第2章 PLC的硬件结构与工作原理.ppt

第2章,PLC的硬件结构与工作原理,按结构形式分整体式PLC将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。,2.1PLC的硬件结构,模块式PLC将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。,紧凑式PLC还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。,模块式PLC将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。,紧凑式PLC还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。,整体式PLC将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。,按功能分低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。中档PLC具有低档PLC功能外，增加模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能。高档PLC具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能。,PLC的基本结构,,,,,,,,,,,,,微处理器（CPU）接收并存储用户程序和数据；诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误；接收输入信号，送入数据寄存器并保存；运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户程序的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。,,,,,,,,,,,,系统存储器（ROM）系统程序存储器系统数据存储器存放系统工作程序（监控程序）；存放模块化应用功能子程序；存放命令解释程序；存放功能子程序的调用管理程序；存放存储系统参数。,,,,,,,,,,,,用户存储器RAM/EPROM/EEPROM存放用户工作程序；存放工作数据。,,,,,,,,,,,,输入单元带光电隔离电路多种辅助电源类型AC电源DC24V输入DC电源DC24V输入DC电源DC12V输入接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）；接收模拟量信号（模拟量输入单元）；接收按钮或开关命令（数字量输入单元）；接收传感器输出信号。,,,,,,,,,,,,,,,输出单元带光电隔离器及滤波器多种输出方式晶体管晶闸管继电器驱动直流负载（晶体管输出单元）；驱动非频繁动作的交/直流负载（继电器输出单元）；驱动频繁动作的交/直流负载（晶闸管输出单元）。,,,,,,,,,,,,,,,通讯及编程接口采用RS-485或RS-422串行总线连接专用编程器；连接个人电脑（PC/PG），实现编程及在线监控；连接工控机，实现编程及在线监控；连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯；连接打印机等计算机外设。,,,,,,,,,,,,电源连接专用编程器；连接个人电脑（PC/PG），实现编程及在线监控；连接工控机，实现编程及在线监控；连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯；连接打印机等计算机外设。,,,,,,,,,,,,I/O扩展接口采用并行通讯方式扩展I/O模块；扩展位置控制模块（如F2-30GM）；扩展通讯模块（如FX-232AW等）；扩展模拟量控制模块（如FX-2DA、FX-4AD等）。,电气原理图,接触器自锁控制,自锁触点,热继电器热元件,热继电器常闭触点,电动机单向旋转控制,工作原理,输入继电器（I）在PLC内部，与输入端子相连的输入继电器是光电隔离的电子继电器，采用八进制编号，用无数个常开和常闭触点。输入继电器不能用程序驱动。,五、软元件（逻辑元件）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,PLC的工作过程,PLC的扫描过程,PLC的中断处理过程响应问题一般微机系统的CPU，在每一条指令执行结束时都要查询有无中断申请。而PLC对中断的响应则是在相关的程序块结束后查询有无中断申请，或者在执行用户程序时查询有无中断申请，如有中断申请，则转入执行中断服务程序。如果用户程序以块式结构组成，则在每块结束或执行块调用时处理中断。,PLC的中断处理过程中断源先后顺序及中断嵌套问题在PLC中，中断源的信息是通过输入点而进入系统的，PLC扫描输入点是按输入点编号的先后顺序进行的，因此中断源的先后顺序只要按输入点编号的顺序排列即可。多中断源可以有优先顺序，但无嵌套关系。,,PLC的中断处理过程中断服务程序执行结果的信息输出问题PLC按巡回扫描方式工作，正常的输入/输出在扫描周期的一定阶段进行，这给外设希望及时响应带来了困难。采用中断输入可解决对输入信号的高速响应问题。当中断申请被响应且中断子程序被执行后，有关信息应当尽早送到相关外设，而不希望等到扫描周期的输出传送阶段，就是说对部分信息的输入或输出要与系统CPU的扫描周期脱离。,,例题起动保持停止电路（起保停电路）,LDI0.0,起动I0.0,停止I0.1,Q0.0,,,,,,,,,,,,,,,,,OQ0.0,ANI0.1,Q0.0,0,,1,,,,0,1,例题起动保持停止电路（起保停电路）,LDI0.0,起动I0.0,停止I0.1,Q0.0,,,,,,,,,,,,,,,,,OQ0.0,ANI0.1,Q0.0,0,1,,,,0,1,1,1,LDI0.0,起动I0.0,停止I0.1,Q0.0,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,OQ0.0,ANI0.1,Q0.0,1,0,1,0,1,1,0,0,0,LDI0.0OQ0.0ANI0.1Q0.0,,CPU224,I0.0,I0.1,1M,2M,L,DC24V,1L,Q0.0,,,,,,,,,,,SB1,SB2,,,,,,,,AC220V,KM,,,,,,,,,,,,,,,,,输入映像寄存器,起动,停止,I0.0,I0.1,,,,,,,Q0.0,输出映像寄存器,1,0,ON,ON,ON,ON,ON,1,例题起动保持停止电路（起保停电路）。