PLC的硬件系统.pptx

专题专题 3 PLC硬件系统硬件系统3.1 PLC3.1 PLC的内部结构的内部结构3.2 PLC3.2 PLC的外部接线的外部接线3.1 可编程控制器的基本组成可编程控制器的基本组成1 控制组件控制组件 PLCPLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构 主要由主要由CPUCPU、存储器、基本、存储器、基本I/OI/O接口电路、外设接口、编接口电路、外设接口、编程装置、电源等组成程装置、电源等组成输输出出设设备备输输入入设设备备 I/OI/O扩展扩展 单元单元 特殊功特殊功 能单元能单元主机主机输输出出单单元元输输入入单单元元 电电 源源外外设设接接口口I/O/O扩扩展展口口存存 储储 器器 系统程序系统程序 存储器存储器CPU 用户程序用户程序 存储器存储器盒式磁带机盒式磁带机打印机打印机EPROMEPROM写入器写入器 上位计算机上位计算机 PLCPLC编程器编程器可编程终端可编程终端PTPT整体式整体式PLC的基本组成框图的基本组成框图中央处理单元（中央处理单元（CPU）一般由控制器、运）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。它按扫描方式工作，不断的采集输入信片上。它按扫描方式工作，不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。号，执行用户程序，刷新系统的输出。1 1、CPUCPU单元单元作用：作用：诊断诊断PLCPLC电源、内部电路的工作状态及编制程电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。序中的语法错误。采集现场的状态或数据，并送入采集现场的状态或数据，并送入PLCPLC的寄存器的寄存器中。中。逐条读取指令，完成各种运算和操作。逐条读取指令，完成各种运算和操作。将处理结果送至输出端。将处理结果送至输出端。响应各种外部设备的工作请求。响应各种外部设备的工作请求。存储器存储器用于存放系统程序、用户程序和运行中的数据。包用于存放系统程序、用户程序和运行中的数据。包括只读存储器括只读存储器(ROM)和随机存取存储器和随机存取存储器(RAM)。2 2、存储器、存储器 RAM：随机存储器，可读可写，没有断电保持功能。随机存储器，可读可写，没有断电保持功能。ROM：只读存储器，只读，不能写。只读存储器，只读，不能写。EPROM：可擦除程序的只读存储器，用紫外线照射芯片上的可擦除程序的只读存储器，用紫外线照射芯片上的透镜窗口，可以擦除已写入的内容，而写入新的程序。透镜窗口，可以擦除已写入的内容，而写入新的程序。EEPROM：可电擦除的只读存储器，兼有可电擦除的只读存储器，兼有ROM的非易的非易失性和失性和RAM的随机存取的优点。的随机存取的优点。ROM存放系统程序存放系统程序RAM存放用户程序存放用户程序3.输入输出接口电路输入输出接口电路 输入输出接口输入输出接口是是PLC与工业控制现场各类信号连接的部分。与工业控制现场各类信号连接的部分。输入接口输入接口用来用来接受接受生产过程的各种参数（生产过程的各种参数（输入信号输入信号）。）。输输出出接接口口用用来来送送出出可可编编程程控控制制器器运运算算后后得得出出的的控控制制信信息息（输输出信号），并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。出信号），并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。为为了了适适应应可可编编程程控控制制器器在在工工业业生生产产现现场场的的工工作作，对对输输入输出接口有二个主要的要求：入输出接口有二个主要的要求：良好的抗干扰能力（良好的抗干扰能力（电隔离和滤波作用电隔离和滤波作用）能满足工业现场各类信号的匹配要求能满足工业现场各类信号的匹配要求+PLCIn+24V1）输入接口电路：）输入接口电路：采用采用光电耦合器，防止强电干扰光电耦合器，防止强电干扰输入端子输入端子发光二极管发光二极管光电三极管光电三极管发光二极管发光二极管COM直流电源直流电源直流输入电路直流输入电路M+5VLEDSR3R1AR2CT 内内 部部 电电 路路滤波滤波 光电耦合光电耦合外部开关外部开关输入点的输入点的状态显示状态显示输入点输入点公共端公共端 输出接口电路，其作用是把输出接口电路，其作用是把PLC的内部信号转换成现场的内部信号转换成现场执行机构的各种信号。执行机构的各种信号。