PLC技术应用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PLC,技术应用,前 言,可编程控制器简称,PLC,，是专门为工业控制应用而设计的一种通用控制器，是一种以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术、通信技术和传统的继电器控制技术而发展起来的新型工业控制装置。近年来在工业生产的许多领域，如冶金、机械、电力、石油、煤炭、化工、轻纺、交通、食品、环保、轻工、建材等工业部门得到了广泛的应用，已经成为工业自动化的三大支柱之一。,下一页,返回,前 言,以三菱,FX2NPLC,为主线，全书共分为,4,章，介绍了,PLC,的基本原理、系统结构和指令系统，并对编程软件进行了介绍；在重点、难点知识讲解后，配有“工作任务”环节，可帮助学生理解和掌握这些知识。另外配套有“拓展知识”使得学生在掌握基本内容，知识点得以拓展。各章节后还附有配套的习题。本教材在编写过程中力求由浅入深，通俗易懂，理论联系实际，既有基本的理论知识，又有实际的应用设计。,上一页,下一页,返回,前 言,本书可供电气控制、机电一体化等相关专业工程技术人员参考，也可作为大中专院校及在职工程技术人员继续教育的教材。,本书由陕西省电子工业学校白娟娟、郭军、西安技师学院的吴利华主编，参加本书编写和程序调试的老师还有陕西省电子工业学校的薛媛丽、罗亚军等，全书由郭军统稿。由于时间仓促，加之水平有限，书中难免存在疏漏之处，请读者提出宝贵意见。,上一页,下一页,返回,目录,模块一,PLC,应用基础知识,模块二,PLC,的基本指令,模块三 顺序功能图,模块四 功能指令的应用,上一页,返回,模块一,PLC,应用基础知识,课题一,PLC,控制器概述,课题二,PLC,的基本组成和工作原理,课题三,FX,系列,PLC,的操作,课题四,GX Develope,编程软件的应用,课题一,PLC,控制器概述,学习目标,1.,了解可编程序控制器的产生和发展。,2.,掌握,PLC,的应用场合。,3.,了解常用的,PLC,。,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,知识学习,一、可编程序控制器的产生,上世纪,60,年代，计算机技术已开始应用于工业控制了。但由于计算机技术本身的复杂性，编程难度高、难以适应恶劣的工业环境以及价格昂贵等原因，未能在工业控制中广泛应用。当时的工业控制，主要还是以继电器,接触器组成控制系统。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,1968,年，美国最大的汽车制造商,通用汽车制造公司（,GM,），为适应汽车型号的不断翻新，试图寻找一种新型的工业控制器，以尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统的硬件及接线、减少时间，降低成本。因而设想把计算机的完备功能、灵活及通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种适合于工业环境的通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用“面向控制过程，面向对象”的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。即：硬件减少，软件灵活、简单，针对上述设想，通用汽车公司提出了这种新型控制器所必须具备的十大条件：,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,1.,编程简单，可在现场修改程序,;,2.,维护方便，最好是插件式,;,3.,可靠性高于继电器控制柜,;,4.,体积小于继电器控制柜,;,5.,可将数据直接送入管理计算机,;,6.,在成本上可与继电器控制柜竞争,;,7.,输入可以是市电,;,8.,输出可驱动市电,2A,以下的负荷，可直接驱动电磁阀,;,9.,在扩展时，原有系统只要很少变更,;,10.,用户程序存储器容量至少能扩展到,4K,字节。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,1969,年，美国数字设备公司（,GEC,）首先研制成功第一台可编程序控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功，从而开创了工业控制的新局面。接着，美国,MODICON,公司也开发出可编程序控制器,084,。,1971,年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台可编程序控制器,DSC-8,。,1973,年，西欧国家也研制出了他们的第一台可编程序控制器。目前世界上众多的,PLC,生产厂家中，比较著名的公司有美国的罗克韦尔公司、哥德公司、,TI,公司、通用电气公司，德国的西门子公司，日本的三菱公司、东芝公司、富士公司和立石公司等，它们的产品控制着世界上大部分的,PLC,市场。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,我国从,1974,年开始研制，,1977,年开始工业应用。早期的可编程序控制器是为取代继电器控制线路、存储程序指令、完成顺序控制而设计的。主要用于：逻辑运算和计时、计数等顺序控制，均属开关量控制。所以，通常称为可编程序逻辑控制器（,PLCProgrammable Logic Controller,）。