1、1第二章、第二章、PLCPLC的组成及原理的组成及原理l 可编程控制器的组成可编程控制器的组成l MicroLogix1500MicroLogix1500的组成的组成l 可编程控制器的原理可编程控制器的原理3PLCPLC的组成的组成PLC实质上是一种工业计算机,只不过它比一般的计算实质上是一种工业计算机,只不过它比一般的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,因此于控制要求的编程语言,因此PLC与计算机的组成十分与计算机的组成十分相似相似。PLC组成:组成:中央处理器(中央处理器(CPU)存储器存储器 输入单元输
2、入单元 输出单元输出单元 电源电源 通信接口通信接口 编程设备编程设备4PLCPLC的组成的组成电电 源源 模模 块块编程设备编程设备微处理器微处理器存储器存储器CPU CPU 模块模块输入模块输入模块外部设备外部设备输出模块输出模块外部设备外部设备通讯模块等其他智能模块通讯模块等其他智能模块5PLCPLC的组成的组成按按结构形式结构形式的不同,的不同,PLC可分为可分为整体式整体式和和组合式组合式两类。两类。整体式整体式PLC:是将中央处理器(是将中央处理器(CPU)、存储器、输入)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体以构单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体以构成成
3、主机主机。组合式组合式PLC:是将是将CPU、输入单元、输出单元、存储器、输入单元、输出单元、存储器、电源、通信接口等分别做成相应的电路板或模块,、电源、通信接口等分别做成相应的电路板或模块,各模块插在各模块插在底板底板上,模块之间通过底板上的上,模块之间通过底板上的总线总线相互相互联系。联系。6PLCPLC的组成的组成Allen-BradleyAllen-BradleyA-BA-BQualityQualityRUN REM PROGRUN REM PROGLogix5555Logix5555RUNRUNOKOKRS232RS232BATBATI/OI/O ETHERNETRXD TXD OK
4、RXD TXD OK ETHERNETRXD TXD OKRXD TXD OK ETHERNETRXD TXD OKRXD TXD OK处处理理器器通讯通讯 模模 板板I/OI/O 模模 板板I/OI/O 模模 板板机架机架电源电源 ETHERNETRXD TXD OKRXD TXD OK其他其他智能智能模块模块编程器编程器存储器(系统,用户,数据)存储器(系统,用户,数据)输入输入输出输出7PLCPLC的组成的组成 CPUCPU模块模块:可编程序控制器的核心可编程序控制器的核心,由微由微处理器和存储器组成处理器和存储器组成 微处理器微处理器:1)1)系统自检和初始化系统自检和初始化 2)2)
5、接收来自编程设备的用户程序和接收来自编程设备的用户程序和 数据数据 3)3)对设备的状态和用户程序进行诊断对设备的状态和用户程序进行诊断 4)4)运行用户程序运行用户程序 5)5)实现与外部设备的通讯实现与外部设备的通讯一般用处理器的处理速度和一般用处理器的处理速度和I/OI/O能力来说明能力来说明8PLCPLC的组成的组成 存储器存储器:1)1)系统存储器系统存储器(ROM,Flash ROM)ROM,Flash ROM)用于存储用于存储:操作系统程序操作系统程序用户指令解释程序用户指令解释程序编译程序编译程序系统诊断程序系统诊断程序通讯管理程序通讯管理程序不可以修改不可以修改 2)2)用户
6、存储器用户存储器(RAM,EPROM,EEPROM)RAM,EPROM,EEPROM)分为分为:用户程序存储器用户程序存储器-存储用户程序存储用户程序用户数据存储器用户数据存储器-存储运算数据存储运算数据9PLCPLC的组成的组成输入输入/输出模块输出模块:PLCPLC与现场设备连接的接口与现场设备连接的接口 输入模块输入模块:用于接收和采集现场设备的输入信号用于接收和采集现场设备的输入信号 开关量输入模块开关量输入模块:直流信号直流信号:24:24V DC,48V DCV DC,48V DC TTL TTL 信号信号 5 5V DCV DC 交流信号交流信号:110:110V AC,220V
7、 ACV AC,220V AC(包括按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开(包括按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等开关量输入)关、光电开关、数字拨码开关等开关量输入)模拟量输入模块模拟量输入模块:直流信号直流信号:4-20:4-20mA,0-5V DCmA,0-5V DC(温度信号、流量信号、压力、物位信号等)(温度信号、流量信号、压力、物位信号等)10PLCPLC的组成的组成 输出模块输出模块:用于向执行机构输出控制信号用于向执行机构输出控制信号:开关量输出模块开关量输出模块:直流信号直流信号:24:24V DC,48V DCV DC,48V DC
