当前课程知识点：电工技术 > 第15讲 可编程控制器之一 > 15.1 可编程控制器的组成与工作原理 > 15.1 Video
同学们大家好
下面我们学习第十五讲
可编程控制器之一
在这一讲里向大家介绍
可编程控制器的组成与工作原理
S7-200 PLC程序设计基础
位逻辑指令
以及定时器指令与计数器指令
下面介绍知识点15.1
可编程控制器的组成与工作原理
首先给大家介绍一下
什么是可编程控制器
可编程控制器的产生
可编程控制器它的英文的名字是
Programmable Logic Controller
简称为PLC
PLC是专门用于工业控制的计算机
第一台PLC是1968年DEC公司
根据通用公司的招标要求设计的
它是为了“多品种、小批量、不断翻新汽车的品牌型号”
这么一个生产战略而提出的
是用来取代传统的继电器-接触器控制系统而设计的
那么最初的PLC只有逻辑控制功能
随着技术的进步
可编程控制器的功能已经超越逻辑控制的范围
发展成为具有逻辑控制、运动控制、过程控制
数据处理及联网功能的多功能产品
因此名字就改成了 Programmable Controller
也就是可编程控制器
为了与这个PC区别
名字还叫PLC
而不是叫PC
PLC的主要用途是
第一 它是进行开关量的顺序控制
用来取代继电器-接触器控制系统
这是PLC的主要用途
另外PLC可以进行过程控制
所谓的过程控制是指对温度、压力、流量和液位等
连续变化的模拟量进行控制
要进行过程控制
PLC要使用专用的PID模块和PID指令
第三 PLC可以进行运动控制
也要使用专用的运动控制模块
那么可以实现直线运动、圆周运动
也可以实现这种电机的多轴控制
PLC控制系统的优点
第一 PLC使用软件编程的方式代替继电器实现逻辑控制
那么它与传统的控制方式来比较
它的接线比较简单
另外 这个PLC具有抗干扰设计
它的可靠性高
适合于比较恶劣的工业环境
PLC是模块化组合式结构
我们可以根据需求选择模块组合系统
使用起来也是非常方便的
PLC有多种编程方式
编程也比较简单
容易学习
PLC还具有强大的网络通讯功能
可以组成工业控制网络
因此PLC是工业自动化的一个关键的部件
下面我们比较一下PLC控制和继电器-接触器控制系统
那么现在有这么一个电机控制的控制电路
左边是主电路
右边是控制电路
如果要实现这么一个控制系统的话
我们可以利用传统的继电器-接触器控制系统来实现
那么首先我们得有原件
比如说我们为了控制电动机必须有接触器
另外为了实现这种逻辑控制或者是延时
我们必须有继电器或者是时间继电器
还有需要有按钮
那么要连接这个电路我们需要有导线
再加上工具
我们就可以连接这个系统
然后去调试实现这个系统
这是用继电器-接触器控制系统来实现
当然 所用的器件都是大器件
那么它的接线也比较复杂
如果用PLC控制来实现
我们需要控制电动机的接触器
当然也需要控制的按钮
我们也需要一台PLC
然后把PLC和按钮以及接触器进行简单的连线
然后接触器再去连接电动机
我们利用这台计算机连接PLC以后
就可以进行编程了
而且我们没有必要去改变这个连接线
就可以改变控制功能
如果用继电器-接触器控制系统来实现
要想改变控制功能
必须去改变电路
所以用PLC控制系统来实现控制功能
它比较简单
接线也比较简单
改动也比较容易
我们再比较一下PLC控制与单片机控制的不同
单片机指的是Microcontroller
也就是微控制器
可以简称为μC或者是叫MCU
PLC它第一是具有抗干扰设计
适合工业现场环境
软件设计也适合工业控制的目的
所以不需要添加太多的硬件
但是如果用MCU去控制
硬件是比较简单
但是要适用于工业控制目的
需要进行硬件与软件开发
第二是PLC的编程语言简单易学
可以进行现场调试
但是单片机使用汇编语言或者是高级语言编程
编程比较复杂
语言也比较难学
第三PLC是针对工业控制来设计的
它的通用性比较强
也容易扩展
MCU一般是针对某个单台设备而设计的
它的通用性、兼容性和扩建性比较差
下边介绍一下PLC的组成
首先PLC系统它有一个CPU模块
在CPU模块里有CPU和存储器
然后要把外部信号输入到PLC里边
还必须有输入模块
要控制外界设备还必须有一个输出模块
CPU模块、输入模块和输出模块组成了整个的PLC
要为PLC编程我们必须要有编程装置
