1,PLC控制系统概述,第三节,2,PLC,以CPU为核心,为一体,3,4.3.1 PLC的产生与发展,4,PLC 的 产生与发展,第一代：从第一台PLC诞生到上个世纪70年代初。,第二代： 70年代初至70年代末。, CPU使用中小规模集成电路，采用磁芯存储器。, CPU使用微处理器，采用半导体存储器EPROM。, 可靠性较差，略强于继电器控制。, 机种单一，没形成系列。, 有了计算机接口和模拟量控制功能。, 可靠性提高。, 整机功能向系列化、标准化发展，并由专用向通用方向过渡。, 功能简单（只有计数/定时功能）。, 功能增强（增加逻辑/数据运算、数据处理、自诊断等功能）。,5,第三代：70年代末到80年代中期。, CPU使用8或16位微处理器甚至多微处理器，采用半导体存储器EPROM、CMOSRAM等。, 增加浮点数运算，平方、三角函数等运算。, 增加查表、列表功能。, 自诊断及容错技术提高。, 梯形图语言及语句表成熟。, 小型PLC体积减小、可靠性提高、成本下降。, 大型PLC向模块化、多功能方向发展。,6,第四代：80年代中期到90年代中期。,第五代： 90年代中期之后。, 增加高速计数、中断、A/D、D/A、PID等功能。, 处理速度进一步提高（1s/步）。, 连网功能增强。, 编程语言进一步完善，开发了编程软件。, CPU使用16位或32位微处理器。, PLC的I/O点增加，最多可达32K个I/O点。, 处理速度进一步提高（1ns/步）。, PLC都可以与计算机通信。, 具有强大的数值运算、函数运算、大批量数据处理的功能。, 开发了大量的特殊功能模块。, 编程软件功能更强大。, 不断开发出功能强大可编程终端。,7,PLC及其控制系统的发展趋势,PLC的性能,对小型PLC,对大中型PLC,向着更大容量、更高速度、更多的功能、更高的可靠性、易于连络通信的方向发展。使之更利于对大规模、复杂系统的控制。,向着体积更小、速度更高、功能增强、价格低廉的方向发展。使之更利于取代继电器控制。,8, I/O模块将直接安装在现场，CPU与现场I/O通过数据通信实现控制，使系统控制更有效、可靠性更高；, 进一步应用计算机的信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使系统的产生控制功能与信息管理功能一体化。,PLC控制系统的性能, 随着硬件冗余技术的应用，各种单元、甚至整个系统都可应用冗余技术，使系统具有更高的可靠性；,9,4.3.2 PLC的主要特点,10,通用性和灵活性强；,2. 抗干扰能力强，可靠性高；,3. 编程语言简单易学；,4. 与外部设备的连线简单、使用方便；,5. 功能强、功能的扩展能力强；,6. 控制系统设计、调试周期短；,7. 体积小、重量轻、易于机电一体化；,8. PLC控制系统的故障少、维修方便。,11,4.3.3 PLC的基本组成,12,整体式,组合式,PLC的基本分类,小型机常采用整体式,中、大型机常采用组合式,13,OMRON 公司的整体式 PLC,C28P,14,CPM2A,15,CPM1A,16,CQM1,OMRON 公司的组合式 PLC,17,C200HE,OMRON 公司的组合式 PLC,18,CVM1,底版,OMRON 公司的组合式 PLC,19,整体式 PLC的基本组成框图,20,组合式 PLC的基本组成框图,21, 输入并存储用户程序、显示输入内容和地址；,CPU指挥PLC完成各种预定的功能, 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。,1. CPU单元,22,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,2. 存储器,23,PLC与外部设备联系的桥梁,开关量输入单元,开关量输出单元,3. 输入/输出单元,24,直流输入电路,光电耦合,外部开关,输入点的状态显示,输入点,公共端,25,交流输入电路,光电耦合,输入点的状态显示,外部开关,输入点,26,晶体管输出电路,光电耦合,输出点的状态显示,公共端,输出点,27,晶闸管输出电路,光电耦合,输出点的状态显示,公共端,输出点,28,继电器输出电路,输出点的状态显示,继电器,机械触点,公共端,输出点,29,4.3.4 PLC的编程语言,30,PLC的编程语言,31,一、 梯形图编程语言,1. 梯形图编程语言,两种梯形图的继电器符号图对照,梯形图编程语言是一种图形语言,32,2. 两种控制的梯形图比较,线圈,线圈,33,物理继电器,继电器需硬接线连接,触点个数有限,PLC继电器,继电器用程序软连接,触点个数无限,继电器的接线改变控制功能改变,PLC的用户程序改变 控制功能改变,3. 两种控制中继电器的区别,34,用PLC控制外部接线不变，改变用户程序。,用继电器控制要改变控制电路的实际接线。,继电器控制接线,PLC控制外部接线,输出设备,欲改变控制功能：,例如,35,二、 语句表编程语言,用助记符表示指令的功能,多条指令语句的组合构成了语句表 程序,指令语句是PLC用户程序的基础元素,LD 00000 OR 01000 AND NOT 00001 OUT 01000,梯形图程序 语句表程序,36,4.3.5 PLC的扫描工作方式,37,一、 PLC 采用循环扫描工作方式,扫描工作分为 5 个阶段,38,循环扫描工作流程,PLC,接通电源,初始化,硬件检查,正常？,异常报警,异常处理,扫描周期监视,执行用户程序,程序结束？,扫描周期检查,有固定设置？,等待,扫描周期计算,I/O刷新,外设端口服务,异常,39,1. PLC扫描工作各环节的功能, PLC上电后，首先检查硬件是否正常。, 按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。