程控PLC讲义2009085.ppt

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1、可编程序控制系统介绍 编写人：徐昌凯 2009年8月5日,1,目 录,第一章 可编程控器（PLC)的原理和结构 第一节 可编程控制器概述 第二节 可编程控制器产生和发展 第三节 PLC的主要特点及分类 第四节 可编程控制器的基本结构 第五节 可编程控制器的工作原理 第二章 PLC的梯形图软件和组态 第一节 梯形图逻辑结构 第二节 梯形图逻辑元素和标准指令 第三节 系统组态 第三章 PLC的应用 第一节 PC控制系统设计的一般步骤 第二节 电厂辅助系统监控网的程控系统 第三节 程控器装置的维护及故障处理,2,第一章可编程控器（PLC）概述,第一节 可编程控制器概述 可编程序控制器(Program

2、mable Controller)简称PLC(或PC)，它是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置，目前已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。 本世纪20一30年代起，开始采用继电器和接触器等组成的电气控制装置。 50年代采用半导体逻辑组件构成的顺序控制装置和二极管矩阵式顺序控制装置。 60年代，采用计算机技术实现顺序控制功能的可编程序控制器。,接上页,早期的可编程序控制器在功能上以二 进制逻辑运算为主，因此被称为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Control

3、ler，简称PLC)，很多可编程序控制器现在还沿用这一名称。 随着计算机技术的发展，国外一些厂家开始采用(Microprocessor)微处理器作为可编程序控制器的中央处理单元(Central Processing Unit,简称CPU) 。它不仅能进行逻辑运算，而且还能进行各种数字运算、数据处理和N序控制，并能进行模拟量控制。,因此, 美国电器制造协会(简称NEMA)于1978年将它正式命名为可编程序控制器(Progrannmrble Controller)，简称PC注意不要和个人计算机相混淆)，并在其NEMA标准 ICS3一1978文件中的ICS3一304部分，给PC作了如下定义:“PC是

4、一种数字运算操作的电子装置，它使用了可编程序的存储器以存储指令，能完成逻辑、顺序、计时、计数和算术运算等功能;并通过数字式或模拟式输入输出模件，控制各种机械动作或生产过程。可以把一台执行PLC功能的数字计算机看作是PC的范畴。鼓式或类似机械式顺序控制器不属干PC之列。,接上页,接上页,国际电工委员会（IEC）曾于1982年11月颁布了可编程序控制器标准的草案第一稿，1985年1月又发表了第二稿，1987年2月发表了第三稿。该草案对可编程序控制器作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下的应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、

5、计时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入输出模件，控制各种机械动作或生产过程。PC及有关外部设备都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”,PLC是计算机家族中的一员，是以微处理器为基础的工业控制器，具有较强的控制功能，处理速度快，应用灵活、广泛，经济性好，易于调试、维护和扩展。一般使用梯形图语言编程，易于理解和掌握。采用循环处理方式，响应快，适合于实时控制。 目前工业控制系统主要采用DCS控制系统和PLC可编程序控制系统二大主流。DCS系统主要偏重与模拟量控制系统，运算功能强大，但响应速度没有PLC快；而PLC可编程序控制系统主要偏重与开关量逻辑控制

6、，采用循环处理方式，响应速度快，对环境要求低，可在现场环境比较恶劣的情况下运行，其运算功能没有DCS强大。,接上页,一体型CPU本体的外形,多功能通讯口,输入接线端子,电源接线端子,输出接线端子,CPU状态指示灯:RUN、PWR、ERR,I/O LED指示灯,2个模拟电位器,通讯扩展适配器插槽,时钟卡和内存卡插槽,迷你显示单元插槽,24VDC输出接线端子,内置以太网接口（如型号为TWDLCAE40DRF，则有此接口）,固件升级,Modicon Quantum 标准 CPU,434 12U,534 14U,311 10,434 12A,534 14A,Modbus Plus 端口,RS 232

7、Modbus/ASCII 端口,新的入门级的Unity Quantum CPU,Unity 固件可下载到 434 14A和 534 14A 处理器中,向上兼容,Concept的应用程序可以转换到Unity下使用,更强大的处理能力,增加的程序容量,增加的数据内存,增强“低端”CPU的性能,硬件相同，但性能更加优越,RS 232 Modbus/ASCII 端口,Modicon Quantum 高性能 CPU,(热备),671 60,651 60,651 50,Modbus Plus 端口,USB 终端口,Ethernet TCP/IP 端口,RS 232/485 Modbus/ASCII端口,一个