,OFF,0,1,OFF,OFF,OFF,0,OFF,,,,SIMATICS7家族,中高端应用S7-400,,编程设备STEP7软件通讯人机界面,多才多艺的通用型PLC面向系统解决方案销售额首屈一指,,,中低端应用S7-300,低端应用S7-200,（1）基本输入端子CPU224输入电路,CPU224型PLC端子介绍,（2）基本输出端子,继电器输出端子,晶体管输出端子,EM235模拟量输入/输出模块,模拟量I/O模块接线注意点1传感器接线的长度应尽可能短，并使用屏蔽双绞线。2敷设线路时应使用电缆槽，避免将导线弯成锐角。3避免将信号线与电源线路平行接近布置。使用高质量的24VDC传感器电源，以保证无噪声及稳定运行。未用的接口端要用短路子短接，以免受到外部干扰,EM231热电偶、热电阻模块,模块的安装与拆卸S7-200可以安装在板上，也可以安装在标准DIN导轨上，利用总线连接电缆，可以很容易地把CPU模块和扩展模块连接在一起。需要连接的扩展模块较多时，模块连接起来会过长，两组模块之间可使用扩展连接电缆，将模块安装成两排。,现场接线端子排与可拆卸的端子连接器采用可选的现场接线端子排时，现场接线固定在端子排上，后者固定在模块的接线端子上。更换S7-200的模块时，可将端子排整体取下来，这样可以减少更换模块的时间，还可以保证在拆卸和重装模块时现场接线固定不变。,本机I/O与扩展I/O,CPU分配给数字量I/O模块的地址以字节8位为单位，其中未用的位不会分配给I/O链中的后续模块。输出模块保留字节中的未用位，可像内部存储器标志位那样来使用它们。对于输人模块，每次更新输人时都将输人字节中未用的位清零，因此不能将它们用作内部存储器标志位。模拟量扩展模块以2字节递增的方式来分配地址。,,PLC的接线现场接线的要求,对感性负载的处理,晶体管输出端接有大电感频繁开关的感性负载时，应在它两端并联续流二极管继电器驱动交流负载时，应在继电器触点两端并联RC电路,,直流无源触点输入（干触点）,交流无源触点输入（干触点）,PLC与接近、光电开关的接线问题,PLC的数字量输入端子，按电源分直流与交流，按输入接口分类由单端共点输入与双端输入，单端共点接电源正极为SINK（sinkCurrent拉电流），单端共点接电源负极为SRCE（sourceCurrent灌电流）。,SINK漏型为电流从输入端流出，那么输入端与电源负极相连即可，说明接口内部的光电耦合器为单端共点为电源正极，可接NPN型传感器。SOURCE源型为电流从输入端流进，那么输入端与电源正极相连即可，说明接口内部的光电耦合器为单端共点为电源负极，可接PNP型传感器。接近开关与光电开关三、四线输出分NPN与PNP输出，对于无检测信号时NPN的接近开关与光电开关输出为高电平（对内部有上拉电阻而言），当有检测信号，内部NPN管导通，开关输出为低电平。对于无检测信号时PNP的接近开关与光电开关输出为低电平（对内部有下拉电阻而言），当有检测信号，内部PNP管导通，开关输出为高电平。,SINK（sinkCurrent拉电流）输入方式,单端共点SINK输入接线（内部共点端子COM→24V，外部共线→24V-）。,SRCE（sourceCurrent灌电流）输入方式,单端共点SRCE输入接线（内部共点端子COM→24V-，外部共线→24V）。,SINK/SRCE可切换输入方式,单端共点SINK输入接线（内部共点端子COM→24V，外部共线→24V-）。,SINK/SRCE可切换输入方式,单端共点SINK输入接线（内部共点端子COM→24V，外部共线→24V-）。,5VDC的单端SINK或者SRCE接法。,24VDC的单端SINK或者SRCE接法。,24VDC供电的传感器,在输入回路上需要串联限流电阻，R1为10Ω，R2为2KΩ，不串联限流电阻，将烧毁接口回路，限流电阻取值2.7KΩ。,有源两线制传感器（接近开关、有源舌簧磁性开关）,有源两线接近开关分直流与交流，此传感器的特点就是两根线，传器输出端导通后，为了保证电路正常工作需要一个保持电压来维持电路工作，通常在3.5-5V的压降，静态泄漏电流要小于1mA。直流两线制接近开关分二极管极性保护与桥整流极性保护，前者在接PLC时需要注意极性，后者就不需要注意极性。交流两线制接近开关就不需要注意极性。,有源两线制单端共点SINK输入接线（内部共点端子COM→24V，外部共线→24V-）,有源两线制单端共点SRCE输入接线（内部共点端子COM→24V-，外部共线→24V）,有源三线传感器（电感接近开关、电容接近开关、霍尔接近开关、光电开关等）,NPN型当传感器有检测信号VT导通，输出端OUT的电流流向负极，输出端OUT电位接近负极，通常说的高电平翻转成低电平。PNP型当传感器有检测信号VT导通，正极的电流流向输出端OUT,输出端OUT电位接近正极，通常说的低电平翻转成高电平。,有源三线制单端共点SINK输入接线（内部共点端子COM→24V，外部共线→24V-）,有源三线制单端共点SRCE输入接线（内部共点端子COM→24V-，外部共线→24V）,PLC与单片机,1．PLC是建立在单片机之上的产品，单片机是一种集成电路，两者不具有可比性。2．单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可，PLC是单片机应用系统的一个特例。3．不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向迈进。这正是PLC获得广泛应用的基础。而单片机应用系统则是八仙过海，各显神通，功能千差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护都很困难。,PLC与单片机,从工程的角度1．对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高，可靠性好，开发时间短，但成本较高。2．对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。最好的方法是单片机系统嵌入PLC的功能，这样可大大简化单片机系统的研制时间，性能得到保障，效益也就有保证。,