8、 交流信号交流信号:110:110V AC,220V ACV AC,220V AC 触点信号触点信号:AC/DCAC/DC(继电器、接触器、电磁阀、指示灯等)(继电器、接触器、电磁阀、指示灯等)模拟量输出模块模拟量输出模块:直流信号直流信号:4-20:4-20mA,0-5V DCmA,0-5V DC (调节阀、调速装置等)调节阀、调速装置等)11PLCPLC的组成的组成 特殊模块特殊模块:(:(智能模块智能模块)热电阻输入热电阻输入:Pt(Pt(铂电阻铂电阻)热电偶输入热电偶输入:mVmV 高速计数高速计数(脉冲输入脉冲输入)PI PI 称重称重 定位模块定位模块 ASCII/BASIC AS
9、CII/BASIC 模块模块 通讯模块通讯模块 (ModBus,Profilbus)ModBus,Profilbus)12PLCPLC的组成的组成 编程设备编程设备:用于输入用于输入,检查检查,修改修改,调试调试 用户程序用户程序.在线监视在线监视PLCPLC系统的工作状态系统的工作状态 电源模块电源模块:将交流或直流电源转换成供将交流或直流电源转换成供PLCPLC系统工作的电源系统工作的电源(通过机架的基板供电通过机架的基板供电)外挂式或机架内安装外挂式或机架内安装编程器编程器PCPC机机+编程软件编程软件 专用编程器专用编程器Allen-BradleyA-BQualityRUN REM P
10、ROGLogix5555RUNOKRS232BATI/O ETHERNETRXD TXD OK ETHERNETRXD TXD OKRUN REM PROGLogix5555RUNOKRS232BATI/O ETHERNETRXD TXD OK ETHERNETRXD TXD OKl 可编程控制器的组成可编程控制器的组成l MicroLogix1500MicroLogix1500的组成的组成l 可编程控制器的原理可编程控制器的原理MicroLogix 1500MicroLogix 1500 MicroLogix1500MicroLogix1500处理器处理器 CPU,CPU,电源电源,I/OI
11、/O一体化集成结构有一体化集成结构有5 5种种型号可供选择型号可供选择,可带扩展可带扩展I/OI/O内存能力内存能力:7.5:7.5K,14KK,14K字字I/OI/O能力能力:2:2种固定式种固定式 24,28 24,28 I/O,I/O,可扩展可扩展8 8块块 I/OI/O模板模板,最大最大156156点点支持数字量支持数字量,模拟量输入模拟量输入/输出输出,脉冲脉冲,高速计高速计,电位计电位计,PWMPWM输出输出,PIDPID运算运算.处理器处理器,电源电源及集成化及集成化I/O可扩展可扩展I/O可带显示单元可带显示单元MicroLogix 1500MicroLogix 1500 通讯
12、通讯:DH-485,DeviceNet,DH-485,DeviceNet,RS-232(DF1),Modbus RS-232(DF1),Modbus。编程编程:RSLogix500RSLogix500编程软件编程软件 应用应用:1):1)带多点带多点I/OI/O单机控制单机控制 2)2)中小网络系统中的小控制站中小网络系统中的小控制站 3)3)SCADASCADA应用应用目录号目录号:176:1764 4Processors Real-Time Clock and Memory Modules Real-Time Clock and Memory Modules Base Units 基板编号
13、规则基板编号规则Base Units 21Digital I/O Modules-交流模块22DI输入形式(交流 1769-IM12)交流的模块:交流的模块:1769-IA8I1769-IA8I、1769-IA161769-IA16、1769-IM12 1769-IM12 23DI输入形式(交流 1769-IM12与IA8I比较)24DO输出形式(交流 1769-OA8)交流的模块:交流的模块:1769-OA81769-OA8、1769-OA16 1769-OA16 25Digital I/O Modules-直流模块26AI输入模式(直流TTL signal input 1769-IG16)
14、27AI输入模式(直流 sinking or sourcing 1769-IQ16)直流的模块:直流的模块:1769-IQ16F1769-IQ16F、1769-IQ321769-IQ32、1769-IQ32T1769-IQ32T28AO输出模式(直流TTL signal output 1769-OG16)29AO输出模式(直流 sourcing 1769-OB8)直流的模块:直流的模块:1769-OB161769-OB16、1769-OB16P1769-OB16P、1769-OB321769-OB3230AO输出模式(直流 sinking 1769-OV16)直流的模块:直流的模块:1769-