这个编程装置可以是编程器
也可以是个人计算机
外部的信号
比如这些触点的信号
可以通过适当的连线
连接到输入模块
这个是输入端口
也就是说
外部的信号通过输入端口
输入到PLC的输入模块里
然后再进入到CPU模块
外部设备是通过输出模块的输出端口与PLC相连
达到控制外部设备的目的
PLC的输入端口它一般有一个公共端口
它的输出端口也有一个公共端口
这个是PLC的一个基本的组成
小型PLC一般是用8位、16位处理器
或者是单片机做CPU
中型PLC一般用16位、32位处理器或者单片机做CPU
大型PLC一般用位片式微处理器做CPU
CPU的作用是第一它用来管理系统
比如说自诊断、信息传送、时钟等
第二CPU用来解释用户程序
根据用户程序进行输入和输出的操作
存储器分为系统存储器、工作参数存储器和
用户程序存储器
系统存储器都是用ROM
ROM是只读存储器
也就是说它存储的内容是不能更改的只能读
这里面所存的是系统程序、管理程序、指令解释程序
功能应用程序和系统诊断程序
工作参数存储器用的是RAM
就是随机读写存储器
这个存储器包括输入输出映像存储器、内部寄存器
定时器、移位寄存器、变量寄存器等等
这个我们在后面是要给大家介绍的
用户程序存储器是用来存储用户程序的
分两部分
一部分是用RAM
另外一部分是用EEPROM
EEPROM也是可以用来读写的
但是它的速度要比RAM慢
下面介绍一下PLC的输入和输出端口
这是PLC的输入端口
有两种形式
一种叫做漏型
一种叫做源型
输入接口的作用是将输入端的开关信号
或模拟信号转换成数字信号
送入到PLC的内部
这些都是PLC的接线端子
这个下边是PLC的内部
接线端子对应都有端口号
比如.0、.1、.2、.3
这就是端子的号
输入接口是通过光电隔离的办法与外界隔离
这样可以消除外界的干扰
这就是光电隔离
这个电路和内部是通过光进行传输信号的
没有电的联系
这样的话就可以消除干扰
当某一路的触电闭合时
比如说就是这个
我们在这里只画出来了.1这个端口所对应的内部电路
那么如果在这个回路里面有电流
这个发光管就会亮
通过光电隔离
就会把信号传到PLC的内部
使内部的相应的输入映像寄存器它的值为1
这样就把外部的信号通过端口输入到PLC内部了
因为这个电流是流入这个端口
所以叫做漏型
大家看这个电路
这个输入端口是源型的
这个电源是和这个电源相反的
当这个触点闭合以后
这个电流是从端口流出来的
所以叫做源型
当这个端口闭合
在这个回路里边有了电流
这就会发光
然后就会把信号传到PLC内部
和.1这个端口相应的内部的映像寄存器
它就会置1
下边介绍一下PLC的输出端口
输出端口的作用是将数字信号转换为开关量
用来控制外部设备
PLC的输出分为晶体管输出、继电器输出和可控硅输出
在这里给出了晶体管输出的形式和继电器输出的形式
这些都是PLC的输出端子、接线端子
下边是PLC的内部电路
这个都是它的输出端子的号
这是个晶体管
所以这个是晶体管输出
那么在这呢这是个继电器
这个继电器控制这个触点
当输出映像寄存器的值是1的时候
内部信号通过光电隔离或者继电器的作用
使对应的输出端口内部被短路
也就是像这个
如果与这个端口相对应的那个输出映像寄存器被置1
这个就会发光
那么这个三极管就导通
于是让这个晶体管也导通
那么于是在这个回路里就有了电流了
这个电流应该是这么流动的
那么它所带的负载就有电流了
这样就达到了控制外部设备的目的
像这个继电器
如果与这个端口相对应的那个映像寄存器
它被置1了
这个继电器的线圈就得电
这个触点闭合
于是在这个回路里边就有了电流
达到了控制这个设备的目的
这个因为是继电器输出
它是控制了这个触点的闭合或者打开
所以它的电源可以用直流电源也可以用交流电源
但是晶体管输出
它只能用直流电源
但是晶体管输出的速度比较快
比如说你可以拿这个端口去输出高速脉冲
但是继电器输出就比较慢
不能输出高速脉冲
下边介绍一下PLC的工作运行方式
PLC的工作运行方式是循环扫描方式
首先开始的时候PLC先读输入
然后再执行程序
执行完程序以后
它要处理通迅信号
然后再进行自诊断
然后再写输出
这个写输出实际上是根据执行程序的结果来写输出
接着又去读输入
然后根据读输入的结果去执行程序
然后再进行处理通信和自诊断
再写输出
那么再读再执行程序
PLC的工作是一直这么循环的