进入,70,年代，随着微电子技术的发展，,PLC,采用了通用微处理器，这种控制器就不再局限于当初的逻辑运算了，功能不断增强。因此，实际上应称之为,PLC,可编程序控制器。至,80,年代，随大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，以,16,位和,32,位微处理器构成的微机化,PLC,得到了惊人的发展。使,PLC,在概念、设计、性能、价格以及应用等方面都有了新的突破。不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程,I/O,和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使,PLC,向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,二、可编程序控制器的定义,可编程序控制器一直在发展中，所以至今尚未对其下最后的定义。国际电工学会（,IEC,）曾先后于,1982.11,、,1985.1,和,1987.2,发布了可编程序控制器标准草案的第一、二、三稿。在第三稿中，对,PLC,作了如下定义：可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,定义强调了,PLC,是：,1.,数字运算操作的电子系统,也是一种计算机。,2.,专为在工业环境下应用而设计。,3.,面向用户指令,编程方便。,4.,逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作。,5.,数字量或模拟量输入输出控制。,6.,易与控制系统联成一体。,7.,易于扩充。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,三、可编程序控制器的特点,为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，,PLC,机有以下特点：,1.,可靠性高，抗干扰能力强,工业生产对控制设备的可靠性要求：,（,1,）平均故障间隔时间长,（,2,）故障修复时间（平均修复时间）短，任何电子设备产生的故障，通常为两种：,1,）偶发性故障。由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。但对,PLC,而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,2,）永久性故障。由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使,PLC,在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使,PLC,在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在,PLC,上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低,PLC,的平均修复时间。为此，各,PLC,的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使,PLC,除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使,PLC,具有了很强的抗干扰能力。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,硬件措施：,主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，,I/O,系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。,屏蔽,对电源变压器、,CPU,、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。,滤波,对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如,LC,或,型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,电源调整与保护,对微处理器这个核心部件所需的,+5V,电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。,隔离,在微处理器与,I/O,电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离,I/O,接口与,CPU,之间电的联系，减少故障和误动作；各,I/O,口之间亦彼此隔离。,采用模块式结构,这种结构有助于在故障情况下短时修复。一旦查出某一模块出现故障，能迅速更换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,软件措施：,有极强的自检及保护功能。,故障检测,软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等，以便及时进行处理。,信息保护与恢复,当偶发性故障条件出现时，不破坏,PLC,内部的信息。一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。