15、OV161769-OV16、1769-OV32T1769-OV32T31触点输出模块32模块:模块:1769-OW8I1769-OW8I、1769-OW161769-OW16、1769-OW81769-OW8触点输出(AC/DC 1769-OW8)33不同形式的直流输入信号如何与PLC连接 直流有源输入信号,一般都是直流有源输入信号,一般都是5V5V、12V12V、24V24V等。而等。而PLCPLC输输入模块输入点的最大电压范围是入模块输入点的最大电压范围是30V30V,但和其他无源开,但和其他无源开关量信号以及其他来源得直流电压信号混合接入关量信号以及其他来源得直流电压信号混合接入PLCP
16、LC输输入点时一定注意电压的入点时一定注意电压的0V0V点一定要连接。点一定要连接。34 PLCPLC的直流电源的容量无法支持过多的负载或者外部检测设备的的直流电源的容量无法支持过多的负载或者外部检测设备的电源不能使用电源不能使用24V24V电源,而必须电源,而必须5V5V、12V12V等。在这种情况下,就必等。在这种情况下,就必须设计外部电源为这些设备提供电源,而且这些设备输出的信号须设计外部电源为这些设备提供电源,而且这些设备输出的信号电压不同电压不同.不同形式的直流输入信号如何与PLC连接Analog I/O Modules36AI输入模式(1769-IF8)37AI输入模式(1769-
17、IF16C)38AI输入模式(1769-IF16V)输入模块:输入模块:1769-IF41769-IF4 、1769-1769-IF4IIF4I 、1769-1769-IF4XOF2IF4XOF2 39AO输出模式(1769-OF4CI)40AO输出模式(1769-OF4VI)输出模块:输出模块:1769-OF21769-OF2 、1769-1769-OF8COF8C 、1769-1769-OF8VOF8V 41AI 输入电路热电偶(1769-IT6)42AI 输入电路热电阻2线制1769-IR643AI 输入电路热电阻3线制1769-IR644AI 输入电路热电阻4线制1769-IR645S
18、pecialty I/O Modules(1769-HSC)Differential Encoder Wiring46Single-Ended Encoder Wiring Specialty I/O Modules(1769-HSC)47DeviceNet I/O Adapter Module 1769-ADN 48Wiring Systems49Communication50Communication注意:注意:Micrologix 1500Micrologix 1500不具备以太网通信,但加上不具备以太网通信,但加上1761-NET-ENI1761-NET-ENI模块就可以。模块就可以。
19、51Software52Power Suppliesl 可编程控制器的组成可编程控制器的组成l MicroLogix1500MicroLogix1500的组成的组成l 可编程控制器的原理可编程控制器的原理54PLC的基本工作原理的基本工作原理 PLC是一种工业控制计算机,所以它的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的,也就是说PLC也是通过执行反应控制要求的用户程序来实现的。工作方式不同于计算机的事件驱动方式(面向对象),也不等同于计算机的顺序执行方式。PLC采用了“不间断循环顺序扫描”的工作方式,也就是说,CPU从第一条指令开始,顺序逐条地执行程序,直到程序结束为止,然后返回第一条指令开始新
20、的一轮扫描。55PLCPLC的基本工作原理的基本工作原理 上电及内部处理:上电后对整个系统进行一些初始化工作,如硬件初始化、I/O模块配置检查、停电保护设定及其它初始化处理;输入扫描:CPU读入各输入模块的全部输入状态,存放在数据存储器中(输入映象表);程序扫描:在梯形图中,程序按从左到右、从上到下的顺序执行,进行逻辑判断和算术运算,将结果存入数据存储器(输出映象表).程序执行期间,输入映象表中的内容保持不变,只在下一个扫描周期的输入扫描阶段才读入输入信号状态;输出扫描:将输出映象表种的输出信号送至各输出模块,驱动外部设备;诊断及出错处理:检查诸如CPU、电池电压、程序存储器、I/O通信是否异
21、常或出错等。上电及内部处理上电及内部处理输入扫描输入扫描程序扫描程序扫描输出扫描输出扫描诊断及出错处理诊断及出错处理如查出错误或异常,CPU面板上的指示灯就会指示,并在特殊寄存器中存入错误代码。若出现致命错误,CPU就会被强制成STOP方式,停止扫描。56PLCPLC的基本工作原理的基本工作原理CPU CPU 模块模块输输 入入 模模 块块外外 部部 设设 备备输输 出出 模模 块块外外 部部 设设 备备输入映象表输入映象表()ENDENDSTARTSTART输出映象表输出映象表输入扫描输入扫描输出扫描输出扫描程序扫描程序扫描PLCPLC系统各部件之间的逻辑关系系统各部件之间的逻辑关系57输入
