PLC基本知识.ppt

1第2章 可编程控制器的基础知识2.1 可编程控制器概述2.2 可编程控制器的技术指标2.3 可编程控制器的应用领域2.4 可编程的基本组成及工作原理2.5 可编程的编程语言22.1 可编程控制器概述2.1.1 可编程控制器的由来2.1.2 可编程控制器的定义3KMFUL1L2FRSB0SB1KM42.1.1 可编程控制器的由来1 1、接触器、接触器-继电器控制系统的优点：继电器控制系统的优点：简单、易懂、操作方便、价格便宜。简单、易懂、操作方便、价格便宜。2 2、接触器、接触器-继电器控制系统的明显缺点：继电器控制系统的明显缺点：体积大、可靠性低、查找故障困难。体积大、可靠性低、查找故障困难。3 3、计算机系统的优点：、计算机系统的优点：功能完备、灵活性、通用性好。功能完备、灵活性、通用性好。5世界上第一台世界上第一台PLCPLC：19691969年由美国数字设备公司（年由美国数字设备公司（DECDEC）根据美国）根据美国通用汽车公司（通用汽车公司（GMGM）的要求研制成功）的要求研制成功 背景背景：19681968年美国通用汽车公司（年美国通用汽车公司（GMGM），为了），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。及接线，以降低成本，缩短周期。6 早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。它主要用于顺序控制，只能实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控制器（Programmable logic controller，略写 PLC)随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控制器（Programmable controller，略写PC)。为区别于Personal Computer(PC)，故沿用PLC 这个略写。2.1.2 可编程控制器的定义可编程控制器是一种工业控制装置可编程控制器是一种工业控制装置 PLC是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为 以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术（3C技术）融为一体的新型工业控制装置。这种新型的工业控制装置以其简单易懂、操作方便、可靠性高、体积小、适于在工业化的环境下运行、使用寿命长等一系列优点，迅速地在各工业领域被广泛使用。781987年2月，国际电工委员会（IEC）PLC的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。92.2 可编程控制器的特点、分类和技术指标2.2.1 可编程控制器的特点2.2.2 可编程控制器的分类2.2.3 可编程控制器的技术指标101.性能稳定可靠，抗干扰能力强。2.模块化组合式结构，通用性好，使用灵活方便。3.编程简单，便于普及。4.可进行在线修改。5.网络通讯功能，便于实现分散式测控系统。6.与传统的控制方式比较，线路简单。7.体积小，重量轻，功耗低。2.2.1 可编程控制器的特点112.2.2 可编程控制器的分类 PLC在90年代已经形成微、小、中、大、巨型多种PLC。按I/O点数分，可分为:122.2.3 可编程控制器的技术指标1.输入/输出点数(I/O点数)。2.扫描速度。（单位：ms/K步 或 s/步）3.内存容量。（16位二进制数为一个字）4.指令的功能与数量。（PLC的编程和控制功能）5.内部元件的种类和数量。6.高功能模块。132.3 可编程控制器的应用领域和发展趋势2.3.1 可编程控制器的应用领域2.3.2 可编程控制器的发展趋势14目前，目前，PLCPLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建材机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各材机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着行各业，随着PLCPLC性能价格比的不断提高，其应用领域性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。不断扩大。开关量逻辑控制：开关量逻辑控制：代替继电器作组合逻辑、定时、计数、顺序控制等逻辑控制运动控制运动控制：有步进电机或伺服电机的位置控制模块，：有步进电机或伺服电机的位置控制模块，以 专用模块作直线、圆弧的位置、速度、加速度控制。