所以，,PLC,在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,设置警戒时钟,WDT,（看门狗）,如果程序每循环执行时间超过了,WDT,规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。,加强对程序的检查和校验,一旦程序有错，立即报警，并停止执行。,对程序及动态数据进行电池后备,停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会丢失。,PLC,的出厂试验项目中，有一项就是抗干扰试验。它要求能承受幅值为,1000V,，上升时间,1nS,，脉冲宽度为,1S,的干扰脉冲。一般，平均故障间隔时间可达几十万上千万小时；制成系统亦可达,4,5,万小时甚至更长时间。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,2.,通用性强，控制程序可变，使用方便,PLC,品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变,PLC,的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，,PLC,除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。,3.,功能强，适应面广,现代,PLC,不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,4.,编程简单，容易掌握,目前，大多数,PLC,仍采用继电器控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读,PLC,的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。,PLC,在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,5.,减少了控制系统的设计及施工的工作量,由于,PLC,采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，,PLC,的用户程序可以在实训室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于,PLC,的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。,6.,体积小、重量轻、功耗低、维护方便,PLC,是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑、坚固、体积小、重量轻、功耗低。以三菱公司的,F1-40M,型,PLC,为例：其外型尺寸仅为,305110110mm,，重量,2.3kg,，功耗小于,25VA,；而且具有很好的抗振、适应环境温、湿度变化的能力。现在三菱公司又有,FX,系列,PLC,，与其超小型品种,F1,系列相比：面积为,47%,体积为,36%,，在系统的配置上既固定又灵活，输入输出可达,24,128,点。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,三、可编程序控制器的应用,随着,PLC,的性能价格比的不断提高：微处理器的芯片及有关的元件价格大大降低，,PLC,的成本下降；,PLC,的功能大大增强，因而,PLC,的应用日益广泛。目前，,PLC,在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保等各行各业。其应用范围大致可归纳为以下几种：,1.,开关量的逻辑控制,这是,PLC,最基本、最广泛的应用领域。它取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制、顺序控制。开关量的逻辑控制可用于单机控制，也可用于多机群控，亦可用于自动生产线的控制等等。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,2.,运动控制,PLC,可用于直线运动或圆周运动的控制。早期直接用开关量,I/O,模块连接位置传感器和执行机械，现在一般使用专用的运动模块。目前，制造商已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。即：把描述目标位置的数据送给模块，模块移动一轴或多轴到目标位置。当每个轴运动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。运动的程序可用,PLC,的语言完成，通过编程器输入。,3.,闭环过程控制,PLC,通过模拟量的,I/O,模块实现模拟量与数字量的,A/D,、,D/A,转换，可实现对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的,PID,控制。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,4.,数据处理,现代的,PLC,具有数学运算（包括矩阵运算、函数运算、逻辑运算），数据传递、排序和查表、位操作等功能；可以完成数据的采集、分析和处理。数据处理一般用在大中型控制系统中；具有,CNC,功能：把支持顺序控制的,PLC,与数字控制设备紧密结合。,5.,通讯连网,PLC,的通讯包括,PLC,与,PLC,之间、,PLC,与上位计算机之间和它的智能设备之间的通讯。,PLC,和计算机之间具有,RS-232,接口，用双绞线、同轴电缆将它们连成网络，以实现信息的交换。