电气控制与PLC应用技术 范国伟 第三章 可编程序控制器基本组成和工作原理新.ppt

电气传动的发展 电气控制与PLC应用技术 范国伟 安徽工业大学 第三章可编程序控制器基本组成和工作原理 可编程控制器虽然产生不足50年，但发展的势头锐不可挡。由于采用了计算机的CPU核心技术，同微型计算机一起并行得到了巨大的发展。下面略作介绍： 3.1 可编程序控制器的发展 可编程控制器（programmable controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计的。早期的可编程序控制器称为可编程逻辑控制器（programmable logic controller），简称PLC，用它来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，可编程序控制器的功能已大大超过了逻辑控制的范围，所以，目前人们都把这种装置称作可编程序控制器，称为PC（国标简称可编程序控制器为PC系统）。为了避免与目前应用广泛的个人计算机（personal computer）的简称PC相混淆，所以仍将可编程序控制器简称为PLC。 可编程控制器分类和应用 PLC的种类很多，使其在实现的功能、内存容量、控制规模、外形等方面都存在较大的差异，因此，PLC的分类没有一个严格、统一的标准，而是按I/O总点数、组成结构、功能进行大致的分类。 可编程控制器的发展 PLC自问世以来，经过近40年的发展，已成为很多国家的重要产业，PLC在国际市场已成为最受欢迎的工业控制产品。随着科学技术的发展及市场需求量的增加，PLC的结构和功能在不断地改进，生产厂家不停地将更强的PLC推入市场，平均3～5年就更新一次 3.2 可编程序控制器的基本组成和工作原理 可编程序控制器所以能应用的如今这样广泛，其最主要的原因是硬件结构简单，软件编程容易。要真正用好可编程序控制器，还得大致了解一下可编程序控制器的软硬件结构和工作原理。 3.2.1 可编程序控制器的硬件结构 PLC种类繁多，功能多种多样，但是其组成结构和工作原理基本相同。实质上是一种专门用于工业控制的计算机，采用了典型的计算机结构，由硬件和软件两部分组成。硬件配置主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口电路、电源、编程器以及一些扩展模块组成。 1. 中央处理器（CPU） PLC的中央处理器与一般的计算机控制系统一样，是整个系统的核心，起着类似人体的大脑和神经中枢的作用，它按PLC中系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作。 目前，小型PLC为单CPU系统，而中型及大型PLC则为双CPU甚至多CPU系统 。 2. 存储器 PLC的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人电脑的操作系统，它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各种动作。系统程序由PLC生产厂家设定并固化在ROM内，用户不能直接读取。PLC的用户程序由用户设定，它决定了PLC输入信号之间的具体关系。用户程序存储量一般以字（每个字由16位二进制数组成）为单位，三菱的FX系列PLV的用户程序存储器的单位为步（STEP，即字）。小型PLC的用户程序存储器容量在1K字左右，大型PLC的用户程序存储器容量可达数M（兆）字。 3． 输入/输出接口电路 实际生产中信号电平时多样的，外部执行机构所需要的电平也是不同的，而可编程序控制器的CPU所处理的信号只能是标准电平，因此，需要通过输入/输出单元实现这些信号电平的转换。可编程序控制器的输入/输出单元实际上是PLC与被控制对象之间传送信号的接口部件。 ①输入接口电路 为了防止各种干扰信号和高电压信号进入PLC，输入接口电路一般由RC滤波器消除输入端得抖动和外部噪声干扰，由光电耦合电路进行隔离。光电耦合电路由发光二极管和光电三极管组成。 ② 输出接口电路 PLC的输出有三种形式：继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。图2.3给出了PLC的三种输出电路图。每种输出都采用了电气隔离技术，电源由外部供给，输出电流一般为0.5～2A，输出电流的额定值与负载性质有关。 继电器输出方式最常用，适用于交、直流负载，其特点是带负载能力强，但动作频率与响应速度慢。 4. 电源 PLC的电源分为外部电源、内部电源和后备电源三类。在现场控制中，干扰侵入PLC的主要途径之一是通过电源，因此，合理地设计电源是PLC可靠运行的必要条件。 ⑴外部电源 外部电源用于驱动PLC的负载和传递现场信号，又称为用户电源。同一台PLC的外部电源可以是一个规格，也可以是多个规格。外部电源的容量与性能，由输出负载和输入电路决定。常见的外部电源有交流220V、110V，直流100V、48V、24V、12V、5V等 ⑵内部电源 ①内部电源与外电源隔离，减小供电线路对内部电源的影响。 ②有较强的抗干扰能力（主要是高频干扰） ③电源本身功能耗尽可能低，在供电电压波动范围较大时，能保证正常稳定的输出。 ④有良好的保护功