8、USB端口，传输速率高达12Mbauds,出类拔萃的处理能力,一个内置的 Ethernet TCP/IP端口，带web-server,灵活的内存管理，增加的程序和数据的内存容量,多任务操作系统,一款热备CPU ，带专用以太网光纤链路,比 534 14A快大约45倍,Hot Standby 端口,在现代化生产设备中，有大量的开关量、数字量、以及模拟量的控制装置。例如电机的启停、电磁阀的开闭、产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等等。过去，以上的控制主要是用继电器或分立的电子线路来实现。但是随着生产的飞速发展，人们对这些自控装置提出了更通用、易扩展、易维护、更可靠、更经济的要求。可编程序控制器

9、(Programmable Logic Controller)简称PC（或PLC），就是根据上述要求开发出来的。它是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置，目前已被广泛用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。,11,第二节 可编程控制器产生和发展,世界上第一台PLC是1964年由美国数字设备公司(DEC)研制成功的。 。其发展过程大致如下: 1969-1973年是PLC的初创时期。主要为小型机的无触点可编程逻辑控制器。其主要功能仅限于逻辑运算、计时、计数和顺序控制，CPU由中小规模集成电路组成，存

10、储器为磁芯存储器。如Modicon公司的M84,西门子S7-200等等。 1974-1977年是PLC的发展中期。采用8位单片CPU和集成存储器芯片，PLC除了能完成逻辑运算、计时和计数功能外，又增加了数值运算、数据的传送和比较、模拟量的处理和控制等功能，可靠性进一步提高，开始具备自诊断功能。 1978一1983年，PLC进入成熟阶段。采用16位CPU，使PLC也开始朝着大规模、高速度和高性能方向发展。PLC除了采用微处理器及EPROM、EEPROM、CMOS RAM等LS电路外，而且向多微处理器发展，使PLC的功能和处理速度大大增强：PLC所能完成的功能又增加了浮点数运算、平方、三角函数、相

11、关数、查表、列表、脉宽调制变换等；已初步形成了分布式可编程序控制器的网络系统.具有通信功能和远程I/O处理能力，编程语言已经比较规范化和标准化。此外，自诊断功能及容错技术发展迅速，并已普遍应用于PLC之中，使PLC系统的可靠性得到了进一步提高。如：Modicon公司的PC584。,1984年以后，可编程序控制器的规模更大，存储器的容量又提高了一个数量级(最高可达896K)，有的PLC巳经采用了32位微处理器，多台PLC可与大系统一起联成整体的分布式控制系统，在软件方面有的已与通用计算机系统兼容，编程语言除了传统的梯形图（LD)、功能图（FBD)、流程图(SFC)、语句表(STL)等以外，还有用

12、于算术运算的BAS语言、用于机床控制的数控语言等。在人机接口方面，采用了显示信息更多更直观的CRT，完全替代了原来的仪表盘，使用户的编程和操作更加方便灵活。PLC的/O模件一方面发展自带微处理器的智能I/O模件；另一方面，增大了/0点数，以适应控制范围的增大和系统的AD、D/A、通信和其他特殊功能模件的需要。同时，各PLC生产厂家也注意提高I/O的密集度，生产高密度的I/O模件(所谓高密度是指在一块I/O模件上有32点或64点的I/O点)，以节省空间，降低系统的成本。,目前，为了适应各种生产过程控制的不同需要，进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，PLC正朝着两个方向发展： 其一是向大型

13、化、复杂化、多功能、分散型、多层分布式工厂全自动网络化方向发展。如汽轮机控制系统(TGC)；电厂辅网控制系统等。 其二是向简易、超小型方向发展。国外许多厂商正在开发简易经济的超小型PLC，以适应单机控制的“机电一体化”。 从PLC的发展趋势看，PLC控制技术将成为今后工业自动化的主要手段之一。在未来的工业生产中，PLC技术和机器人、CAD/CAM技术将成为实现工业生产自动化的三大支柱。,第三节 PLC的主要特点及分类,一、PLC的主要特点 抗干扰能力强，可靠性高。工业生产过程的环境往往比较恶劣，由于PLC采用了大规棋集成电路，器件的数量少，且大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成。在硬件设计