输出接口电路输出接口电路 考虑负载的驱动电源时，还需选择输出器件的类型。考虑负载的驱动电源时，还需选择输出器件的类型。继电器型继电器型的输出接口，可用于的输出接口，可用于交流及直流两种电源交流及直流两种电源，接通和断开的频率低，带负载能力强接通和断开的频率低，带负载能力强；晶体管型晶体管型的输出接口有较高的接通断开频率，但只适的输出接口有较高的接通断开频率，但只适用于用于直流驱动直流驱动的场合；的场合；可控硅型可控硅型的输出接口仅用于的输出接口仅用于交流驱动交流驱动的场合，适用快速、的场合，适用快速、频繁动作和大电流的场合。频繁动作和大电流的场合。（1）小型继电器输出）小型继电器输出图图1-31-3所示电路工作原理是：当内部电路的状态为所示电路工作原理是：当内部电路的状态为1 1时，使时，使继电器继电器K K的线圈通电，产生电磁吸力，触点闭合，则负载得的线圈通电，产生电磁吸力，触点闭合，则负载得电，同时点亮电，同时点亮LEDLED，表示该路输出点有输出。当内部电路的，表示该路输出点有输出。当内部电路的状态为状态为0 0时，使继电器时，使继电器K K的线圈无电流，触点断开，则负载的线圈无电流，触点断开，则负载断电，同时断电，同时LEDLED熄灭，表示该路输出点无输出。熄灭，表示该路输出点无输出。（2）大功率晶体管输出）大功率晶体管输出工作原理是：当内工作原理是：当内部电路的状态为部电路的状态为1时，时，光电耦合器光电耦合器T1导通，导通，使大功率晶体管使大功率晶体管VT饱和导通，则负载饱和导通，则负载得电，同时点亮得电，同时点亮LED，表示该路输，表示该路输出点有输出。当内出点有输出。当内部电路的状态为部电路的状态为0时，时，光电耦合器光电耦合器T1断开，断开，大功率晶体管大功率晶体管VT截截止，则负载失电，止，则负载失电，LED熄灭，表示该熄灭，表示该路输出点无输出。路输出点无输出。当负载为电感性负当负载为电感性负载，载，VT关断时会产关断时会产生较高的反电势，生较高的反电势，VD的作用是为其提的作用是为其提供放电回路，避免供放电回路，避免VT承受过电压。承受过电压。（3）双向晶闸管输出）双向晶闸管输出图图1-5双向晶闸管输出形式双向晶闸管输出形式4.电源电源可编程控制器使用可编程控制器使用220V交流电源或交流电源或24V直流电源。直流电源。电源单元的作用是把外部电源（电源单元的作用是把外部电源（220V的交流电源）的交流电源）转换成内部工作电压。外部连接的电源，通过转换成内部工作电压。外部连接的电源，通过PLC内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交流内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交流/直流直流供电电源转化为供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（直内部电路需要的工作电源（直流流5伏、正负伏、正负12伏、伏、24伏），并为外部输入元件伏），并为外部输入元件（如接近开关）提供（如接近开关）提供24V直流电源（仅供输入端点直流电源（仅供输入端点使用），而驱动使用），而驱动PLC负载的电源由用户提供。负载的电源由用户提供。5.I/O单元及单元及I/O扩展接口扩展接口 lI/O单元单元可分为模拟量可分为模拟量I/O单元、数字量单元、数字量I/O单元两大类。根单元两大类。根据输入单元形式的不同，可分为基本据输入单元形式的不同，可分为基本I/O单元、扩单元、扩展展I/O单元两大类单元两大类 I/OI/O扩展接口扩展接口 可编程控制器利用可编程控制器利用I/OI/O扩展接口使扩展接口使I/OI/O扩展单元扩展单元与与PLCPLC的基本单元实现连接，当基本的基本单元实现连接，当基本I/OI/O单元的单元的输入或输出点数不够使用时，可以用输入或输出点数不够使用时，可以用I/OI/O扩展单扩展单元来扩充开关量元来扩充开关量I/OI/O点数和增加模拟量的点数和增加模拟量的I/OI/O端端子子6、外设接口外设接口 外设接口电路用于连接手持编程器或其他图形编外设接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能通过外设接口组成程器、文本显示器，并能通过外设接口组成PLC的控制网络。的控制网络。PLC通过通过PC/PPI电缆或使用电缆或使用MPI卡卡通过通过RS-485接口与计算机连接，可以实现编程、接口与计算机连接，可以实现编程、监控、连网等功能。监控、连网等功能。