PLC的组成及工作原理Word文件下载.docx
- 文档编号:18718709
- 上传时间:2022-12-31
- 格式:DOCX
- 页数:30
- 大小:100.23KB
PLC的组成及工作原理Word文件下载.docx
《PLC的组成及工作原理Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《PLC的组成及工作原理Word文件下载.docx(30页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
8080、8085、Z80、6800、MCS48、51系列,而大、中型PLC常采用位片式微处理器、16/32位通用微处理器。
存储器
存储器是保存系统程序、用户程序、中间运算结果的器件,据其在系统中的作用,可将它们分为下列4种:
系统程序存储器、用户程序存储器、数据表存储器、高速暂存存储器。
系统程序存储器
系统程序存储器用来存放PLC的监控程序,可分为:
系统管理程序、命令解释程序、故障检测、诊断程序、通信程序。
系统程序由PLC厂家设计,并固化在ROM/PROM/EPROM存储器中,用户不必对它作细致的了解,更不能改变它。
用户程序存储器
用户程序存储器用来存放用户编制的控制程序。
PLC术语中讲的存储器容量及型式就是指的用户程序存储器。
常用的用户存储器型式有:
EPROM、E2ROM、带掉电保护的RAM等。
EPROM作程序存储器的优点是:
写入程序不会因停电而丢失,但其成本较高,主要体现在两个方面:
1)调试时仍要用RAM作程序存储器,而且最好用带电容/电池后备的RAM,这样用户实质上是购了两套用户程序存储器。
2)对许多PLC而言,往往还要另外配套购置专用的EPROM写入装置和擦除装置。
E2PROM是非易失性的且可电擦除的存储器,它兼有ROM的非易失性和RAM随机存取之优点,它的写入或擦除不需特殊装置,用它作用户程序存储器,在程序调试阶段,可用编程器直接修改程序,程序确定下来投入运行后。
这是它的优越之处,不足的是,它的写入时间较长(约为ms级),但对手工输入或修改程序而言,这点是不成问题的。
一般而言,用户的控制程序必须经过多次的调试和修改才能确定下来,据此特点,在控制程序没确定以前,常先采用带掉电保护的RAM作用户程序存储器,待程序确定后,再由厂家提供的EPROM写入器将程序固化到EPROM中,并将该EPROM插入PLC中运行。
EPROM插入PLC后,PLC则运行EPROM中的用户程序,若没EPROM插入,PLC则运行RAM区中的用户程序。
许多用户用掉电保护的RAM作用户程序存储器,因为它比另两种价格便宜,一旦电源停电,靠后备电池/电容可以保存RAM中的程序数年/数十天,只要做到停电时间不超过这期限即可。
这点对于一般的工矿企业而言是容易做到的。
例如:
OMRON公司的C200H-MR431/831是全电池后备RAM存储器,C200H-MR431/831是电容后备RAM存储器,它们在25℃的坏境下,可以保存程序的时间分别是2~3年、20天。
数据表存储器
(I/O映像存储器)
数据表存储器用来存放开关量I/O状态表,定时器、计算器的预置值表,模拟量I/O数值等。
高速暂存储器
高速暂存储器主要存放运算的中间结果,统计数据、故障诊断的标志位等。
其中,3、4两类存储器,常用RAM,这其中部分或全部有后备电源。
I/O部分
PLC的I/O部分,因用户的需求不同有各种不同的组合方式,通常以模块的形式供应,一般可分为:
①开关量I/O模块、②模拟量I/O模块
③数字量I/O模块(包括TTL电平I/0模块、拨码开关输入模块、