还可以构成“集中管理，分散控制”的分布控制系统。,I/O,模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后利用网络联结构成集中管理信息的分布式网络系统。,并不是所有的,PLC,都具有上述的全部功能，有的小型,PLC,只具备上述部分功能，但价格比较便宜。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,四、可编程序控制器的分类,由于,PLC,的品种、型号、规格、功能各不相同，要按统一的标准对它们进行分类十分困难。通常，按,I/O,点数可划分成大、中、小型三类；按功能强弱又可分为低档机、中档机和高档机三类。,一般，按,I/O,点数分类如下：,1.,小型,PLCI/O,点数,2048,点；多,CPU,，,16,位、,32,位处理器，用户存储器容量,8,16K,。如：,S7-400,德国西门子公司,GE-GE,公司,C-2000,立石公司,K3,三菱公司等,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,五、可编程序控制器的发展,1.,国外,PLC,发展概况,PLC,自问世以来，经过,40,多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。,目前，世界上有,200,多个厂家生产,PLC,，较有名的：美国：,AB,通用电气、莫迪康公司；日本：三菱、富士、欧姆龙、松下电工等；德国：西门子公司；法国：,TE,施耐德公司；韩国：三星、,LG,公司等。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,技术发展动向,1,）产品规模向大、小两个方向发展。,大：,I/O,点数达,14336,点、,32,位为微处理器、多,CPU,并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。,小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。,2,）,PLC,在闭环过程控制中应用日益广泛。,3,）不断加强通讯功能。,4,）新器件和模块不断推出。,高档的,PLC,除了主要采用,CPU,以提高处理速度外，还有带处理器的,EPROM,或,RAM,的智能,I/O,模块、高速计数模块、远程,I/O,模块等专用化模块。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,5,）编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化。,有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的,PLC,指令系统。,6,）发展容错技术。,采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。,7,）追求软硬件的标准化。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,2.,国内发展及应用概况,我国研制与应用,PLC,较晚，在,20,世纪,70,年代末和,80,年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的,PLC,。,1974,年，中国研制出第一台,PLC,。我国的,PLC,产品的研制和生产经历了三个阶段：顺序控制器（,1973,1979,）,一位处理器为主的工业控制器（,1979,1985,）,8,位微处理器为主的可编程序控制器（,1985,以后）。在对外开放政策的推动下，国外,PLC,产品大量进入我国市场，一部分随成套设备进口。如宝钢一、二期工程就引进了,500,多套，还有咸阳显象管厂、秦皇岛煤码头、汽车厂等。现在，,PLC,在国内的各行各业也有了极大的应用，技术含量也越来越高。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,国内开始研制,PLC,产品是上世纪,70,年代中期，当时上海、北京、西安、广州和长春等地的不少科研单位、大专院校和工厂，总计,20,多家单位都在研制和生产,PLC,（绝大多数都是小型,PLC,）。特别值得一提的是国家科委和原机械工业部在仪器仪表重点课题攻关专项中组织了“六五”、“七五”、“八五”的可编程序控制器子项攻关，由部属北京机械工业自动化研究所负责，先后研制开发了,MPC-10,、,MPC-20,、,MPC-85,型,PLC,。这几种型号的,PLCI/O,点数为,256,512,，并可扩展到,1024,点，开创了国内研制大型,PLC,的先河，先后在注塑机、恒温室、锅炉控制、汽车压力机生产线上获得了应用。这些项目有自动开发的操作系统、工业控制编程语言并具有与上位机、,HMI,连网和通信等功能。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,当时国内研制开发的,PLC,产品由于缺乏资金、后续研制力量不足及生产技术相对落后等原因，没有形成批量工业化生产，因而被国外产品淘汰而纷纷消失。可喜的是在,90,年代，由于,PLC,应用不断深入，国内又掀起研制,PLC,的高潮，虽然仍是小型,PLC,，批量亦不大，但其功能、质量和可靠性比,70,年代的产品有明显的提高。