循环一周所用的时间叫做扫描周期
扫描周期的长短与PLC的速度和程序长度有关
PLC的速度越快扫描周期就越短
程序越长扫描周期就越长
在这里面三个主要的部分
一个是读输入
一个是执行程序和写输出
在PLC里大家知道
它的工作方式是循环扫描
那么这个程序是怎么执行的呢
这个程序是在执行程序这一步里执行的
如果PLC的内部有这样一个程序
这是用梯形图来画的程序
当它执行程序的时候
它是按照从左到右
从上到下的顺序去扫描执行程序的
也就是说当它执行程序的时候
它首先从第一行从左往右执行
执行完以后再执行第二行
再从左到右执行
也就是从左到右、从上到下这么扫描执行的
这是PLC它的工作方式
下面介绍一下西门子S7-200PLC
S7-200是小型PLC
这是一个CPU模块
这边是一个扩展模块
扩展模块通过一个电缆
在这个盖子下边有一个电缆
通过这个电缆与CPU相连
上边这个盖子底下是电源和输出端
底下这个盖子打开以后是输入端子和传感器电源
这个是一个通讯口
通过这个口和计算机或者是其它的PLC相连
这是存储卡
这是状态灯
这儿呢是扩展模块
底下是标准的导轨
要用计算机为PLC编程
我们需要一台计算机并安装上软件叫Step7 Microwin
然后通过一个电缆
这个电缆叫做PC/PPI电缆
与PLC的通信端口相连
这样我们就可以通过这个计算机编程
然后下载到PLC里边去
S7-200有四种型号的CPU
分别是CPU221、CPU222、CPU224、和CPU226
不同型号的CPU它的可扩展性不同
像CPU224和226最多可以扩展7个模块
那么这个221是没有办法扩展的
222只能扩展两个模块
CPU224和CPU226最多可以扩展7个模块
西门子的PLC系列
根据I/O的规模和功能可以分为小型PLC
中型PLC和大型PLC
S7-200系列PLC它是小型PLC
它的I/O点是在256以下
S7-300系列PLC是中型PLC
它的I/O点在256-2048之间
S7-400PLC是大型PLC
它的I/O点在2048以上
S7-1200系列PLC是西门子新出的一种小型PLC
它的功能要比S7-200要强
S7-1500系列PLC是西门子新出的一种中型PLC
它的功能要比S7-300要强
-1.1 电路变量及方向
--作业
-1.2 基尔霍夫定律
--作业
-1.3 电路元件
--作业
-1.4 两种电源的等效互换
--作业
-1.5 支路电流法
--作业
-1.6 节点电位法
--作业
-2.1 叠加定理
--作业
-2.2 等效电源定理之戴维宁定理
--作业
-2.3 等效电源定理之诺顿定理
--作业
-2.4 含受控源电路的分析方法
--作业
-3.1 SPICE电路文件
-第3讲 电路仿真软件SPICE--3.1 SPICE电路文件
-3.2 元件语句
-第3讲 电路仿真软件SPICE--3.2 元件语句
-3.3 直流分析与输出语句
-第3讲 电路仿真软件SPICE--3.3 直流分析与输出语句
-3.4 子电路与模型语句
-3.5 Aim-spice使用方法
-4.1 正弦交流电路的概念
-第4讲 正弦交流电路基础--4.1 正弦交流电路的概念
-4.2 正弦量的相量表示法
-第4讲 正弦交流电路基础--4.2 正弦量的相量表示法
-4.3 纯电阻交流电路
-第4讲 正弦交流电路基础--4.3 纯电阻交流电路
-4.4 纯电感交流电路
-第4讲 正弦交流电路基础--4.4 纯电感交流电路
-4.5 纯电容交流电路
-第4讲 正弦交流电路基础--4.5 纯电容交流电路
-5.1 RLC串联的交流电路
-第5讲 正弦交流电路的分析方法--5.1RLC串联的交流电路
-5.2 交流电路的一般分析方法
-第5讲正弦交流电路的分析方法--5.2交流电路的一般分析方法
-5.3 功率因数的提高
-第5讲 正弦交流电路的分析方法--5.3 功率因数的提高
-5.4正弦信号源与.tran分析语句
-第5讲--5.4正弦信号源与.tran分析语句
-6.1 串联谐振
--作业
-6.2 并联谐振
--作业
-6.3 电路的频率特性
--作业
-6.4 ac交流扫描分析语句及其应用
--作业
-6.5 RLC电路的串联谐振实验
--6.5Video
-7.1 三相交流电源
-第7讲 三相交流电路--7.1 三相交流电源