22、扫描(输入采样)输入扫描(输入采样)输入扫描结束后,转入程序扫描(用户程序执行)和输出输入扫描结束后,转入程序扫描(用户程序执行)和输出扫描阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变扫描阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,化,I/OI/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。读入。依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入依次地
23、读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/OI/O映象区映象区中的相应单元内中的相应单元内。一个扫描周期中与用户有关的三阶段一个扫描周期中与用户有关的三阶段58一个扫描周期中与用户有关的三阶段一个扫描周期中与用户有关的三阶段程序扫描(用户程序执行)程序扫描(用户程序执行)PLCPLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序。在扫描每一总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序。在扫描每一条梯形图时,并按先左后右、先上后下的顺序进行逻辑运算条梯形图时,并按先左后右、先上后下的顺序进行逻辑运算,逻辑运算的结果存于映象区。,逻辑运算的结果存于映象区。上面的逻辑运算其运算结果会对下面的逻辑运算起作用;相上面的
24、逻辑运算其运算结果会对下面的逻辑运算起作用;相反,下面的逻辑运算其运算结果只能到下一个扫描周期才能反,下面的逻辑运算其运算结果只能到下一个扫描周期才能对上面的逻辑运算起作用。对上面的逻辑运算起作用。输出扫描(输出刷新)输出扫描(输出刷新)当扫描用户程序结束后,当扫描用户程序结束后,PLCPLC就进入输出刷新阶段。在此期间就进入输出刷新阶段。在此期间,CPUCPU按照存在按照存在I/OI/O映象区的运算结果,刷新所有对应的输出映象区的运算结果,刷新所有对应的输出锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设。锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设。这时,才是这时,才是PLCPLC的真正输出。的真正输出。59
25、PLC的基本工作原理的基本工作原理 扫描周期扫描周期=I/O扫描时间扫描时间+程程序执行时间序执行时间+诊断及出错处理诊断及出错处理时间时间 扫描周期长短与扫描周期长短与CPU的运算速的运算速度、度、I/O点数、应用程序长短及点数、应用程序长短及所用指令有关所用指令有关上电及内部处理上电及内部处理输输 入入 扫扫 描描程程 序序 扫扫 描描输输 出出 扫扫 描描诊断及出错处理诊断及出错处理60PLCPLC的工作特点的工作特点 所有输入信号在程序处理前统一读入,并在程序处理所有输入信号在程序处理前统一读入,并在程序处理过程中不再变化。而程序处理的结果也是在扫描周期过程中不再变化。而程序处理的结果
26、也是在扫描周期的最后时段统一输出。的最后时段统一输出。其工作特点是将一个连续的过其工作特点是将一个连续的过程分解成若干静止的状态程分解成若干静止的状态,极类似放映电影的原理。,极类似放映电影的原理。便于面向对象的思维。便于面向对象的思维。PLCPLC仅在扫描周期的起始时段读取外部输入状态,该时仅在扫描周期的起始时段读取外部输入状态,该时段相对较短,抗输入信号串入的干扰极为有利。段相对较短,抗输入信号串入的干扰极为有利。这种方式对于高速变化的过程可能漏掉变化的信号,这种方式对于高速变化的过程可能漏掉变化的信号,也会带来系统响应的滞后。为克服上述问题,可利用也会带来系统响应的滞后。为克服上述问题,
27、可利用立即输入输出、脉冲捕获、高速计数器或中断立即输入输出、脉冲捕获、高速计数器或中断技术。技术。61q I:0/1I:0/1代表外部的按纽,当按纽动作后,左面的程序只需要代表外部的按纽,当按纽动作后,左面的程序只需要一个扫描周期就可完成对一个扫描周期就可完成对O:0/4O:0/4的刷新,而右面的程序要经的刷新,而右面的程序要经过四个扫描周期才能完成对过四个扫描周期才能完成对O:0/4O:0/4的刷新。的刷新。q 在扫描周期极为短的情况下(在扫描周期极为短的情况下(100100msms),),无时序配合要求,无时序配合要求,感觉不到这两段程序执行的的差异。感觉不到这两段程序执行的的差异。q 在有在有时序配合时序配合的情况下,这种差异要引起注意。的情况下,这种差异要引起注意。扫描工作方式对程序执行的影响扫描工作方式对程序执行的影响62循环扫描的工作方式是循环扫描的工作方式是PLCPLC的一大特点,也是与计算的一大特点,也是与计算机的工作方式区别之处。机的工作方式区别之处。PLCPLC的性能指标主要包括存储容量、控制容量、扫描的性能指标主要包括存储容量、控制容量、扫描周期、指令功能及软件支持等,同时随着网络技术的周期、指令功能及软件支持等,同时随着网络技术的迅速发展,迅速发展,PLCPLC的网络与通信能力也越来越受到关注的网络与通信能力也越来越受到关注。小小 结结