周期扫描周期CPUCPU从第一条指令开始,扫描完所有指令从第一条指令开始,扫描完所有指令后又返回第一条指令所需要的时间
19、。后又返回第一条指令所需要的时间。第19页/共41页21Theory and Application of PLCCPUCPU的周期扫描机制的周期扫描机制的周期扫描机制的周期扫描机制n n CPU CPU CPU CPU周而复始的循环扫描执行系统规定的操作称为周而复始的循环扫描执行系统规定的操作称为周而复始的循环扫描执行系统规定的操作称为周而复始的循环扫描执行系统规定的操作称为PLCPLCPLCPLC的周期扫描机制。其工作周期的大小由所完成的具体的周期扫描机制。其工作周期的大小由所完成的具体的周期扫描机制。其工作周期的大小由所完成的具体的周期扫描机制。其工作周期的大小由所完成的具体操作、用户程
20、序长短及扫描速度有关,典型为操作、用户程序长短及扫描速度有关,典型为操作、用户程序长短及扫描速度有关,典型为操作、用户程序长短及扫描速度有关,典型为1 1 1 1 100ms100ms100ms100ms.优点:优点:n n方便程序设计,提高方便程序设计,提高PLCPLC可靠性。可靠性。n n系统自行管理外围设备,技术人员只需关心用户程序;系统自行管理外围设备,技术人员只需关心用户程序;n n对对I/OI/O信号统一操作,避免了逻辑混乱信号统一操作,避免了逻辑混乱n n设置设置WDTWDT监视扫描时间,及时发现故障。监视扫描时间,及时发现故障。缺点缺点:(1 1)CPUCPU的某些固定窗口服务
21、,使工作周期不可能无限缩短;的某些固定窗口服务,使工作周期不可能无限缩短;(2 2)造成)造成PLCPLC的的I/OI/O响应滞后问题。响应滞后问题。第20页/共41页22Theory and Application of PLCn n本节内容要求:本节内容要求:n n1、概念:、概念:扫描;循环周期扫扫描;循环周期扫描;分时操作;描;分时操作;n n 输入采样;输出刷输入采样;输出刷新新n n2、PLC系统的工作过程系统的工作过程n n3、PLC循环周期扫描机制的优循环周期扫描机制的优缺点?缺点?n n4、继电器控制系统和、继电器控制系统和PLC控制控制系统工作原理的区系统工作原理的区 n
22、n 别?别?n n5、如何克服、如何克服PLC的输入响应滞的输入响应滞后问题?后问题?第21页/共41页23Theory and Application of PLC本章内容提纲本章内容提纲本章内容提纲本章内容提纲PLC的基本组成及其原理 典型PLC产品介绍2.12.22.3 PLC的I/O模块及外设2.4PLC的工作原理第22页/共41页24Theory and Application of PLCPLCPLC的的的的I/OI/O接口接口接口接口数字量I/O模块模拟量I/O模块数字量输入模块数字量输出模块模拟量输入模块模拟量输出模块直流、交流、交直流、无源直流、交流、交直流、无源 继电器型(
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