凯发下载PLC的结构与工作原理

原创 2020-04-22 09:27  阅读

  PLC的结构与工作原理_计算机硬件及网络_IT/计算机_专业资料。PLC可编程控制器

  第二章 PLC的结构与工作原理 计算机科学与工程学院 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 2.1 可编程控制器的硬件系统 2.2 可编程控制器的软件及编程语言? 2.3 可编程控制器的工作原理? 2.4 CPM-2A系统配置 2.5 PLC中的几个基本概念 思考题与习题二 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 2.1 可编程控制器的硬件系统 PLC实质上是一种工业控制计算机, 只不过它比一般计算 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 , 故 PLC 与计算机的组成十分相似。从硬件 结构看, 它也有中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O) 接口、电源等, 其硬件结构如图2 - 1所示。 整体式 PLC的基本组成框图 主机 输 入 设 备 输 入 单 元 电 源 输 出 单 元 输 出 设 备 CPU 编程器 盒式磁带机 打印机 EPROM写入器 上位计算机 PLC 可编程终端PT … 外 设 接 口 存 储 器 系统程序 用户程序 存储器 存储器 I/O 扩 展 口 I/O扩展 单元 特殊功 能单元 组合式 PLC的基本组成框图 系统总线 通信单元 智能I/O单元 输出单元 … 输入单元 … CPU 单元 编程器 PLC或 上位计算机 控制系统现场过程 1. CPU单元 CPU指挥PLC完成各种预定的功能 ★ 输入并存储用户程序、显示输入内容和地址; ★ 检查、校验用户程序,发现错误即报警; ★ 执行用户程序、驱动外部输出设备动作; ★ 诊断故障、记忆故障信息并报警。 2. 存储器 系统程序存储器—— 存储系统系统程序 用户程序存储器—— 存储系统用户程序 工作数据存储器—— 存储工作数据 3. 输入/输出单元 PLC与外部设备联系的桥梁 开关量输入单元 直流输入单元 交流输入单元 晶体管输出单元 开关量输出单元 晶闸管输出单元 继电器输出单元 直流输入电路 外部开关 S R1 T C COM R2 → → A R3 输入点 +5V 滤波 内 部 电 路 公共端 输入点的 状态显示 LED 光电耦合 交流输入电路 输入点 外部开关 S R1 T → → LED +5V ~ C COM R2 A R3 滤波 内 部 电 路 输入点的 状态显示 光电耦合 晶体管输出电路 输出点的 状态显示 内 部 电 路 T1 → → LED +5V 光电耦合 输出点 负载 R2 T2 D R1 R3 FU COM 公共端 晶闸管输出电路 输出点的 状态显示 T → → 光电耦合 输出点 负载 内 部 电 路 R2 C ~ COM R1 LED FU 公共端 继电器输出电路 输出点的 状态显示 继电器 机械 触点 输出点 内 部 电 路 J R COM LED 负载 ~ 公共端 4. 电源单元 PLC由开关式稳压电源为内部电路供电 开关电源 输入电压范围宽 体积小 重量轻 抗干扰性能好 有的PLC能向外部提供24V的直流电源 可作为输入单元连接的外部设备的电源 效率高 5. I/O扩展端口 C28P I/O扩展端口 I/O扩展端口 CPM1A的外设端口和I/O扩展端口 I/O扩展端口可以连接的设备举例 I/O扩展单元 A/D转换单元 I/O扩展端口连接扩展器的示意图 连接电缆 I/O扩展器 主机 CPM1A主机与I/O扩展器的连接 6. 外设端口 外设端口 编程器 盒式磁带机 打印机 EPROM写入器 上位计算机 PLC 可编程终端PT … 7. 编程工具 编程器是对PLC进行操作的工具 专用编程器 简易编程器 图形编程器 计算机辅助编程 在装有专用编程软件的计算机上编程 直插式、便携式 显示屏 编程器 主机 运行位 工作方式 选择开关 监控位 编程位 指令键 编辑键 数字键 清除键 工作方式 选择开关 显示屏 CPM1A主机与编程器的连接 CPM1A主机与编程器的连接 专用电缆 PLC 计算机 编程 软件 PLC 计算机 编程 软件 通 信 RS-232电缆 适配器 8. 智能单元 智能单元本身是一个独立的系统 它们有自己的: CPU、系统程序、存储器、与外界相连的接口 对组合式PLC: 智能单元是PLC系统的一个模块 与CPU单元通过系统总线相连接 在CPU单元的协调管理下独立地进行工作 对整体式PLC: 主机通过I/O扩展接口与智能单元连接 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 2.2 可编程控制器的软件及编程语言 2.2.1 PLC的软件系统 1. 系统软件 1) 系统管理程序 2) 用户指令解释程序 3) 标准程序模块和系统调用 2. 用户程序? 2.2.2 PLC的编程语言 梯形图 逻辑功能图 语句表 逻辑方程式 1. 