-7.2 负载星形连接的三相电路分析
-第7讲 三相交流电路--7.2 负载星形连接的三相电路分析
-7.3 负载三角形连接的三相电路分析
-第7讲 三相交流电路--7.3 负载三角形连接的三相电路分析
-7.4 三相电路功率
-第7讲 三相交流电路--7.4 三相电路功率
-7.5 安全用电常识
-7.6 用SPICE分析三相电路
-第7讲 三相交流电路--7.6 用SPICE分析三相电路
-7.7 三相电路实验
--Video
-8.1 非正弦周期交流信号的分解
--作业
-8.2 非正弦周期交流电路的分析计算
--作业
-8.3 有效值和平均功率
--作业
-8.4 用Spice分析非正弦交流电路
--作业
-9.1 换路定理与初始值的确定
--作业
-9.2 过渡过程的经典分析方法
-第9讲 电路的过渡过程之一--9.2 过渡过程的经典分析方法
-9.3过渡过程的三要素分析法
-第9讲 电路的过渡过程之一--9.3过渡过程的三要素分析法
-9.4 过渡过程的叠加分析方法
-第9讲 电路的过渡过程之一--9.4 过渡过程的叠加分析方法
-10.1 微分电路、积分电路与脉冲激励下的RC电路
-第10讲--10.1微分电路、积分电路与脉冲激励下的RC电路
-10.2 含有多个储能元件的一阶电路
-第10讲--10.2含有多个储能元件的一阶电路
-10.4 用Spice分析电路的过渡过程
-第10讲 --10.4 用Spice分析电路的过渡过程
-10.5 RC电路的过渡过程
--Video
-11.1 磁场的物理量与磁性材料
-第11讲 磁路与变压器--11.1 磁场的物理量与磁性材料
-11.2 安培环路定律和磁路的欧姆定律
-第11讲磁路与变压器--11.2安培环路定律和磁路的欧姆定律
-11.3 交流铁芯线圈
-第11讲 磁路与变压器--11.3 交流铁芯线圈
-11.4 变压器的结果与工作原理
-第11讲 磁路与变压器--11.4 变压器的结果与工作原理
-11.5 变压器的额定值及特殊变压器
-第11讲 磁路与变压器--11.5变压器的额定值及特殊变压器
-11.6 用SPICE分析变压器电路
-第11讲 磁路与变压器--11.6用SPICE分析变压器电路
-12.1 Multisim主要窗口组件
-第12讲--12.1 Multisim主要窗口组件
-12.2 电路图的编辑与测试
-第12讲 --12.2电路图的编辑与测试
-12.3 元件库
--12.3
-第12讲 电路仿真软件Multisim--12.3 元件库
-12.4 测试仪表
-第12讲 电路仿真软件Multisim--12.4 测试仪表
-12.5 Multisim的分析功能
-第12讲 --12.5 Multisim的分析功能
-12.6 用Multisim分析电路举例
-13.1 预备知识
-第13讲 电动机--13.1 预备知识
-13.2 异步电动机的转动原理
-第13讲 电动机--13.2 异步电动机的转动原理
-13.3 三相异步电动机的结构和工作原理
--作业
-13.4 三相异步电动机的机械特性
-第13讲 电动机--13.4 三相异步电动机的机械特性
-13.5 三相异步电动机的使用
-第13讲 电动机--13.5 三相异步电动机的使用
-13.6 单相异步电动机简介
-14.1 常用低压电器
-14.2 电动机的启-保-停控制及电机的保护
--作业
-14.3 基本控制环节
--作业
-14.4 综合举例
--Video
-14.5 继电器-接触器控制系统实验
--Video
-15.1 可编程控制器的组成与工作原理
--作业
-15.2 S7-200 PLC程序设计基础
--作业
-15.3 位逻辑指令
--作业
-15.4 定时器指令与计数器指令
--作业
--第十五讲讲义
-16.1 小型PLC控制系统的设计方法
-第16讲--16.1小型PLC控制系统的设计方法
-16.2 顺序功能图
-第16讲 可编程控制器之二--16.2 顺序功能图
-16.3 利用顺序控制继电器（SCR）编写程序
-第16讲--16.3 利用顺序控制继电器（SCR）编写程序
-16.4 Step7-Microwin的窗口组成
-16.5 Step7-Microwin使用举例
-期末考试--电工技术期末考试