应用：金属切削机床、金属成形机械、装配机械、机器人、电梯等。模拟量控制模拟量控制：A/DA/D、D/AD/A转换模块转换模块2.3.1 可编程控制器的应用领域15l闭环过程控制：专用模块对温度、压力等模拟量作闭环PID控制。应用：塑料挤压成形机、加热炉、锅炉、化工过程等。l数据处理：通过各种运算完成对数据的采集、分析和处理。应用：造纸、冶金、食品、轻纺工业中的大型控制系统。l通信联网：主机与远程I/O，PLC间，PLC与其它智能设备间（如PC、CNC、变频器）l民用：楼宇自动化：照明、自动门、空调、窗帘、保安 家庭自动化：智能家电 商 业：停车场、仓库、加油站、酒店 公共场合：机场、火车站、医院、道路交通灯 农 业：暖房、动物饲养温度控制、定时浇水16国际市场上流行的PLC厂家:目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的：（1）美国：AB、GE通用电气、莫迪康公司；（2）德国：西门子公司;（3）日本：三菱、富士、欧姆龙、松下电工；（4）法国：TE 施耐德公司；（5）韩国：三星、LG公司等。国产PLC品牌：（1）台湾：台达、永宏、盟立、士林、丰炜、智国、台安（2）大陆：上海正航，深圳合信、厦门海为、南大傲拓、德维深、北京和利时、KDN、淅大中控 17l高速、高性能、大容量：采用多CPU、专用CPU、流水线结构，可实现智能PID、模糊控制、自适应控制、参数自整定等闭环控制。三菱 AnA系列使用了世界第一个32位PLC专用处理器，基本指令扫描时间为0.15微秒。松下 FP10SH系列的32位CPU顺序指令执行速度达到0.04微秒/步。l微型化：满足机电一体化应用要求，PLC的体积向轻薄短小化发展。三菱FX1S-14M(14个I/O）尺寸仅为906075mm，底部尺寸仅相当于一张卡片大小。l智能化：模拟I/O、高速计数、运动控制、温度控制、条形码阅读等2.3.2 可编程控制器的发展趋势18l网络化：各种微机、图形工作站、PLC本身均可作为PLC的监控主机。l编程语言标准化、高级化：发展面向功能块的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（C、BASIC）、PLC专用高级语言（MELDAP）等。l通信“傻瓜”化：智能通信模块、语音处理模块。l软件化与PC化：在PC上模拟仿真实现PLC功能的软件包l上位编程的组态软件化：降低系统集成难度、节约设计时间l机电一体化：机械本体PLC传感器执行器l控制与信息处理融合：PLC机器视觉信息处理器192.4 可编程控制器的基本组成及工作原理2.4.1 可编程控制器的基本组成2.4.2 可编程控制器的工作原理20根据结构形式的不同，根据结构形式的不同，PLCPLC可分为整体式和组合式两类。可分为整体式和组合式两类。2.4.1 可编程控制器的基本组成1）基本结构21整体式PLC组成框图22组合式PLC组成框图23S7-200S7-20024S7-300S7-3002526272.存储器1.CPU(1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令。(2)将各种输入信号取入。(3)把运算结果送到输出端。(4)响应各种外部设备的请求。ROM：存放管理、监控、指令解释等系统管理程序。（用户不能访问和修改该部分内容）RAM：存放用户编制的控制程序。2）各组成部分的作用注意：注意：PLC产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。283.输入、输出接口：PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件；采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的电信号，以便控制电磁阀、接触器、接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使主机与外部强电隔离。输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机处理。输出三种形式：继电器 交/直流输出方式，低速大功率 晶闸管 交流输出方式，高速大功率 晶体管 直流输出方式，高速小功率294.各种接口、高功能模块：便于扩展。小型机：一体机。有接口可扩展。中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合。5.编程设备6.电源30输入设备输入设备 输出设备输出设备 2.4.2 可编程控制器的工作原理3132l1）PLC工作过程 PLC从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序执行用户程序，直到END指令结束。