梯形图编程语言 梯形图编程语言是一种图形语言 两种梯形图的继电器符号图对照 物理继电器 线 圈 触 常开 点 常闭 PLC继电器 2. 两种控制的梯形图比较 图示是用 OMRON 公司 CPM1 型机的自保持电路梯形图。这里 01000的触点与启动触点 00000并联。当00000接通, 01000工作 后, 01000线圈可由自己的触点保持。若00001通, 则01000断。 SB1 SB2 KM 线圈 继电器 控 制 KM 00000 常开触点 00001 01000 常闭触点 线. 两种控制中继电器的区别 物理继电器 继电器需硬接线连接 触点个数有限 继电器的接线改变——控制功能改变 PLC继电器 继电器用程序软连接 触点个数无限 PLC的用户程序改变—— 控制功能改变 二、 语句表编程语言 用助记符表示指令的功能 指令语句是PLC用户程序的基础元素 多条指令语句的组合构成了语句表 程序 00000 00001 01000 LD OR AND NOT OUT 00000 01000 00001 01000 01000 梯形图程序 语句表程序 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 2.3 可编程控制器的工作原理 2.3.1 PLC控制系统的等效工作电路? PLC控制系统的等效工作电路可分为三部分 , 即输入部分、 内部控制电路和输出部分。输入部分采集输入信号 , 输出部 分就是系统的执行部件。这两部分与继电器控制电路相同。 内部控制电路通过编程方法实现控制逻辑 , 用软件编程代替 继电器电路的功能。其等效工作电路如图5 - 4所示。 ? 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 图 2 - 4 PLC控制系统的等效工作电路 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 5.3.2 扫描工作方式? 这种分时操作的过程称为CPU对程序的扫描。扫描是一种 形象化的术语, 用作描述CPU是如何完成分配给它的各种任务 的方式。 扫描从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始, 在无中断或跳转控制的情况下,按存储地址号递增的方向顺序 逐条扫描用户程序,也就是顺序逐条执行用户程序, 直到程序 结束。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期, 然后再从头 开始扫描, 并周而复始地重复。 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 5.3.3 PLC的工作过程? PLC的工作过程就是程序执行过程。PLC投入运行后, 便 进入程序执行过程。 它分为三个阶段进行, 即输入采样(或 输入处理)阶段、程序执行(或程序处理)阶段和输出刷新(或 输出处理)阶段, 如图5-5所示。 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 图 2 - 5 PLC程序执行的过程 PLC执行用户程序的过程 00000 00001 01000 用 户 输 入 设 备 输 入 端 子 输 入 电 路 输读 入读 映 像 01000 寄 存 器 写元 件 读映 像 01001 寄 存 写器 输 出 锁 存 器 输 出 电 路 输 出 端 子 用 户 输 出 设 备 I/O刷新 执行用户程序 I/O刷新 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 2.3.4 PLC对输入/输出的处理规则? 总结上面分析的程序执行过程 , 可以得出 PLC 对输入/ 输出的处理规则 , 如图 2-6 所示。对应于图中的数字标号说 明如下: ? 图 2 - 6 PLC对输入/输出的处理规则 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 2.4 OMRON公司CPM2A型机的系统配置 2.4.1 CPM2A型机的系统组成? 用OMRON公司CPM2A型机组成PLC控制系统, 最小配置 为一台基本单元和一台编程器。在整体式PLC中, 输入、输出 继电器的点数及接线端子是固定的。因此 , 首先应当明确哪些 外部端子是可用的。凯发下载 ? 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 2.4.2 通道 所谓通道,在此处泛指信号进入或流出PC的通路,以及信 号在PC内部存放的地点。一般给这些通路或地点赋以编号,称 为通道号。一旦一台PC上的通道号规定下来,用户就必须遵守 其编号规则,这样PC才能正确识别信息,进行工作。事实上, PC真正能识别的是通道号,PC真正操作的是每个通道的数字, 而不是信号本身,正如计算机中外设要有通道号,内存要有地址 一样。 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 PLC中通道可分两大类,一类是外部的输入/输出通道, 简称I/O通道,它对应于PLC机外部的接线端子,直接与PLC 外部的设备打交道,也有人称之为输入/输出继电器。