14、和电源设计时采取了屏蔽、滤波和隔离等抗干扰措施，系统采用模件式结构，分散了危险性。为适应工业现场的恶劣环境，PLC在设计时允许电压波动士15%;允许环境温度为-10一55;，允许空气相对湿度为15%95%，无凝露;并且具有抗振荡、杭震动、抗噪声、抗射频、抗电磁干扰的能力。 编程、操作简单方便。PLC是面向工业企业中一般电气工程技术人员的； 编程语言采用类似于继电器控制电路的梯形图或面向工业控制的简单指令形式。在普通微机上操作，只须在厂家提供的专用编程软件环境中进行编程，如：Modicon公司Concept软件，操作都采用菜单方式，编程工作简单并具有软件自动查错功能。,PLC的主要特点及分类,采

15、用模件式结构，通用性好，灵活性大，维修方便。PLC通常采用模件式结构,根据控制系统要求，可以像搭积木一样，将各种功能模件组合起来，构成不同要求的控制系统。当需要变更控制系统时，可以方便地在原系统中添加或撤除相应的模件，具有较大的灵活性。当控制逻辑要求修改时，可以用在线或离线修改程序。此外，每个模件均有状态指示，当一块模件发生故障时，可以在线更换损坏的模块。 有较强的控制功能和驱动能力。现代PLC不仅具有逻辑运算、计时、计数、步进控制等功能，而且还能完成A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、矩阵运算以及通讯联网，生产过程监控等功能。PLC的I/O模件具有较强的驱动能力，可以直接与不同的电压等级

16、输入输出相连接，输出可直接驱动之2A以下的负载，而且PLC也有TTL和CMOS电平输入输出模件，可以直接驱动TTL和CMOS电平的设备 易于实现机电一体化.,PLC的主要特点及分类,二、PLC的分类 程序控制装置根据工作原理分为基本逻辑型、时间程序型、步进型和计算型。按功能分为固定接线型、通用型和可编程序型。目前，PLC的品种繁多，型号和规格也不统一。各种产品的结构形式、输入输出方式、I/O点数、CPU种类、存储器种类、容量以及功能范围等都各不相同，很难详细地划分它们的类别。通常只能根据结构形式、I/O点数以及功能范围三方面来大致划分。 按结构形式分类。PLC可分为整体式和模件式两类。 整体式

17、PLC：将CPU、存储器、电源、I/0部件等集中装配成整体。 模件式PLC：(又称积木式PLC)把PLC的各组成部分如CPU,存储器、输入输出单元、电源等做成单独的模件，然后组装在带有插座的机架内。 按I/O点数分类 按照I/O点数的不同，PLC可分为小型、中型、大型三类。 小型PLC:I/0点数详256点以下。 中型PLC;I/O点数在256点以上、2048点以下。 大型PLC;1/0点数在2048点以上。,PLC的主要特点及分类,按功能分类。其中又分为低档、中档、高档三类。 1、低档机具有逻辑运算、计时、汁数、移位及自诊断、监控等基本功能，还能增加少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送、

18、远程I/O、通信等功能。 2、中挡机除具有低档机的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远I/O、子程序、通信联网等功能。还增加了中断控制、PID回路控等功能。 3、高档机除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算（32位双精度加、减、乘、除和比较)、矩阵运算、位逻辑运算(置位、位清除、右移、左移)、平方根运算以及其他特殊功能函数的运算、表格传送及表格功能等。高档机具有更强的通信联网功能，可用于大规模的过程控制，构成全PLC的分布式控制系统或整个工厂的自动化网络。 三、PLC的应用 PLC的主要应用场合有：开关量逻辑控制、闭环控制系统、机械加工 的数字控制