LED/LCD/CRT显示控制模块、打印机控制模块)
④高速计数模块
⑤精确定时模块
⑥快速响应模块
⑦中断控制模块
⑧PID模块
⑨位置控制模块⑩轴向定位模块
&
nbsp;
⑾通信模块。
1.开关量I/O模块(部分)
开关量输入模块(部分)的作用是接收现场设备的状态信号、控制命令等,如限位开关、操作按钮等,并且将此开关量信号转换成CPU能接收和处理的数字量信号。
开关量输出模块(部分)的作用是将经过CPU处理过的结果转换成开关量信号送到被控设备的控制回路去,以驱动阀门执行器、电动机的启动器和灯光显示等设备。
开关量I/O模块(部分)的信号仅有通、断两种状态,各I/O点的通/断状态用发光二极管在面板上显示。
输入电压等级通常有DC(5V、12V、24V、48V)或AC(24V、120V、220V)等。
每个模块可能有4、8、12、16、24、32、64点,外部引线连接在模块面板的接线端子上,有些模块使用插座型端子板,在不拆去外部连线的情况下,可迅速地更换模块,便于安装、检修。
(1)开关量输入模块
按与外部接线对电源的要求不同,开关量输入模块可分为AC输入,DC输入,无压接点输入,AC/DC输入等几种型式,参见图2-3。
每个输入点均有滤波网络、LED显示器、光电隔离管。
从图2-3©
中可以看出无压接点输入是开关触点直接接在公共点和输入端,不另外接电源,电源由内部电路提供(公共点有Å
、Θ之分,图2-3©
中为Θ)。
输入模块的主要技术指标有:
①输入电压:
指PLC外接电源的电压值。
②输入点数:
指输入模块开关量输入的个数。
③AC频率:
指输入电压的工作频率,一般为50~60Hz。
④输入电流:
指开关闭合时,流入模块内的电流。
一般为5~10mA。
⑤输入阻抗:
指输入电路的等效阻抗。
⑥ON电压:
指逻辑“1”之电压值,开关接通时为“1”。
⑦OFF电压:
指逻辑“0”之电压值,开关断开时为“0”。
⑧OFF→ON的响应时间,指开关由断→通时,导致内部逻辑电路由“0”→“1”的变化时间。
⑨ON→OFF的响应时间,指开关由通→断时,导致内部逻辑电路由“1”→“0”的变化时间。
⑩内部功耗:
指整个模块所消耗的最大功率。
(2)开关量输出模块:
开关量输出通常有3种型式:
①继电器输出
②晶体管输出
③可控硅输出。
每个输出点均有LED发光管、隔离元件(光电管/继电器)、功率驱动元件和输出保护电路,见图2-4。
图a为继电器输出电路,继电器同时起隔离和功放的作用;
与触点并联的R、C和压敏电阻在触点断开时起消弧作用。
图b为晶体管输出电路,大功率晶体管的饱和导通/截止相当于触点的通/断;
稳压管用来抑制过电压,起保护晶体管作用。
图c为可控硅输出电路,光电可控硅,起隔离、功放作用;
R、C和压敏电阻用来抑制SSR关断时产生的过电压和外部浪涌电流。
输出模块最大通断电流的能力大小依次为继电器、可控硅、晶体管。
而通断响应时间的快慢则刚好相反。
使用时应据以上特性选择不同的输出型式。
输出模块的主要技术指标有:
①工作电压:
指输出触点所能承受的外部负载电压。
②最大通断能力:
指输出触点在一定的电压下,能通过的最大电流,一般给出的电压等级有AC120V、AC220V、AC/DC24V。
③漏电流:
指当输出点断开时(逻辑“O”),触点所流过的最大电流。
此参数主要针对晶体管、可控硅型输出模块,无保护电路的继电器输出模块漏电流为0,有保护电路的继电器输出模块为1~2mA。
④接通压降:
指当输出点接通时(逻辑“1”),触点两端的压降。
⑤回路数:
等于公共点的个数。
独立式模块,等于输出点数。
⑥OFF→ON响应时间:
同输入模块。