其代表产品如：南京冠德科技有限公司（原江苏嘉华实业有限公司,PLC,工厂）的,JH200,系列,PLC,，,I/O,为,12,120,点，具有高速计数器和模拟量功能；杭州新箭电子有限公司的,D,系列,PLC,，,D20P,的,I/O,点数为,20,点，,D100,的,I/O,点可从,40,120,点；兰州全志电子有限公司的,RD,系列小型,PLC,很有特点，,RD100,型,PLC,的,I/O,点,9/4,点，,2,点模拟量输入，而,RD200,型,PLC,的,I/O,为,20,40,点，扩展的功能有编码盘测速、热电偶测温和模拟量,I/O,，,RD200,型,PLC,最多可,32,台连网，并能与上位,PLC,机进行实时通信。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,为了尽快提升我国,PLC,的技术水平，引进,PLC,的先进生产技术，中外合资或外商独资企业在国内开始批量生产,PLC,。西门子公司首先在大连开办,PLC,生产企业；欧姆龙公司在上海生产的,PLC,远销海内外；中日合资后又成独资的江苏无锡光洋电子有限公司的,PLC,已有小、中、大系列产品。中外合资、引进技术，使国产,PLC,上了一个新的台阶。,特别是近几年，国产,PLC,有了更新的产品。北京和利时系统工程股份有限公司推出的,FOPLC,有小型、中型、大型。该公司推出的,HOLIiAS-LECG3,新一代高性能的小型,PLC,有,14,点（,8/6,）、,24,点（,14/10,）、,40,点（,24/16,）三个规格，基本指令的执行时间为,0.6,微秒。程序存储器的容量为,52K,。为方便用户选用，该公司开发了,19,种、,35,个不同规格的,I/O,扩展模块，,G3,型,PLC,可最多扩展,7,个模块，,I/O,最大可到,264,点。,G3,系列,PLC,有符合,IEC61131-3,的,5,种编程语言，编程软件具有超强的计算功能，如其他小型,PLC,所不具备的,64,位浮点数运算、优化的,PID,可同时处理有十几个模拟量的多个闭环回路。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,G3,系列,PLC,具有极强的通信功能，有集于,CPU,模块的标准,Modbus,协议、专有协议和自由协议的通信接口。通过该接口可方便的挂到,Profibus,等总线上去。该公司的,FOPLC,中型机，开关量,I/O,为,256,点；内置,TCP/IP,通信接口，很容易接入管理网；配有,Profibus-DP,现场总线的主站、从站和远程,I/O,都通过,ISO9001,严格的质量保证体系认证。,FOPLC,编程语言符合,IEC61131-3,标准。,深圳德维森公司开发的基于,PLC,的软,PLCTOMC,系列，其特点是符合,IEC61131-3,国际标准的编程语言，允许梯形图、顺序功能图和功能块图混合编程；用户可开发基于内置,PLC,资源的,C,语言和定义功能块，通过以太网、,TCP/IP,与上位机联网。,TOMC1,软,PLC,可连接最多,32,个本地,I/O,模块，最多,15,个远程站，每个远程站可带,32,个,I/O,点。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,在,90%,的国内,PLC,市场由国外,PLC,产品占领的今天，国产,PLC,能脱颖而出，并具有和国外同类产品进行竞争的能力，相信不久的将来，国产,PLC,将占市场更大份额。,PLC,的应用领域目前不断扩大，并延伸到过程控制、批处理、运动和传动控制、无线电遥控以至实现全厂的综合自动化。,PLC,的技术发展除了小型化、超高速，大容量存储器，多,CPU,，多任务并行运行外，,PLC,的开放性更大，通信联网能力更强，集成化软件更优。标准化的,IEC61131-3PLC,编程语言已被众多,PLC,厂商所接受，其推广速度越来越快。软,PLC,的应用范围将更广。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,拓展知识,本课题的拓展内容：常用的,PLC,控制器,随着,PLC,市场的不断扩大，,PLC,生产已经发展成为一个庞大的产业，其主要厂商集中在一些欧美国家及日本。美国与欧洲一些国家的,PLC,在相互隔离的情况下独立研究开发的，产品有比较大的差异；日本的,PLC,是从美国引进的，对美国的,PLC,产品有一定的继承性。另外，日本的主推产品定位在小型,PLC,上；而欧美则以大、中型,PLC,为主。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,1.,美国的,PLC,产品,美国有,100,多家,PLC,制造商，著名的,PLC,制造商有,A-B,公司、通用电气（,GE,）公司、莫迪康（,MODICON,）公司、德州（,TI,）仪器、西屋公司等。其中,A-B,公司的产品规格齐全、种类丰富，其主推的产品为大、中型的,PLC-5,系列。该系列为模块式结构，,CPU,模块为中型的,PLC,有,PLC-5/10,、,PLC-5/12,、,PLC-5/14,、,PLC-5/25,；,CPU,模块为大型的,PLC,有,PLC-5/11,、,PLC-5/20,、,PLC-5/30,、,PLC-5/40,、,PLC-5/60,。,A-B,公司的小型机产品有,SLC-500,系列等。,GE,公司的代表产品是,GE-GE-GE-,等系列，分别为小型机、中型机及大型机，,GE-/P,最多可配置,4000,个,I/O,点。,TI,公司的小型机产品有,510,、,520,等，中型机有,5TI,等，大型机有,PM550,、,530,、,560,、,565,等系列。