19、、分布式控制系统、机器人控制。,PLC实际上是一种用作动自控制的专用工业控制计算机，其组成与微机相似，也包括硬件和软件两部分。 一、PLC的硬件组成 PLC主要由以下几部分组成，主要包括控制器主机、输入模块和输出模块三部分。其中控制器主机由CPU、存储器、总线及电源等组成，输入模块主要由模拟量和开关量输入模块组成，输出模块主要由模拟量和开关量输出模块组成。其结构如图所示： 输入：从外部取入信息； 输出：将运算结果输出给外部； 存储器：记忆系统和用户程序及数据； 处理器(CPU)：执行用户程序，读取输入信息，经运算后输出； 电源：向各部分提供电源； 编程器：用于编程及监控、调试程序； 外部处理设

20、备：用于触摸屏或智能仪表； 被控对象：现场就地控制设备。,19,第四节 可编程控制器的基本结构,可编程控制器的结构,可编程控制器在结构上主要包括： 1、处理器：是核心部件，执行用户程序及相应的系统功能。 2、存储器：存储系统程序、用户程序及工作数据。 3、输入输出卡件。是可编程控制器与现场联系的通道。 4、电源：向PLC系统各部分供电。 5、内部总线：PLC内部各部分相互联系的通道,21,可编程控制器的基本结构图,图1一1是PLC的基本组成方框图,中央处理单元(CPU),1.中央处理单元(CPU) 它是可编程序控制器的核心部分，它的主要任务是按一定的规律或要求读入被控对象的各种工作状态，然后根

21、据控制程序的要求处理有关数据，最后再向被控对象送出相应的控制(驱动)信号。它与被控对象之间的联系是通过各种I/模件来实现的。PLC的CPU主要完成下面各项任务： 接收并存储从编程器键入的用户程序和数据，并将它们存入用户存储区； 用扫描的方式接收现场输入设备的状态或数据，并存入输入状态表或数据寄存器中； 诊断PLC内部工作状态和编程过程中的语法错误等； PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经过指令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路，分时、分渠道地执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等操作，完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务；,中央处理单元(

22、CPU),根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出状态表的内容，再由输出状态表的位状态或数据寄存器有关内容，实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。 PLC常用的中央处理器芯片主要采用通用微处理器、单片机或双极形位片式微处理器。常用的通用微处理器是8位机和16位机，有的PLC如Mindicon Quantum系列PLC已采用80486等高档微处理器。 在小型PLC中，大多采用8位微处理器和单片机;在中型PLC中，大多采用16位微处理器或单片机;在大型PLC中，大多采用高速位片机和32位的微处理器，如Mindicon Quantum系列的PLC。一般的中型PLC多为双处理器系统，其中一个是字处理

23、器，另一个是位处理器。字处理器为主处理器，多为8位或16位的处理器，它主要处理字节操作指令、控制系统总线、内部计数器和定时器，监视扫描时间，统一管理编程接口，同时协调位处理器及输入输出；位处理器为从处理器，它的主要作用是处理位操作指令和在机器操作系统的管理下，实现PLC编程语言向机器语言的转换，是加快PLC工作处理速度的关键所在。,存储器(Memory),2、存储器(Memory PLC配有系统存储器和用户存储器。系统存储器用来存储系统程序，系统程序不需要用户干预。用户存储器用来存储通过编程器输入的用户程序。 中小型PLC的用户存储器，其存储容量一般在8K8以下；大型PLC，如美国Modico

24、n Quantum PLC，其存储容量已达4MB,程序内存1024KB。通常，用户程序中，继电器接点占一个字节的容量，计时器、计数器和某些子功能需占用二个字节以上，而其他一些复杂的功能指令占用的字节容量更大。 目前，PLC常用用户存储器的有CMOS RAM存储器、EPROM和EPRQM存储器。 用户存储器一般分为程序存储区和数据存储区。程序存储区用以存储用户程序。数据存储区用以存储输入、输出、内部接点和线圈的状态以及特殊功能要求的有关数据。,输入/输出模件(Input/Output Module),3.输入/输出模件(Input/Output Module) I/模件是CPU单元与现场I/0设

25、备或其他外部设备之间的接口。I/模件把外部输入的电信号转换成可以由CPU处理的逻辑电平，并把CPU输出的控制信号转换成控制相应用户设备的电平，它还提供CPU与现场设备之间的电气隔离，通常I/O模件还具有I/O状态显示和I/O接线端子排。根据控制系统的规模，I/O模件可以和CPU放在一起，也可以远程放置。PLC一般都提供各种操作电平和输出驱动能力的I/模件以及各种用途的I/O功能模件供用户选用，常用的/模件有下列几种类型: 开关量I/O模件：开关量/模件常见的操作电平为DC5V（TTL）、24V, 48V, 60V，AC48V,110V和220V等，模件上点的密度一般有4、8、16、32、48和