3.2.1 数据结构数据结构v十进制数（十进制数（DEC:DECimal number），常用于：），常用于：定定时时器器/计计数数器器的的设设定定值值；辅辅助助继继电电器器（M）、定定时时器器（T）、计计数数器器（C）、状状态态（S）等等软软元件的地址号；元件的地址号；应应用用指指令令的的数数值值型型操操作作数数及及指指令令动动作作常常数数（K）。）。v十六进制数（十六进制数（HEX:HEXdecimal number）v 与与十十进进制制数数一一样样，用用于于指指定定应应用用指指令令的的数数值值型型操操作作数数及及指令动作常数（指令动作常数（H）。）。v二进制数（二进制数（BIN:BINary number）v PLC内内部部数数据据类类型型，通通过过外外设设进进行行监监视视时时，各各软软元元件件的的数值自动变换为十进制数或十六进制数。数值自动变换为十进制数或十六进制数。v八八进进制制数数（OCT:OCTal number）用用于于输输入入继继电电器器和和输出继电器的软元件编号。输出继电器的软元件编号。输输入入继继电电器器用用I0.0I0.7、I1.0I1.7、I2.0I2.7等八进制格式进行编号；等八进制格式进行编号；输输 出出 继继 电电 器器 用用 Q0.0Q0.7、Q1.0Q1.7、Q2.0Q2.7等八进制格式进行编号。等八进制格式进行编号。在计算机中使用的都是二进制数，其最基本的在计算机中使用的都是二进制数，其最基本的存储单位是位存储单位是位(bit)(bit)，8 8位二进制数组成位二进制数组成1 1个字节个字节(Byte)(Byte)，其中的第其中的第0 0位为最低位位为最低位(LSB)(LSB)，第，第7 7位为最高位为最高位位(MSB)(MSB)，如图，如图0-30-3所示。所示。两个字节（两个字节（1616位）组成位）组成1 1个个字字(Word)(Word)，两个字（，两个字（3232位）组成位）组成1 1个双字（个双字（DoubleDouble wordword），如图），如图0-30-3所示。把位、字节、字和双字占用所示。把位、字节、字和双字占用的连续位数称为长度。的连续位数称为长度。3.2.2 CPU224型型PLC端子介绍端子介绍基本输入端子基本输入端子CPU224CPU224输入电路参见下图输入电路参见下图3-23-2 CPU224的主机共有的主机共有14个输入点（个输入点（I0.0I0.7、I1.0I1.5）和）和10个输出点（个输出点（Q0.0Q0.7，Q1.0Q1.1），在编写端子代码时采用八进制，没有），在编写端子代码时采用八进制，没有0.8和和0.9。CPU224输入电路参见图输入电路参见图2-2，它采用了双，它采用了双向光电耦合器，向光电耦合器，24V直流极性可任意选择，系统设直流极性可任意选择，系统设置置1M为输入端子（为输入端子（I0.0I0.7）的公共端，）的公共端，2M为为（I1.0I1.5）输入端子的公共端。）输入端子的公共端。基本输出端子图3-3 PLC晶体管输出输出端子图3-4 继电器输出形式PLC输出端子交流电源系统的外部接线 直流电源系统的外部接线直流电源系统的外部接线相关指令讲解相关指令讲解1.位加载及线圈输出指令位加载及线圈输出指令1 1）LD(Load)LD(Load)：装装载载指指令令，用用于于常常开开触触点点与与左左母母线线连连接接，每每一个以常开触点开始的逻辑行都要使用这一指令。一个以常开触点开始的逻辑行都要使用这一指令。2 2）LDNLoadNot)LDN(LoadNot)：装载指令，用于常闭触点与左母线装载指令，用于常闭触点与左母线连接，每一个以常闭触点开始的逻辑行都要使用这一指令。连接，每一个以常闭触点开始的逻辑行都要使用这一指令。3）=(OUT)：输出指令：输出指令,对应梯形图为线圈输出对应梯形图为线圈输出指令格式指令格式LAD STLLD I0.0=Q0.0 LDN I0.0=M0.0v触点代表触点代表CPU对存储器的读操作，用户程序中，触点可以对存储器的读操作，用户程序中，触点可以使用无数次。使用无数次。OFF1I0.0ON0I0.0OFFONONQ0.010OFF0Q0.01线圈：代表线圈：代表CPU对存储器的写操作，用户程序中同一对存储器的写操作，用户程序中同一线圈只能使用一次。线圈只能使用一次。该梯形图所代表的功能该梯形图所代表的功能（1）用逻辑数学表示：）用逻辑数学表示：则：则：I0.0I0.01 1（接通），（接通），Q0.0Q0.01 1（接通）；（接通）；I0.1I0.10 0（断开），（断开），Q0.1Q0.11 1（接通）。（接通）。