电气控制与PLC应用（第2版）[陈建明][电子教案]第3章.ppt

主 编 ：陈建明 副主编 ：巫付专 朱晓东 熊军华 第3章 可编程控制器基础 了解可编程控制器产生的背景、特点、性能指标以及今后的发展方向 掌握可编程控制器的硬件组成形式 熟悉可编程控制器的软件及工作过程 第3章 可编程控制器基础 教学内容： 3.1 可编程控制器概述 3.2 可编程控制器的组成 3.3 可编程控制器的工作原理 3.4 可编程控制器的硬件基础 3.5 可编程控制器的软件基础 3.6 可编程控制器的性能指标及分类 3.1 可编程控制器概述 可编程控制器的英文名称是Programmable Controller，早期简称PC，后来为了与个人计算机（PC）区分，在行业中多称之为Programmable Logic Controller，即可编程逻辑控制器，简称PLC，而这种称呼又与可编程控制器的起源和它本身的特点有关。 3.1.1 可编程控制器的产生与发展 3.1.1 可编程控制器的产生与发展 PLC对高性能的追求主要体现在： 3.1.2 可编程控制器的特点 CPU为可靠性高，抗干扰能力强； 灵活性强，控制系统具有良好的柔性； 编程简单，使用方便； 控制系统易于实现，开发工作量少，周期短； 维修方便； 体积小，能耗低； 功能强，性能价格比高 。 3.2 可编程控制器的组成 PLC的基本组成部件如下图所示： 3.2.1 中央处理单元（CPU） 接受并存储由编程器键入的用户程序和数据； 诊断电源故障以及用户程序的语法错误； 读取输入状态和数据并存储到相应的存储区； 读取用户程序指令，解释执行用户程序，完成逻辑运算、数字运算、数据传递等任务，刷新输出映像，将输出映像内容送至输出单元。 3.2.2 存储器单元 系统程序存储器；用于存放PLC生产厂家编写的系统程序，系统程序在出厂时已经被固化在PROM或EPROM中。 用户程序存储器。可分为程序存储区和数据存储区，程序存储器用于存放用户编写的控制程序，数据存储区存放的是程序执行过程中所需要的或者所产生的中间数据。 3.2.3 电源单元 3.2.4 输入输出单元 3.2.5 接口单元（对外部设备） 3.2.5 接口单元（对外部设备） 接口单元通常有以下5种： 3.2.6 外部设备 编程设备；除了用于编程，还可对系统作一些设定，以确定PLC的工作方式。 监控设备；将现场数据动态实时显示出来，以便操作人员随时掌握系统运行的情况。 存储设备；用于保存用户数据，避免程序丢失。 输入输出设备。用于接受信号和输出信号的专用设备，例如条码读入器、打印机等。 3.3 可编程控制器的工作原理 3.3.1 可编程控制器的等效电路 PLC的等效电路如下图所示： 3.3.2 可编程控制器的工作过程 输入采样阶段；PLC逐个扫描每个输入端口，将所有输入设备的当前状态保存到相应的存储区。 程序执行阶段；在系统程序的指示下，CPU从用户程序存储区逐条读取用户指令，经解释后执行相应动作，产生相应结果，刷新相应的输出映像寄存器，期间需要用到输入映像寄存器、输出映像寄存器的相应状态。 输出刷新阶段。系统程序将输出映像寄存器中的内容传送到输出锁存器中，经过输出接口、输出端子输出，驱动外部负载。 3.3.2 可编程控制器的工作过程 PLC工作过程的特点总结如下： 3.3.2 可编程控制器的工作过程 当系统规模较大，I/O点数众多，用户程序比较长时，单纯采用上面的循环扫描工作方式会使系统的响应速度明显降低，甚至会丢失、错漏高频输入信号，因此大多数大中型PLC在尽量提高程序指令执行速度的同时，也采取了一些其它措施来加快系统响应速度。例如采用定周期输入采样、输出刷新，直接输入采样、直接输出刷新，中断输入、输出，或者开发智能I/O模块，模块本身带有CPU，可以与主机的CPU并行工作，分担一部分任务，从而加快整个系统的执行速度。 3.4 可编程控制器的硬件基础 3.4.1 可编程控制器的I/O模块 数字量I/O（DI/DO）： 数字量输入单元； 数字量输出单元 。 3.4.1 可编程控制器的I/O模块 数字量输入单元（直流）： 3.4.1 可编程控制器的I/O模块 数字量输入单元（交流）： 3.4.1 可编程控制器的I/O模块 数字量输出单元（继电器式）： 3.4.1 可编程控制器的I/O模块 模拟量输入单元： 模拟量输入信号可以是电压或电流，在选型时要考虑输入信号的范围以及系统要求的A/D转换精度。 3.4.1 可编程控制器的I/O模块 模拟量输出单元： 模拟量输出的过程与输入正相反，它将PL