26、64点等；开关量I/O模件采用光电耦合器或隔离变压器将来自现场的输入信号或驱动现场设备的输出信号与CPU完全隔离开来，以防止外部干扰引起误动作或故障。多数PLC都提供有继电器触点输出型的输出模件，以满足要求无源输出的应用条件。图1-2图1-.6为各种开关量/0模件信号输入输出电路的原理图。,输入/输出模件(Input/Output Module),输入/输出模件(Input/Output Module),输入/输出模件(Input/Output Module),输入/输出模件(Input/Output Module),开关量I/O模件的外部接线分汇点式接线和分隔式接线两种基本形式。在汇点式接线

27、可以将全部I/O点分为几组，每组有一个公共端和单独的一个电源，直流输入模件的电源一般由PLC内部电源供给，交流输入模件的电源由用户提供，对于输出模件，负载电源必须由用户提供。图1一7，图1一10表示了开关量工/0模件的几种外部接线方式。,输入/输出模件(Input/Output Module),输入/输出模件(Input/Output Module),模拟量I/0模件 模拟量输入信号按IEC标准为420mA的电流信号，或15V、-1010V、010V的直流电压信号，这些模拟量信号在电平转换和预处理后，经多路开关和采样/保持器送入A/D转换器，转换成8位、10位、12位或16位的二进制数字信号，

28、待CPU进行处理。为了防止干扰信号，通常设置有光电隔离器，模件的点密度一般有2、4和8点，有的模件达到16点。 模拟量输出模件是将CPU输出的二进制数字信号经D/A转换器转换成相应的模拟量信号(420mA的电流信号或是010V、15V的直流电压信号)作为输出，以提供给外部设备，模拟量输出模件的点密度通常为2一4点/块。目前有的模件达到8点。,智能I/O模件和特殊功能模件,4.智能I/o模件和特殊功能模件 智能I/O模件：中型和大型的PLC除具有上述两种常用的I/O模件外，还提供一些智能I/O模件，如高速计数器模件、位置控制器模件、热电偶或热电阻(带冷端补偿)直接输入模件、闭环系统控制模件、轴定

29、位模件和编码器等，用以满足控制过程中的特殊要求，同时可以减少CPU的工作量。智能I/O模件带有微处理器和控制软件，可以单独工作。 特殊功能模件： 特殊功能模件一般是指为了完成系统的特殊功能所必须的模件，如远程I/O模件、通信控制模件、网络控制模件、冗余处理器模件、图形显示协处理器模件、ASCII/BASIC模件和编程协处理器模件等。,编程器(Programmer),5.编程器(Programmer) 编程器用来对用户程序进行编制、编辑、调试和监视，还可以通过其键盘调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过特定的接口与CPU联系，进行入机对话。一般中小型PLC的编程器由键盘和显示器组成，显

30、示器多采用液晶或发光二极管，键盘由编程指令的专用功能键组成。目前大、中、小型 PLC的编程器一般由一台工业计算机或带有专用接口卡的微机构成，通常可以带键盘、CRT显示器、磁盘驱动器、打印机等设备，通过专用的编程支持软件(如MODIODN系列PLC的系统软件Concept)，以人机对话的方式直接在CRT上进行用户程序的编制、编辑和调试。程序的编制可以在线也可以离线。另外，编程器还可以在线监视PLC系统的运行，在程序运行过程中能对计时器、计数器的计时或计数常数以及其他一些参数作必要的修改和强制。目前，愈来愈多的PLC产品使用微机作为编程器。,电源及其他外设,6、电源(Power Supply) P