,对输入的数据进行处理， 将结果存入元件映象寄存器。, 计算扫描周期。,若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。,母线, I/O刷新阶段。, 外设端口服务。,读输入点的状态并写入输入映像寄存器。,将元件映像寄存器的状态经输出锁存器、输出电路送到输出点。,访问外设端口连接的外部设备。,40,读,读,读,写,写,执行用户程序,2. PLC执行用户程序的过程,41,3. PLC控制的原理,等效电路图,SB1,公共端,公共端,输出端子,输入端子,主电路,42,线圈通电,SB1闭合,00000 闭合,接点闭合,触点闭合,电动机转,触点闭合,43,线圈断电,00001 断开,接点断开,触点断开,电动停转,触点断开,SB2闭合,44,4. PLC执行用户程序的特点, 按梯形图自左向右、自上而下逐次执行程序, 执行程序时所需数据取自于：,输入映像寄存器,元件映像寄存器, 输入映像寄存器和元件映像寄存器中的数据,元件映像寄存器：在一个扫描周期中可读可写,输入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变, 每个扫描周期I/O刷新阶段集中读入/读出数据,45,1. 产生I/O滞后现象的原因,二、 PLC的I/O滞后现象,（1） 由于PLC采用循环扫描的工作方式。,PLC只在每个扫描周期的I/O刷新阶段集中输入/输出，导致输出信号相对输入信号滞后。,（2） 输入滤波器对信号的延迟作用。,滤波器时间常数越大，对输入信号的延迟作用越强。,有的PLC其输入电路滤波器的时间常数可以调整。,46,输出ON延时。,（3） 输出继电器的动作延迟（继电器输出型PLC）。,从输出锁存器ON、到输出触点ON经历一定时间,（4） 用户程序的长短及语句编排。,要求有较快响应的场合,最好不要使用继电器输出型PLC。,I/O滞后现象，对慢速控制系统影响不大。,要求快速响应的场合，需要解决I/O速度问题。,47,2. I/O响应时间的估算,以20点的继电器输出型CPM1A为例。,设输入ON延时为8毫秒 公共处理和I/O刷新时间为2毫秒 执行用户程序时间为14毫秒 输出ON延时为15毫秒,输入状态经过一个扫描周期后在输出得到响应 最小I/O响应时间,输入状态经过两个扫描周期后在输出得到响应 最大I/O响应时间,48,最小I/O响应时间的计算,最小I/O响应时间 = 输入ON延时 + （公共处理 + I/O刷新时间） + 执行程序时间 + 输出ON延时 = 8 + 2 + 14 + 15 = 39 ms,输入触点,输入滤波,输出锁存,输出触点,输入ON延时,输出ON延时,I/O响应时间,49,输入ON延时,最大I/O响应时间 = 输入ON延时+ (公共处理+ I/O刷新+执行程序)2 + 输出ON延时 = 8 +（2 +14） 2 + 15 = 55 ms。,最大I/O响应时间的计算,输出ON延时,I/O响应时间,50,程序语句安排对I/O响应时间的影响举例,当SB闭合，经过输入滤波，设第一个扫描周期I/O刷新时 00000的映像寄存器 ON。,第一个扫描周期 结束时，01000为OFF。,01000只能在第二个扫描周期结束后才能ON。,51,当SB闭合，经过输入滤波，设第一个扫描周期 00000的映像寄存器 ON。,01000 在第一个扫描周期结束后就能ON 。,续,如果将梯形图的第一与第二梯级交换，如下图：,显然，程序语句的安排对I/O响应的影响很大 。,52,4.3.6 PLC的主要性能指标,53,1. 用户程序存储的容量大小；,2. 输入/输出点数的多少；,3. 循环扫描速度的快慢；,4. 编程指令的种类和条数的多少；,5. 内部器件的种类和数量的多少；,6. 功能及功能扩展的能力；,7. 智能单元数量的多少；,8. 连网通信能力等。,54,55,CPM1A系列PLC的基本组成,CPM1A系列的继电器及数据区,CPM1A系列PLC的功能简介,CPM1A系列PLC通信功能简介,56,CPM1A系列PLC的基本组成,4.3.7.1,57,CPM1A系列PLC的主机,CPM1A系列I/O扩展单元,CPM1A系列编程工具,CPM1A系列特殊功能单元,58,一、 CPM1A系列PLC的主机,1.主机的规格,按I/O点数分,10、20、30、40点,按电源类型分,分直流和交流型,按输出方式分,59,CPM1A 40点的主机的外观,60,2. CPM1A 40点的主机的面板结构,输入点LED,输出点LED,I/O扩展器,外设端口,运行状态LED,61,CPM1A 主机的输入/输出接线端子,输入端子,输出 端子,62,二、 CPM1A系列PLC的I/O扩展单元,1. I/O扩展单元的规格和类型,63,CPM1A-20EDR I/O扩展单元的外观,连接电缆,I/O扩展器,输入点LED,输出点LED,64,CPM1A-20EDR I/O扩展单元的面板,I/O扩展器,连接电缆,65,CPM1A-20EDR I/O扩展单元输入/输出接线端子,输入端子,输出端子,66,2. PLC的I/O扩展方法,30点的主机,连接三个20点的扩展器,扩展到90个I/O点,67,三、 CPM1A系列PLC的编程工具,编程软件,CPM1A,适配器,68,四、 CPM1A系列的特殊功能单元,模 拟 量 I/O 单 元,温度传感器单元,模拟量输出单元,温度传感器单元,RS232C通信适配器,RS422 通信适配器,CompoBus/S I/O链接单元,与主机连接的特殊功能单元总数不能超过3台,温度传感器单元TS002和TS102只能连接其中的一个，,而且同时使用的扩展单元总数不能超过2台,通信单元,I/O单元,69,