然后再从头开始执行，并周而复始，直到停机或切换到STOP停止状态。CPU：等待命令。PLC：循环扫描。自诊断与外设通信输入采样程序执行输出刷新 整整个个过过程程包包括括内内部部处处理理、通通信信服服务务、输输入入处处理理、程程序序执行、输出处理五个阶段执行、输出处理五个阶段 整整个个过过程程扫扫描描执执行行一一遍遍所需的时间称为所需的时间称为扫描周期扫描周期 扫描周期与扫描周期与CPUCPU运行速运行速度、度、PLCPLC硬件配置及用户程硬件配置及用户程序长短有关。序长短有关。3334PLC扫描工作方式图：图：PLCPLC扫描过程扫描过程PLC程序执行过程：输入采样程序执行输出刷新35信号传递过程:集中采样：集中采样：在在一一个个扫扫描描周周期期中中，对对输输入入状状态态的的采采样样只只在在输输入入处处理理阶阶段段进进行行。当当PLCPLC进进入入程程序序处处理理阶阶段段后后输输入入端端将将被被封封锁锁，直直到到下下一一个个扫扫描描周周期期的的输输入入处处理理阶阶段段才才对对输输入入状状态态进行重新采样。进行重新采样。集中输出：在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。PLC的扫描式对工作方急待处理的任务是不能及时解决的，引人中断处理方式即可得到解决。在中断方式下，急待处理的任务申请中断，被响应后，停止正在进行的用户程序扫描，转而去处理中断工作，运行有关中断服务程序，中断处理完成后，又返回运行原来的用户程序。PLC的扫描周期的长短和PLC的运算速度和工作方式有关，但主要和梯形图的长度及指令的种类有关，一个扫描周期的时间大约在几毫秒到几百毫秒之间。PLC执行梯形图 是一步一步进行的，所以它的逻辑结果也是由前到后逐步产生的，为串行工作方式。常规电器的控制电路中所有的控制电器都是同时工作的，在通电和得电顺序上不存在先后的问题，为并行工作方式。注意：36 为了区别常规控制电路和PLC控制电路(通常叫梯形图)，PLC一般用专用图形符号来表示，其中可编程序控制器的继电器线圈可有多种画法。37382.5 可编程控制器的编程语言2.5.1 梯形图2.5.2 语句表39 PLC PLC的编程语言常采用梯形图语言、指令助记符语的编程语言常采用梯形图语言、指令助记符语言、逻辑图语言、功能表图语言、言、逻辑图语言、功能表图语言、高级语言，高级语言，其中梯形其中梯形图、指令助记符语言最为常用。图、指令助记符语言最为常用。2.5.1 梯形图主母线主母线主母线主母线副母线副母线副母线副母线接点接点接点接点编程线圈编程线圈编程线圈编程线圈节点节点节点节点梯形图左、右垂线称为左右母线，梯形图的最右是输出器件梯形图左、右垂线称为左右母线，梯形图的最右是输出器件PLCPLC的的输出器件用圆圈表示。输出器件用圆圈表示。梯形图中的继电器不是物理继电器，每个继电器是映象寄存器中的梯形图中的继电器不是物理继电器，每个继电器是映象寄存器中的一位，被称为一位，被称为“软继电器软继电器”。（。（梯形图梯形图）梯形图是梯形图是PLCPLC形象化的编程手段，梯形图两端是没有任何电源可接形象化的编程手段，梯形图两端是没有任何电源可接的，梯形图中并没有真实的电流，而仅仅是的，梯形图中并没有真实的电流，而仅仅是“概念概念”电流电流输入继电器供输入继电器供PLCPLC接收外部输入信号，因此在梯形图中只出现输入接收外部输入信号，因此在梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现输入继电器线圈。继电器的触点，而不出现输入继电器线圈。输出继电器供输出继电器供PLCPLC输出控制用，它通过输出去驱动外部负载。输出控制用，它通过输出去驱动外部负载。当当PLCPLC处于运行状态时，处于运行状态时，PLCPLC对梯形图是按扫描方式顺序执行程序。对梯形图是按扫描方式顺序执行程序。2.5.1 梯形图4041PLC控制电机正反转接线图（b）内部寄存器SB1：正转SB2：反转SB3：停止KM1：正转KM2：反转（a）PLC接口图(c)梯形图.SB3SB3KMKM1 1KMKM2 2SBSB1 1KMKM1 1KMKM1 1SBSB2 2KMKM2 2KMKM2 2.42 助记符语言类似于计算机汇编语言，用一些简洁易记的文字符号表达PLC的各种指令。同一厂家的PLC产品，其助记符语言与梯形图语言是相互对应的，可互相转换。助记符语言常用于手持编程器中，梯形图语言则多用于计算机编程环境中。PLCPLC语句：语句：地址：操作码地址：操作码+操作数操作数逻辑图语言逻辑图语言顺序功能表图语言顺序功能表图语言高级语言高级语言2.5.2 语句表4344