（2）用时序图来表示该梯形图的功能：）用时序图来表示该梯形图的功能：n 时序图是用波形来表示输入输出关系的图形。时序图是用波形来表示输入输出关系的图形。n 时时序序图图中中ONON和和OFFOFF是是指指开开关关动动作作，如如ONON是是指指继继电电器器接接通通，OFFOFF是指继电器断开，不论其触点是常开还是常闭。是指继电器断开，不论其触点是常开还是常闭。QSL1L3L2FU1KMM3SBKMFU2220VI0.0Q0.0SBKMI0.0Q0.0（4）等效电路）等效电路（3）编写）编写PLC梯形图梯形图3.2.3 3.2.3 扩展功能模展功能模块 1.扩展单元扩展单元 l扩扩展展单单元元没没有有CPU，作作为为基基本本单单元元输输入入/输输出出点点数数的的扩扩充充，只只能能与与基基本本单单元元连连接接使使用用。不不能能单单独独使使用用。S7-200的的扩扩展展单单元元包包括括数数字字量量扩扩展展单单元元，模模拟拟量量扩扩展展单单元元，热热电电偶偶、热热电阻扩展模块，电阻扩展模块，PROFIBUS-DP通信模块。通信模块。在在S7-200S7-200中，当需要中，当需要I/OI/O扩展时，需要考虑三方面因扩展时，需要考虑三方面因素素（）主机单元允许连接的扩展单元数量。（）主机单元允许连接的扩展单元数量。（）主机单元的输入输出映像寄存器数量。（）主机单元的输入输出映像寄存器数量。（）主机单元在（）主机单元在DC5VDC5V下允许的最大扩展电流。下允许的最大扩展电流。I/OI/O扩展能力扩展能力CPU允许连接扩展允许连接扩展单元数量单元数量输入输入/输出映像寄存器输出映像寄存器最大扩展电最大扩展电/mACPU221无无数字量数字量256个个,模拟量模拟量无无0CPU2222数字量数字量256个个,模拟量模拟量16入入/16出出340CPU2247数字量数字量256个个,模拟量模拟量32入入/32出出660CPU2267数字量数字量256个个,模拟量模拟量32入入/32出出10002 常用扩展模块介绍常用扩展模块介绍l 数字量扩展模块数字量扩展模块 S7-200PLC系列目前总共可以提系列目前总共可以提供供3大类共大类共9种数字量输入输出扩展模块，见表种数字量输入输出扩展模块，见表3-1类型 型号 各组输入点数 各组输出点数 输入扩展模块 EM221 EM221 24V DC输入 4，4 EM221 230V AC输入 8点相互独立 输出扩展模块 EM222 EM222 24V DC输出 4，4 EM222 继电器输出 4，4 EM222 230V AC双向晶闸管输出 8点相互独立 输入/输出 扩展模块 EM223 EM223 24V DC输入/继电器输出 4 4 EM223 24V DC输入/24VDC输出 4，4 4，4 EM223 24V DC输入/24VDC输出 8，8 4，4，8 EM223 24V DC输入/继电器输出 8，8 4，4，4，4 模拟量输入模块（模拟量输入模块（AD模块）模块）模拟量信号输入后一般经运算放大器放大后进行模拟量信号输入后一般经运算放大器放大后进行A AD D转换，转换，再经光电耦合后为可编程控制器提供一定位数的数字量信号。再经光电耦合后为可编程控制器提供一定位数的数字量信号。模拟量输入接口把现场连续变化的模拟量信号转换成模拟量输入接口把现场连续变化的模拟量信号转换成适合可编程控制器内部处理的二进制数字信号。适合可编程控制器内部处理的二进制数字信号。模拟量输出模拟量输出模块模块（DA模块模块）模拟量输出接口将模拟量输出接口将PLC运算处理后的数字信号转换为相运算处理后的数字信号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需求。的需求。模拟量输出接口一般由光电隔离、模拟量输出接口一般由光电隔离、D DA A转转换和号驱动等环节组成。换和号驱动等环节组成。l表表3-2 3-2 模拟量扩展模块模拟量扩展模块模块模块 EM231 EM231 EM232 EM232 EM235 EM235 点数点数 4 4路模路模拟量量输入入 2 2路模路模拟量量输出出 4 4路路输入，入，1 1路路输出出 3.热电偶、热电阻扩展模块热电偶、热电阻扩展模块 EM231热电偶模块热电偶模块用于七种热电偶类型用于七种热电偶类型J、K、E、N、S、T 和和R 型。用户必须用型。用户必须用DIP 开关来选择热电偶的类开关来选择热电偶的类型，连到同模块上的热电偶必须是相同类型。型，连到同模块上的热电偶必须是相同类型。外型如图外型如图3-6所示所示4.PROFIBUS-DP4.PROFIBUS-DP通信模通信模块