,MODICON,公司生产,M84,系列小型机、,M484,系列中型机、,M884,是增强中型机，具有小型机的结构、大型机的控制功能。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,2.,欧洲的,PLC,产品,德国的西门子（,SIEMENS,）公司，,AEG,公司和法国的,TE,公司是欧洲著名的,PLC,制造商。德国西门子公司的电子产品以性能精良而久负盛名。在大、中型,PLC,产品领域与美国的,A-B,公司齐名。,西门子公司的,PLC,的主要产品有,S5,及,S7,系列，其中,S7,系列是近年来开发的代替,S5,系列的新产品。,S7,系列含,S7-200,、,S7-300,、,S7-400,系列。其中,S7-200,是微型机，,S7-300,是中型机、小型机，,S7-400,大型机。,S7,系列机性价比较高，近年来在中国市场的占有份额有不断上升之势。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,3.,日本的,PLC,产品,日本的,PLC,产品在小型机领域颇具盛名。某些用欧美中型或大型机才能实现的控制，日本小型机就可以解决。日本有许多,PLC,制造商，如三菱、欧姆、松下、富士、日立、东芝等。在世界小型机市场上，日本的产品约占,70%,的份额。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,三菱公司的,PLC,是较早进入中国市场的产品。其小型机,F1/F2,系列是,F,系列的升级产品，早期在我国的销量也不小。,F1/F2,系列加强了指令系统，增加了特殊功能单元和通信功能，比,F,系列有了更强的控制能力。继,F1/F2,系列之后，,20,世纪,80,年代末，三菱公司又推出了,FX,系列，在容量、速度、特殊功能，网络功能的方面都有加强。,FX2,系列是在,20,世纪,90,年代推出的高功能的整体式小型机，它配有各种通信适配器和特殊功能单元。,FX2N,系列是近几年推出的高功能的整体式小型机，它是,FX2,系列的换代产品。近年来三菱公司还推出了满足不同要求的微型机,PLC,，如,FX0S,、,FX1S,、,FX0N,、,FX1N,等系列的产品。本书以三菱,FX2N,系列机型介绍,PLC,的应用技术。,上一页,下一页,返回,课题一,PLC,控制器概述,欧姆龙,(OMRON),公司的,PLC,产品，大、中、小、微型规格齐全。微型机以,SP,系列为代表；小型机有,P,型、,H,型、,CPM1A,、,CPM2A,系列机,CPM2C,、,CQM1,系列等；中型机有,C200H,、,C200HS,、,C200HX,、,C200HG,、,C200HE,及,CS1,等系列。,松下公司的,PLC,产品中，,FP0,为微型机；,FP1,为整体式小型机；,FP3,为中型机；,FP5/FP10,、,FP10S,、,FP20,为大型机。,上一页,返回,课题二,PLC,的基本组成和工作原理,学习目标,1.,了解,PLC,的基本组成。,2.,掌握,PLC,的工作原理。,下一页,返回,课题二,PLC,的基本组成和工作原理,知识学习,一、,PLC,的基本组成,目前,PLC,种类繁多，功能和指令体系也各不相同，但都是以微处理器为核心，所以其结构和工作原理大致相同，可编程控制器的本质是工业控制专用计算机。它的软、硬件配置与计算机极为类似。主要包括中央处理单元（,CPU,模块）、存储器,ROM,和,RAM,、输入输出模块、电源,I/O,扩展接口、外部设备接口等，如,图,1-2-1,所示。,上一页,下一页,返回,课题二,PLC,的基本组成和工作原理,1,中央处理器 中央处理器,(CPU),由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。,CPU,通过数据总线、地址总线、控制总线和电源总线与存储器、输入输出接口、编程器和电源相连接。小型,PLC,的,CPU,采用,8,位或,16,位微处理器或单片机，如,8031,、,M68000,等，这类芯片价格很低；中型,PLC,的,CPU,采用,16,位或,32,位微处理器或单片机，如,8086,、,96,系列单片机等，这类芯片主要特点是集成度高、运算速度快且可靠性高；而大型,PLC,则需采用高速位片式微处理器。,CPU,按照,PLC,内系统程序赋予的功能指挥,PLC,控制系统完成各项工作任务。,上一页,下一页,返回,课题二,PLC,的基本组成和工作原理,2.,存储器,PLC,内的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据等。（,1,）系统程序存储器,PLC,系统程序决定了,PLC,的基本功能，该部分程序由,PLC,制造厂家编写并固化在系统程序存储器中，主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等部分。系统管理程序主要控制,PLC,的运行，使,PLC,按正确的次序工作；用户指令解释程序将,PLC,的用户指令转换为机器语言指令，传输到,CPU,内执行；功能程序与系统程序调用则负责调用不同的功能子程序及其管理程序。,上一页,下一页,返回,课题二,PLC,的基本组成和工作原理,系统程序属于需长期保存的重要数据，所以其存储器采用,ROM,或,EPROM,。,ROM,是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，,ROM,具有非易失性，即电源断开后仍能保存已存储的内容。