另一类 是内部通道,或称内部继电器,它不直接与外部设备打交道, 而是作为控制其他继电器的数据存储单元或数据处理区,在 功能上相当于继电控制系统的内部继电器,即所谓的“内部 输出”,这类继电器的种类和功能稍复杂一些。 通道分配是指对PLC的每个通道或每个继电器都分配给 一个地址号,以便PLC能够识别。一般PLC都将通道号标注在 相应的接线端子旁,且标明是输入还是输出。凯发下载。 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 2.4.3.CPM2A型机的通道分配 CPM2A型机的通道号由三位十进制组成,在通道号后边再 加两位十进制数就组成了通道中的点地址。例如010是010通道 的通道号,01000则是010通道中第一位的地址。 1) 内部继电器(IR) 内部继电器可以分为三大部分: 000~009共10个通道作为输入通道即输入继电器区,其中 000和001通道用于CPU单元,其余8个通道用于扩展单元。 010~019共10个通道作为输出通道即输出继电器区,其 中010和011通道用于CPU单元,其余8个通道用于扩展单元。 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 020~049和200~227共58个通道928点为内部辅助继电器区。 除了没有实际输入输出端子与之相联系故不能用于实际输入输 出操作外,它的使用与输入输出继电器相同。在输入输出通道 中没有连接I/O设备的点在程序中也可以作为内部继电器应用。 CPM2A的CPU单元有30点、40点和60点三种。I/O点数还可 以通过最多三台扩展单元进行扩展。扩展单元有20点输入输出、 8点输入和8点输出三种类型可供选用。以20点I/O扩展单元为例, 系统扩展后的输入输出通道分配如表2.5.5所示。 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 表2.5.5 CPM2A的I/O及其通道分配 CPU单元 30点I/O 输入18点: 00000~00011 00100~00105 输出12点: 01000~01007 01100~01003 40点I/O 输入24点: 00000~00011 00100~00111 输出16点: 01000~01007 01100~01007 60点I/O 输入36点: 00000~00011 00100~00111 00200~00211 输出24点: 01000~01007 01100~01007 01200~01207 扩展单元 20点I/O 输入12点: 00300~00311 输出8点: 01300~01307 20点I/O 输入12点: 00200~00211 输出8点: 01200~01207 20点I/O 输入12点: 00400~00411 输出8点: 01400~01407 20点I/O 输入12点: 00200~00211 输出8点: 01200~01207 20点I/O 输入12点: 00300~00311 输出8点: 01300~01307 20点I/O 输入12点: 00400~00411 输出8点: 01400~01407 20点I/O 输入12点: 00300~00311 输出8点: 01300~01307 20点I/O 输入12点: 00400~00411 输出8点: 01400~01407 20点I/O 输入12点: 00500~00511 输出8点: 01500~01507 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 2) 特殊继电器(SR) ?228~255共有28个通道。 ?228~231是在CPM1基础上新加的内容 ?232~251通道通常是以通道为单位使用的。 ?除了25200之外,对所有的SR,用户只能使用其状 态而不能改变其状态。 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 表3.4.6 CPM2A为特殊继电器一览表 25401 25402 25406 25407 25500 25501 25502 25503 25504 25505 25506 25507 0.02秒时钟脉冲 负数标志 微分监视完成标志 STEP指令第一行程的第一扫描周期标志 0.1秒时钟脉冲 0.2秒时钟脉冲 1秒时钟脉冲 出错标志ER 进位标志CY 大于标志GR 等于标志EQ 小于标志LE 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 3) 暂存继电器(TR) 暂存继电器用于复杂逻辑梯形图中的分支点暂存, 合理使用可以简化程序。CPM2A共有按TR0~TR7顺序编 号的8个暂存继电器。其具体使用可参阅有关章节。 4) 保持继电器(HR) HR00~HR19共有20个通道320点。用标志HR后的两位数 据表示通道号,再加两位数据指定点号。在程序中的使用方法 同IR,但HR具有断电保持功能。 