31、LC中的电源一般有三类，一类是供PLC中TTL芯片和集成运放(通常是CPU中的各模件)使用的基本电源;第二类是供输出模件使用的高电压大电流的功率电源；第三类用于存储器的锂电池及其充电电源。 7、外部设备(External Device) PLC也可以选配其他设备如盒式磁带机、打印机、EPROM写入器、彩色图形监控系统和人机接口单元等外部设备。 8、机架(Rack) 机架用来安装PLC系统的各种模件，通常一个大型PLC系统可以包括几个或十几个机架。系统中机架的数量取决于系统的分布、I/O点数以及所需模件的数量和种类。机架通常分为CPU机架和I/O机架两类，CPU机架主要安装PLC的主机，包括各种

32、控制模件和特殊功能模件，有的机型亦可以安装部分I/O模件；I/O机架只能用来安装I/O模件和一些特殊功能模件，不能安装PLC的主机。机架通常带有电源，同一种类的机架一般按模件安装槽位的数量不同而有不同的型号。如dicon的Quantum系列的2、3、4、6、10、16槽机架。,硬件介绍,主要介绍MODICON公司的CPU、电源、机架及特点 CPU有单槽和双槽之分，主要取决于CPU选型的大小和性能决定的； 电源的选举要结合硬件设备的电源负荷大小选择； 机架的选择要考虑备用槽口，为系统扩展留有余地。,Unity Quantum CPU,特点 共六种CPU 31110、65150、65160、671

33、60(热备) 43412U、53414U 强大的处理能力 CPU主频 增加程序和数据存储容量 程序执行时间更短 多任务操作系统 编程灵活、简单 支持主任务、快速任务、事件任务、辅助任务 采用LCD显示屏和键盘方式 集成更多的通讯端口,(热备),671 60,651 60,651 50,Modbus Plus 口,USB 口,Ethernet TCP/IP 口,RS 232/485 Modbus/ASCII 口,USB 口的传送速度可达 12 Mbps,超强的处理能力,内置 Ethernet TCP/IP 口和 web 服务器,灵活的存储卡增加程序和数据容量,多任务操作系统,热备 CPU 带光纤

34、以太网连接,采用Pentium II芯片 CPU主频：可达266MHz,热备口,双槽CPU,434 12U,534 14U,311 10,Modbus Plus 口,RS 232 Modbus/ASCII 口,434 14A 和 534 14A 的固件可以升至 Unity 处理器,Concept 应用程序转换成 Unity 应用,RS 232/485 Modbus/ASCII 口,单槽CPU,31110 486/66MHz, 2M SRAM, 2MB&1MB+,434 12A,534 14A,单槽CPU,43412 486/66MHz, 2M SRAM, 2MB&1MB+,53414 486/

35、66MHz, 2M SRAM, 2MB&1MB+,电源模块,独立电源模块 适用于电流消耗较少，可靠性要求较低的场合 可累加电源模块 适用于电流消耗较大的场合 冗余电源模块 适用于电流消耗较大，可靠性要求较高的场合 常用电源模块 独立电源： 140CPS11100 115/230VAC 3A 140CPS21100 24VDC 3A 可累加电源：140CPS11420 115/230VAC 11A 140CPS21400 24VDC 8A 冗余电源： 140CPS12420 115/230VAC 11A 140CPS22400 24VDC 8A,Unity Quantum硬件组成,硬件组成 背板

36、总线(机架) 电源模块 CPU模块 IO模块、智能模块 远程、分布IO模块 通讯模块,带电插拔特点,带电插拔特点 所有模板支持带电插拔（包括CPU、电源） 带电插拔不影响背板和模板的性能以及系统的运行 通过模板电子ID，保证系统的可靠性和安全性,开关量模块,开关量模块 各种电压等级 5VDC、24VDC、1060VDC、125VDC 24VAC、48VAC、115VAC、230VAC 各种点数要求 8、16、32、96点 继电器输出模板 触电容量 5A/点 开关量输入,灵活的背板总线,灵活的背板总线 六种背板：2、3、4、6、10、16 背板总线通讯速率可达80Mbps 背板总线通讯速率最快

37、通讯速率统一，与背板总线槽位无关 所有模板在背板总线上可以任意安装 所有模板支持带电插拔 全面支持100Mbps以太网 所有背板采用统一的背板总线 背板总线支持Quantum全部模板 LIO、RIO、DIO采用统一的背板,预接线系统,预接线系统 安装简单、接线方便 减少故障点 缩短维护时间 端子块 10种定制的端子块 支持数字量和模拟量I/O 可选的单独的保险丝 50 针 D型 连接头 每线提供终端点 现场电源分配的预配置 连接电缆 标准电源线，小于1/2 A 高电能线 ，2 A每点 长度：0.9米到 3.7米 XTS连接器的颜色区分接线 支持数字量和模拟量,端子块,连接电缆,预接线系统,本征