⑦ON→OFF响应时间:
⑧内部功耗&
同输入模块。
输出模块按外部接线方式分有:
①汇点式:
输出有1个公共点,各输出点属同一个回路,共用1个电源。
②独立式:
输出无公共点,各输出点回路不同,可以使用不同电压等级的电源。
2.模拟量I/O模块
模拟量I/O模块常用的有:
A/D、D/A、热电偶/热电阻输入等几种模块。
A/D模块是将传感器测量的电流或电压信号转换成数字量给PLC的CPU处理;
D/A模块是将CPU处理得到的数字量转变为电流或电压信号;
热电偶/热电阻输入模块,可以直接连接热电偶/热电阻等测温传感器,外部不需放大电路和线性化电路,能自动进行冷端补偿和调零,并且具有开路检查、输入越限报警功能,内部有A/D电路。
模拟量I/O模块的量程一般是IEC标准信号(0-5V、1-5V、0-10V、10mA、4-20mA等)。
也有双极性信号(如±
50mv、±
5v、±
10v、±
10mv、±
20mA等)。
A/D、D/A的转换位数通常为8、10、12、16位,并且在数字量I/O处用光电管将PLC的内部核心电路与外围接口电路隔离。
3.数字量I/O模块
常用的有TTL电平I/O模块、拨码开关输入模块、LED/LCD/CRT显示控制模块、打印机控制模块等。
TTL电平I/O模块是将外围设备输入的TTL电平数据进行处理,或将处理的结果以TTL电平形式输出给外围设备进行控制、执行。
拨码开关输入模块是TTL电平输入,专用于BCD拨码开关的输入模块,用来输入若干组拨码开关的BCD码,有若干个输入地址选择信号输出,某位(十进制)选择信号有效时,读入相应位的BCD码信息。
LED/LCD/CRT显示控制模块是TTL电平输出,专用于LED/LCD/CRT等显示设备的输入模块,有相应的控制信号输入/输出,能直接驱动LED数码管、液晶显示器、CRT显示器等。
打印机控制模块是专用于通用打印机的接口模块,是TTL电平的并行接口,除并行输出的数据信息外还有相应的I/O控制信号(有的PLC采用串行接口或编程器上的接口与打印机连接)。
4.高速计数模块
高速计数模块是工控中最常用的智能模块之一,过程控制中有些脉冲变量(如旋转编码器、数字码盘、电子开关等输出的信号)的变化速度很高(可达几十KHZ、几MHZ),已小于PLC的扫描周期,对这类脉冲信号若用程序中的计数器计数,因受扫描周期的限制,会丢失部分脉冲信号。
因此使用智能的高速计数模块,可使计数过程脱离PLC而独立工作,这一过程与PLC的扫描过程无关,可准确计数。
PLC可通过程序对它设定计数预置值,并可控制计数过程的启、停。
计数器的当前值等于、大于预置值时,均有开关量输出给PLC,PLC得到此信号后便可进行相应的控制。
5.精确定时模块
精确定时模块是智能模块,能脱离PLC进行精确的定时,定时时间到后会给出信号让PLC检测。
OMRON的模拟定时单元C200H-TM001提供4个精确定时器,可通过DIP开关设定成0.1~1S、1~10S
10~60S
1~10mm,定时值可通过内/外可调电阻进行设定。
6.快速响应模块
PLC的输入/输出量之间存在着因扫描工作方式而引起的延迟,最大延迟时间可达2个扫描周期,这使PLC对很窄的输入脉冲难以监控。
快速响应模块则可检测到窄脉冲,它的输出与PLC的扫描工作无关,而由输入信号直接控制,同时它的输出还受用户程序的控制。
7.中断控制模块
它适用于要求快速响应的控制系统,接收到中断信号后,暂停正在运行的PLC用户程序,运行相应的中断子程序,执行完后再返回来继续运行用户程序。
8.PID调节模块
过程控制常采用PID控制方式,PID调节模块是一种智能模块,它可脱离PLC独立执行PID调节功能,实际上可看成1台或多台PID调节器,P、I、D参数可调。