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 5) 辅助继电器(AR) ?AR00~AR23共有28个通道384点。 ?用户可以通过AR中相应位的状态了解系统的运行 情况 ?如:AR15中为四位BCD的扫描周期当前值,单位 是0.1ms,在系统运行中将不断的自动写入最新周 期值,当运行停止时该通道并不复位,数据仍可以 使用。 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 表3.4.7 CPM2A辅助继电器一览表 地址 AR0208~11 AR0800~03 AR0804 AR0805 AR0806 AR0807 AR0808~11 AR0812 扩展单元连接数 RS–232C通信错误代码* RS–232C错误标志* RS–232C发送允许标志* RS–232C接受完成标志* RS–232C接受溢出标志* 外围设备通信出错码 外围设备通信异常 定义 AR0814 AR0815 外围端口接受完成标志* 外围端口接受溢出标志* AR09 AR1000~15 RS–232C接受计数器* 电源断电次数 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 6) 链接继电器(LR) LR00~LR15共16个通道256点。在PC联网系统中作 为数据交换的接口。在没有联网的系统中也可以作为IR 使用。 7) 定时器/计数器(TIM/CNT) 定时器和计数器在CPM2A中是统一编号的,000~127共 有128个。系统断电时,定时器复位,计数器保持断电前的状 态不变。 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 8) 数据存储区(DM) ?用于存储内部数据,操作中只能以通道为单位,不 能以点为单位 ?通道地址分为三部分:DM0000~DM2447为程序读 写区,用户程序可以自由使用。 ?DM6144~DM6559为只读区,用户不能用程序改写 其中内容。 ?DM6600~DM6655为系统设置区,用来设定各种系 统参数。系统设定区的内容只能用编程器写入,不能 用程序改写。 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 2.5 PLC中的几个基本概念 (1) 继电器:它在PC中也称编程元件,它包括线圈、常开触点和 常闭触点。 常开触点:常用符号为— —,受PC输入开关量或PC内部相应线 圈的控制,当 PC 输入接通或相应的线圈通过电流时,此触点闭合。 常闭触点:常用符号为 ,受控方式与常开触点相同,只是当 PC输入接通或相应线圈通电时,此触点断开。 线圈:PC中也称逻辑线圈,常用符号为—○—,在PC中用它 作为输出元件,以控制外部设备(如电磁阀、接触器、指示灯等); 也可以用来控制PC内部的其他触点,以构成复杂的控制逻辑。 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 (2) 定时器:它的作用与继电器控制中的延时继电器或时间继 电器相同。常见的定时单位有0.1 s、0.2 s、1 s几种,其符号因 型号不同各异。日本立石公司C系列机用下列符号表示: TIM ×× TIM 02 #×××× (定时预置值) #0142 符号 例子 其中圆内“××”表示定时器(TIM)的编号,圆外#号后的 “××××”表示定时预置值,定时时间=定时预置值×定时单位。 例中的定时器为02号,若PC内部规定的定时单位为0.1 s,则定时 时间142×0.1 s=14.2 s。 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 (3) 计数器:它的作用是每当其计数输入端由断开(OFF)到接 通(ON)时,计一个数,即计数器记录的是其输入由断到通的次数。 当计数值与预置值相等时,计数器导通。有的PC(如C40P)计数端 由断到通时,自动减一个数,当计数值由预置值减到0时,计数 器导通,其相应的触点接通或断开,可用来控制其他元件。C系 列PC常用下列符号表示计数器: 计数端—— CP CNT #××××(计数预置值) ×× 复位端—— R 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 (4) 其他元件:如时序器、加法器、编码器、减法器、译 码器等。 上述元件在PC内部都是由软件实现的,并不存在它们的物 理实体,因此常称之为“虚拟元件”或“软元件”。将它们相 互连接构成复杂控制逻辑的过程称为“软连接”,放入PLC后 则是一段程序 (5) 梯形图(Ladder Diagram): 第2 章 可编程控制器的结构及工作原理 思考题与习题二 2-1 PLC的硬件系统由哪些基本部件组成? 各部件的主要 作用是什么?? 2-2 PLC的软件包括几部分?各部分的作用是什么?? 2-3 PLC目前常用的编程语言有哪几种? 各有何特点? 2-4 简述PLC的工作方式及其工作过程。 谢谢! 返回

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