38、安全型模块,本征安全型模块 适用于高爆、安全性要求较高场合 IO采用隔离栅，降低设计安装成本 内部公共点相互连接 模板使用背板电源为现场仪表供电 5VDC/24VDC转换器 采用专用蓝色IP20接线端子 常用模板 8点VDC开关量输入：140 DII 330 00 8点 VDC 开关量输出：140 DIO 330 00 8通道RTD/TC输入：140 AII 330 00 8通道电流模拟量输入：140 AII 330 10 8通道电流模拟量输出：140 AIO 330 00,第五节 可编程序控制器的工作原理,PLC的工作过程是基于扫描原理进行的。扫描是指CPU分时执行各 种任务的方式，这些任务

39、包括读输入状态、执行梯形图逻辑程序、刷新 输出状态、外设服务和系统自检等。CPU执行完一次上述任务就构成了 一个CPU扫描周期，然后再从头开始扫描，并周而复始地重复下去。对 于一个给定的PLC，其每次CPU扫描所需要的时间基本上是一个常数或 是在一个可以预先确定的范围内(程序的长短和复杂程度会给CPU扫描时 间带来差异)，因此在PLC中常采用一种称之为“看门狗”(Watchdog)的计 时监视器来监视PLC的实际工作周期是否超出预定的时间.从而粗略地确 定PLC是否正常工作，避免PLC在执行程序的过程中进入死循环，或PLC执行非预定的程序而造成系统故障。一旦CPU扫描时间超出预定的时间范围，C

40、PU就停止运行。 一、CP扫描周期中的三个主要阶段 在PLC的CPU扫描周期中，对用户程序的执行一般分为读输入、执 行梯形图逻辑程序和刷新输出三个阶段，如图1-15所示。,第五节 可编程序控制器的工作原理,二、扫描原理 PLC采用循环扫描的方式进行，循环扫描一次所用的时间称为一个扫描周期。扫描周期的长短由CPU指令执行速度、用户程序长短、有无外围设备与PLC交换信息等多种因素决定，扫描周期的长短直接影响输入、输出的响应速度。 PLC的I/O响应时间是指从输入信号发生变化到相应的输出单元发生变化所需要的时间。一般I/O响应时间大于一个扫描周期且小于两个扫描周期。 一个扫描周期由以下几部分组成：

41、内部处理：系统检测程序存储器容量、实时时钟当前值的修改、状态 指 示灯的改变、检测PLC运行/停止的变化、检测其它系 统参数，处理自编程端口的请求。 读取输入信息：将输入信息读入存储器 程序处理：用户程序的执行 输出值刷新：刷新输出信号,PLC一个扫描周期的图例如下：,内部处理,读取输入信息,程序执行,输出刷新,RUN,STOP,三、 I/O映象区响应时间,输入采样阶段：在读输入阶段， PLC以扫描方式依次读入所有输入状态和数据，并将它们按其编号存入相应的寄存器(称为输入映象存储区)中。在该CPU扫描周期中，这些寄存器中的内容不会改变，它们只有在下一个CPU扫描周期中的读输入阶段才被刷新。输入

42、采样结束后，进入扫描执行用户程序阶段和更新输出映象区阶段。在这两个阶段，即使输入状态变化，输入映象区的数据不会改变。因此如输入信号是脉冲性质，则脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证此信号被正确读入。 用户程序执行阶段：读进输入状态之后,PLC开始执行梯形图逻辑程序，CPU从梯形图逻辑程序的顶部开始扫描用户的梯形图逻辑，并按照从左到右、从上向下的顺序进行扫描。同时，从输入映象存储区中读入执行各逻辑指令所需要的输入状态，然后进行由程序确定的逻辑运算或其它数学运算，其运算结果将会改变与输出编号相应的寄存器(称为输出映象存储区)中的。但是，这个结果在整个程序未执行完毕前不会被送到输出模件的端子