通常的输入信号种类是:
①直流电压(0-10v/1-5v)、②直流电流(0-10mA/4-20mA)、③热电偶/热电阻、④脉冲/频率以及有控制作用的开关量I/O。
9.位置控制模块
位置控制模块是用来控制物体的位置、速度、加速度的智能模块,可以控制直线运动(单轴)、平面运动(双轴)、甚至更复杂的运动(多轴)。
位置控制一般采用闭环控制,常用的驱动装置是伺服电机或步进电机、模块从参数传感器得到当前物体所处的位置,速度/加速度,并与设定值进行比较,比较的结果再用来控制驱动装置,使物体快进、慢进、快退,慢退、加速、减速、停止等,实现定位控制。
10.轴向定位模块
轴向定位模块是一种能准确地检测出高速旋转转轴的角度位置,并根据不同的角度位置控制开关ON/OFF(可以多个开关)。
美国三菱公司的F2-32RM型凸轮控制器,它可准确检测出720度/转角位置信号,同时控制32个开关ON/OFF。
允许最高转速是:
1°
方式时为830rpm,0.5°
方式时为415rpm。
它实质上很象一种机械凸轮:
共有32个凸轮盘,每轮可多至360齿。
11.通信模块
通信模块大多是带CPU的智能模块,用来实现PLC与上位机、下位机或同级的其它智能控制设备通信,常用通信接口标准有RS-232C、RS422、RS-485、ProfiBus、以太网等几种。
编程工具
编程工具是一种人机对话设备,用户用它来输入、检查、修改、调试PLC的用户程序,它还可用来监视PLC的运行情况。
PLC投入正常运行后,通常不要编程工具一起投入运行,因此,编程器都是独立设计的,而且是专用的,PLC生产厂家提供的专用编程器只能用在自己厂生产的某些型号的PLC。
专用编程器分为简易编程器和图形编程器。
1.简易编程器
它类似于计算器,上面有命令键、数字键、功能键及LED显示器/LCD显示屏。
使用时可直接插在PLC的编程器插座上,也可用电缆与PLC相连。
调试完毕后,或取下或将它安在PLC上一起投入运行。
用简易的编程器输入程序时,先将梯形图程序转换为指令表程序,再用键盘将指令程序打入PLC。
2.图形编程器
常用的图形编程器是液晶显示图形编程器(手持式的),它有一个大型的点阵式液晶显示屏。
除具有简易型的功能外,还具有可以直接打入和编辑梯形图程序,使用起来更方便,直观。
但它的价格较高,操作也较复杂。
也有用CRT作显示器的台式图形编程器,它实质是一台专用计算机,它的功能更强,使用更方便,但价格也十分昂贵。
3.用专用编程软件在个人计算机(PC)上实现编程功能
随着PC的日益普及,最新发展趋势是使用专用的编程软件,在通用的PC上实现图形编程器的功能。
这一编程方法的最大特点是:
充分利用PC机的软、硬件资源(如:
硬盘、打印及各种功能软件),大大降低了编程器的成本,同时也大大增强了编程器的功能,使用十分方便。
一般的PC添置一套专用的“编程软件”后就可进行编制、修改PLC的梯形图程序,存贮、打印程序文件(清单),与PLC联机调试及系统仿真等。
并且用户程序可在PC、PLC之间互传。
具有以上功能后,PLC的程序(特别是大型程序)编程、调试就显得十分方便和轻松。
电源
电源是PLC最重要的部分之一,是正常工作的首要条件。
当电网有强烈波动遭强干扰时,输出电压要保持平稳。
因此在PLC的电源中要加入许多稳压抗扰措施,如浪涌吸收器、隔离变压器、开关电源技术等。
PLC的工作原理
与其它计算机系统一样,PLC的CPU以分时操作方式处理各项任务,程序要按指令逐条执行,PLC的输入、输出就有时差。
整个PLC的程序执行时问有多长?
输入/输出的响应时间有多大?