,EPEROM,为可电擦除只读存储器，须用紫外线照射芯片上的透镜窗口才能擦除已写入内容，可电擦除可编程只读存储器还有,E2PROM,、,FLASH,等。,上一页,下一页,返回,课题二,PLC,的基本组成和工作原理,（,2,）用户程序存储器 用户程序存储器用于存放用户载入的,PLC,应用程序，载入初期的用户程序因需修改与调试，所以称为用户调试程序，存放在可以随机读写操作的随机存取存储器,RAM,内以方便用户修改与调试。通过修改与调试后的程序称为用户执行程序，由于不需要再作修改与调试，所以用户执行程序就被固化到,EPROM,内长期使用。,上一页,下一页,返回,课题二,PLC,的基本组成和工作原理,（,3,）数据存储器,PLC,运行过程中需生成或调用中间结果数据,(,如输入,/,输出元件的状态数据、定时器、计数器的预置值和当前值等,),和组态数据,(,如输入输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等,),，这类数据存放在工作数据存储器中，由于工作数据与组态数据不断变化，且不需要长期保存，所以采用随机存取存储器,RAM,。,RAM,是一种高密度、低功耗的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源，一旦断电就可通过锂电池供电，保持,RAM,中的内容。,上一页,下一页,返回,课题二,PLC,的基本组成和工作原理,3.,输入,/,输出模板,输入,(Input),和输出,(Output),模板简称,I/O,模块，,PLC,通过此模块实现与外围设备的连接，它是可编程控制器与工业生产设备或工业生产过程连接的接口，也是联系外部现场和,CPU,模块的重要桥梁。,输入模块用来接收和采集输入信号，输入信号有两类：一类是由按钮开关、行程开关、数字拨码开关、接近开关、光电开关、压力继电器等提供的开关量输入信号；另一类是从电位器、热电、测速电机、各种变送器送来的连续变化的模拟量输入信号。输入模块还需将这些各式各样的电平信号转换成,CPU,能够接收和处理的数字信号。,上一页,下一页,返回,课题二,PLC,的基本组成和工作原理,输出模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号，并把它转换成现场的执行部件能接收的信号，控制接触器、电磁阀、调节阀、调速装置，控制的另一类负载是指示灯、数字显示器和报警装置等。,数字量（包括开关量）输入、输出模块，主要的问题是隔离问题，需实现现场与可编程控制器电气上的隔离，从而保持系统工作的可靠性。模拟量输入、输出模块，主要问题是模,/,数转换与数,/,模转换的问题，电气隔离也是不可缺少的。,上一页,下一页,返回,课题二,PLC,的基本组成和工作原理,（,1,）开关量,I/O,模块的外部接线方式,开关量,I/O,模块输入信号只有接通和断开两种状态。电压等级有直流,5V,，,12V,，,24V,，,48V,，,110V,和交流,110V,，,220V,等。,各输入,/,输出点的通,/,断状态用发光二极管显示，外部接线一般接在模块面板的接线端子上。某些模块使用可拆装的插座式端子板，不需要断开端子板上的外部接线，即可迅速地更换模块。,开关量输入,/,输出模块的点数一般是,2,的,n,次方，如,4,、,8,、,16,、,32,点。,上一页,下一页,返回,课题二,PLC,的基本组成和工作原理,开关量输入,/,输出模块的外部接线方式有汇点式、分组式和分隔式，如,图,1-2-2,所示。,汇点式模块的所有输入、输出电路只有一个公共点，且共用一个电源。,分组式模块的输入,/,输出点分为若干组，每一组的各输入,/,输出电路有一个公共点，它们共用一个电源。各组之间是隔开的，也可分别使用不同的电源。,分隔式模块的各输入,/,输出点之间相互隔离，每个输入,/,输出点可使用单独的电源，如将它们的,COM,端连接起来，这几个点就可以使用同一电源。,上一页,下一页,返回,课题二,PLC,的基本组成和工作原理,（,4,）输入模块的电路结构,输入电路中设有,RC,滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。滤波电路输入电流为,510mA,滤波延迟时间的典型值为,1020ms,（信号上升沿）和,2050ms,（信号下降沿）。输入电路一般有三种类型，关键是电气隔离。,直流输入模块的内部电路和外部接线图如,图,1-2-3,所示（为说明问题，以后各图只画出一路输入和输出，,COM,是公共点。图中的输入触点直接接在公共点和输入端,X001,之间，,不需要外接输入回路的电源（,PLC,内部有自带,24V,电源）。有的可编程控制器还可以为接近开关、光电开关之类的传感器提供,24V,直流电源，如图,1-2-3,所示。,上一页,下一页,返回,课题二,PLC,的基本组成和工作原理,当上图中的外接触点接通时，传感器输出信号（接通），经电阻串联分压后形成稳定电压，使光电隔离器的发光二极管亮，光电三极管导通；外接触点断开时，光电隔离器中的发光二极管熄灭，光电三极管截止，信号经内部电路形成适合,CPU,需要的标准信息。,交流,/,直流输入电路如,图,1-2-4,所示，输入触点接通，输入信号被限流电阻降压后，再经滤波整流，交流电压或直流电压信号被转换为直流电流，经过发光二极管送给光电隔离器。另外，交流信号输入也可采用双向发光二极管来保证信号连续，如图,1-2-4,所示，显示用的两个发光二极管也是反向并联的。此电路可接收交流信号与直流信号。,上一页,下一页,返回,课题二,PLC,的基