43、上。 因此在用户程序执行过程中，只有输入I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软元件在输出I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化。另外，先扫描到的梯形图，其程序执行结果会对后扫描到的并且用到过这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，后扫描到的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对其前面的程序起作用。,I/O映象区响应时间,输出刷新阶段：当扫描用户程序结束后， PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出电路，再经输出电路驱动相应的外设，使输出模件端子上的信号变为本次CPU扫描周期中程序运行

44、结果的实际输出，这就是PLC的真正输出。 上述三个阶段构成了PLC的CPU扫描周期的主要部分。除此以外，在一个PU扫描周期中还包括系统自检和外设服务两部分。 PLC的I/O响应时间：为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制， PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。以上两个主要原因，使得PLC得I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统慢很多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。 I/O响应时间是指：从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的

45、时间。其最短的I/O响应时间与最长的I/O响应时间如下图所示：,扫描时间,最短I/O响应时间：,最长I/O响应时间：,最长I/O响应时间：,四、CPU扫描周期中包括的其他内容 每一次程序扫描开始之前，都要进行系统自检。系统自检包括各硬件设备的故障检测、存储器测试、CPU测试、系统软件的校验和总线的动态检测等。如果出现异常，PLC将在作出相应处理后停止运行;如果未出现异常，则执行程序扫描。 外设服务：如果系统中包括有操作员站、编程器、数据处理单元、通信模件或其他特殊功能模件，则在一个CPU扫描周期中，更新完所有输出后将进行外设服务。 PLC采用上述周期扫描方式运行，对提高系统的可靠性是大有好处的

46、，但是它可能会导致输出对输入在时间上的滞后，从而影响控制的严格实时性。下面举例说明这个问题。 在图1一16所示的梯形图中，若在第一个扫描周期内，接点400的闭合信号在输入采样阶段被读入输入映像存储区中，则在执行程序时，继电器线圈430闭合，而继电器线圈100所在的梯级先于继电器线圈430所在的梯级，因此在这一个扫描周期中继电器线圈100不能闭合，而继电器线圈101所在梯级在继电器线圈430之后，所以它能闭合。 在第二个扫描周期内，若接点400仍保持闭合状态，则继电器线圈430和101也将保持闭合状态，而继电器线圈100将在这个扫描周期中闭合。因此继电器线圈100的闭合滞后于接点400动作的时间

47、为一个扫描周期。,容易推出，如果接点400的闭合时间落在第一个扫描周期中的输入采样阶段之后，则继电器线圈430和101的闭合也要滞后于接点400的动作一个扫描周期，而继电器线圈100则要滞后两个扫描周期。 可见，由于PLC采用周期扫描方式运行，会造成输出相对输入滞后的现象。除此以外，下面几种原因也会产生滞后现象: 程序语句的安排顺序不合理; 输入滤波器有时间常数; 输出继电器的影响。 一般说来，PLC中输出响应输入的最大滞后时间约为2一4个CPU扫描周期，这种延时滞后的直接后果是控制的“非实时”性，因此用户在编程时应充分考虑到这个因索，尽量避免滞后现象的发生或缩小滞后时间。,图1-16输出滞后

48、的示例梯形图,五、PLC如何取代传统的继电器、接触器控制电路,最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的： 继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）都会立即同时动作。 PLC则采用顺序扫描执行用户程序的工作方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等程序扫描到该触点时才会动作。 为了消除二者之间由于工作方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在 100ms以上，而PLC扫描用户程

49、序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的工作方式-扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合 ，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。 图解说明PLC是如何取代传统的继电器、接触器控制电路,A1,A2,KM1,KM1,A3,A4,KM2,KM2,电机的继电器控制原理接线图,电机的继电器控制原理接线图：启动、停止按钮和控制电机 的接触器通过硬接线连接在一起。,PLC系统控制电机原理图,PLC系统电机启、停控制电路原理接线图： 电机的启动、停止按钮连接到PLC的输入模块 端，接触器线圈连接到PLC的输出模块端。,PLC梯形图程序,Q2,I3,I4,Q2,I1,I2,Q1,Q1,电机的启、停控制逻辑通过梯形图程序实现。,第二章 PLC的梯形图软件和组态,第一节