我们要很好地应用PLC,就必须对这些有清楚的认识。
PLC的工作过程
PLC是采用循环扫描方式工作的,图2-6为一般PLC的工作流程框图:
其循环过程为:
①内部处理
②通迅服务
③输入刷新
④执行用户程序
⑤输出刷新。
1.内部处理:
CPU对PLC内部的硬件作故障检查,复位WDT等。
2.通信服务:
与外围设备、编程器、网络设备等进行通信。
3.输入刷新:
将接在输入端子上传感器、开关、按钮等输入元件状态读入,并保存在“输入状态表”(I/O映像存储器)中,给本扫描周期用户程序运行时提供最新的输入信号。
4.执行用户程序:
CPU逐条解释并执行用户程序。
根据I/O状态表(属数据表状态存储器)中ON/OFF信息,按用户程序给定的逻辑关系运算,将运算结果写入I/O状态表。
注意:
“I/O状态表”这个概念,用户程序中的部分输入、输出“元件”是它,但它当前的状态值和与它对应I/O端子上的元件之状态不一定相同。
(这点在学过I/O响应时间之后就明白了)。
5.输出刷新
将“输出状态表”(I/O映像存储器)中的内容输出到接口电路,以驱动输出端子上的输出元件,实现控制。
“输出状态表”中的内容是本次扫描周期用户程序运行的结果。
现举例说明如下。
若程序经前一扫描周期的运行的I/O点状态被刷新成如图2-7中所示
。
输入信号X00点的状态在后续的5个扫描周期中分别被刷新为1,1,0,0,0,试分析输出点Y00—Y02的输出状况情况:
分析:
已知,第0扫描周期中:
I/O点状态被刷新为
X00(0)—0
Y00(0)—0
Y01(0)—0
Y02(0)—0
在每一扫描周期内,用户程序是按梯形图,从头开始由左→右,由上→下,逐条执行,直至程序结束。
根据梯形图逻辑
每个周期程序执行的结果是:
表2-1状态表
I/O
周期号
X00
Y00
Y01
Y02
1
2
3
4
5
Y00(N)=Y01(N-1)
Y01(N)=X00(N)
Y02(N)=Y01(N)
已知:
X00(0)=1
X00
(1)=1
X00
(2)=1
X00(3)、(4)、(5)=0
所以:
第一周期的结果是
Y00
(1)—0
Y01
(1)—1
Y02
(1)—1
(Y00
(1)=Y01(0)=0;
Y01
(1)=X00
(1)=1;
Y02
(1)=Y01
(1)=1)
同理可得:
第2--5周期的输出结果是:
Y00
(2)=1
Y01
(2)=1
Y02
(2)=1
Y00(3)=1
Y01(3)=0
Y02(3)=0
Y00(4)=0
Y01(4)=0
Y02(4)=0
Y00(5)=0
Y01(5)=0
Y02(5)=0
用状态表列出(见表2-1)。
扫描周期的计算方法
扫描周期的长短,对PLC系统的性能有一定的影响,例如较长的扫描时间对I/O响应时间,对系统运行的精确性均会产生不利的影响。
见表2-2。
表2-2
PLC扫描时间对内部功能的影响
扫描时间ms
产生的不利影响
>
10
内部0.01s时钟脉冲不起作用
100
内部0.1s时钟脉冲不起作用
200
内部0.2s时钟脉冲不起作用
6500
超过WDT定时值,迫使CPU停机
扫描周期(T)的计算公式是:
扫描周期(T)=内部处理时间
+
通信服务时间+
输入刷新时间
+
用户程序时间+
输出刷新时间
其中:
①内部处理时间:
是固定的(例OMRONC200H为2.6ms)
②通信服务时间:
若系统安装了外设、网络通信等模块,则有固定的时间(例OMRONC200H为0.8ms(max)、8ms(max)),否则为0。
③输入刷新时间:
将接在输入端子上元件的状态读入,并保存在“输入状态表”(I/O映像存储器)中所耗费的时间。
(例OMRONC200H输入0.07ms/8点,三菱FX2N输入50μs/8点)。
④用户程序执行时间:
取决于程序的长度和指令的种类,一般PLC均提供各指令的执行时间表。
(例OMRONC200H
LD、OUT指令,其执行时间分别为0.75、1.13μs;
三菱FX2N基本指令0.08μs/条,应用指令1.52
~数100μs/条)
⑤输出刷新时间:
将“输出状态表”(I/O映像存储器)中的内容输出到接口电路中所耗费的时间。
(例OMRONC200H输出0.04ms/8点)
[例1].C200HPLC配置:
4个8点输入模块+2个16点输入模块O、5个8点输出模块+2个16点输出模块、
程序5K个地址(且仅使用LD、OUT指令,其执行时间分别为0.75、1.13μs)
解:
当编程器要在上面运行时:
T=2.6+0.8+(0.75+1.13)/2×
5.120+0.07×
8+0.04×
9=9.1ms
没有外设:
T=2.6
+(0.75+1.13)/2×
5.120+0.07×
9=8.3ms
系统响应时间
PLC系统的响应时间是指输入信号有效后,到输出元件动作所需要的时间。
所以系统响应时间的长短与系统的扫描周期、输入响应时间、输出
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- PLC 组成 工作 原理