可编程控制器的基本结构和工作原理PPT学习课件.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,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,*,第,1,章 概 述,第三章 可编程控制器的基本结构和工作原理,一、可编程序控制器的产生,继电接触器控制系统的缺点：,体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，一旦生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，这造成了时间和资金的严重浪费。,3.1,可编程控制器的概述,PLC,的产生,1968,年，美国通用汽车公司,(GM,公司,),为了在每次汽车改型或改变工艺流程时不改动原有继电器柜内的接线，以便降低生产成本，缩短新产品的开发周期，而提出了研制新型,逻辑顺序控制装置，,并提出了该装置的研制指标要求，即,10,项招标技术指标。,1969,年，美国数字设备公司（,DEC,公司）首先研制成功第一台可编程控制器,PDP,14,。接着，美国,MODICON,公司也开发出可编程控制器,084,。,1971,年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制成了日本第一台可编程控制器,DSC,8,；,1973,年，西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器；,我国从,1974,年也开始研制可编程控制器，,1977,年开始工业应用。,二、,PLC,的名称由来,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。,三、可编程序控制器的定义,PLC,是一种专门,为在工业环境下应用而设计的进行数字运算操作的电子装置。,它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。,PLC,及其有关的外围设备都应按照,易于与工业控制系统形成一个整体和易于扩展其功能的,原则而设计。,”,四、,PLC,的分类,1.,按可编程序控制器的结构分类：,整体式,结构和,模块式,结构,1),整体式结构的,PLC,把,CPU,、存储器、输入输出接口电路、电源都装入一个金属或塑料外壳的机箱之中，称为主机。,机箱上有输入输出接线端子排及电源进线端子；机箱上还有发光二极管，反映,PLC,运行模式和输入输出点状态。,整体式结构的,PLC,的,I/O,点数是,固定的，而且数量不多,。如,10点、,24,点、,32,点、,40,点、,60,点等。,2),模块式结构的,PLC,把,PLC,系统的各组成部分分成各个独立的模块，使用时把各部分模块在一个框架上组装在一起；或通过各模块的插口，把各模块依次插接在一起，形成一个完整的,PLC,系统进行工作。,一般模块有,CPU,模块、输入模块、输出模块、,I/O,混合模块、电源模块。,S7-200PLC,S7-300PLC,2.,按,I/O,点数分类,一般将一路信号叫做一个点，将,输入点数和输出点数的总和称为机器的点,。按照点数的多少，可将,PLC,分为超小、中、大等类型。,(1),小型,PLC,：,I/O,点数为,2048,点；多,CPU,16,位、,32,位处理器，用户存储器容量,8,16K,。,上述划分方式并不十分严格，也不是一成不变的。随着,PLC,的不断发展，划分标准已有过多次的修改。,11,PLC,的主要生产厂家,12,五、,PLC,的特点,可靠性高、抗干扰能力强,PLC,的平均,无,故障时间可达几十万个小时。,硬件方面,：,I/O,接口采用,光电隔离,，有效地抑制了外部干扰源的影响；对供电电源及线路,采用多种形式的滤波,，从而消除或,抑制了高频干扰,；对,CPU,等重要部件采用良好的导电、导磁材料,进行屏蔽,，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。,(,光电隔离：消除高频、电磁干扰）,软件方面,：采用,扫描工作方式,，减少了外界的干扰；,设有故障检测和自诊断程序，,能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。,PLC,的特点：,编程简单、操作使用简单,目前，各种,PLC,都采用梯形图语言为第一编程语言，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。,梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握,。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。,同时，,PLC,编程器的操作和使用也很简单。这也是,PLC,获得普及和推广的主要原因之一。,许多,PLC,还针对具体问题，设计了各种专用编程指令及编程方法，进一步简化了编程。,PLC,的特点：,功能完善、通用性强，便于使用,现代,PLC,不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有,A/D,和,D/A,转换、数值运算、数据处理、,PID,控制、通信联网以等许多功能。同时，由于,PLC,产品的系列化、模块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成满足各种要求的控制系统。,设计安装简单、维护方便,由于,PLC,用软件代替了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。,PLC,的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。,在维修方面，由于,PLC,的故障率极低，维修工作量很小；而且,PLC,具很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据,PLC,上指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。,体积小、重量轻、能耗低,PLC,结构紧凑、体积小、能耗低，是实现机电一体化的理想控制设备,。,六、,PLC,的应用领域,顺序控制,运动控制,过程控制,数据处理,通信联网,七、,PLC,的主要性能指标,（六）,智能单元的数量,（一）,存储容量,（二）,输入输出点数,（三）,扫描速度,（四）,编程指令的种类和数量,（五）,扩展能力,八、,PLC,控制系统与继电接触控制系统的区别,控制方法上：,硬 ：软,工作方式上：,并行工作方式 ：串行工作方式,控制速度上：,速度 慢 ：快,定时和计数控制上：,精度 低 ：高,可靠性和可维护性上：,可靠性 低 ：高,九、,PLC,的发展趋势,在系统构成规模上,向大、小两个方向发展；,功能不断增强，各种应用模块不断推出；,产品更加,规范化、标准化。,3.2 PLC,的硬件组成,3.2.1 PLC,的硬件系统组成（,6,部分）,（一）中央处理器,CPU,1.CPU,在系统程序的配合下，做以下工作,：,（,1,）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。,（,2,）诊断电源、,PLC,内部电路工作状态和编程过程中的语法错误。,（,3,）从程序存储器中读取用户程序，经编译程序解释后转化为相应的机器码，按机器码产生相应的控制信号完成用户程序规定的运算任务和控制任务。,（,4,）主要用扫描方式，也用中断方式，接收现场输入设备的状态信息，并存入相应的存储单元。,（,5,）按要求输出相应的运算结果和控制信号。,（,6,）控制打印、显示、通讯等工作的执行。,PLC,的,CPU,由一般微处理器芯片，或由单片机芯片等担任。,3.2.1 PLC,的硬件系统组成（,6,部分）,（二）存储器,存储器有,ROM,和,RAM,两种，用来保存程序和数据,。,1,系统程序存储器,系统程序是系统的监控管理、故障检测、指令解释程序，它不需,用户干预，由厂家直接固化到,EPROM,中。,系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块与系统调用程序,2,用户程序存储器,用来存放用户程序。用户编好程序后，先输入到,PLC,中带有后备,电源的,RAM,中，经调试修改后，可以固化到,EPROM,、,E,PROM,中长期使用。,3,数据存储器,数据存储器用来存放,I/O,状态，中间开关量状态，定时器、计数,器的设定值和现在值,各种运算的源数据和结果数据，状态标志位等。,分为元件映像寄存器和数据表。,3.2.1 PLC,的硬件系统组成（,6,部分）,（三）输入,/,输出接口,1.,控制用,I/O,接口,是,CPU,与现场的被控,I/O,设备之间的连接部件。,2.,外设用,I/O,接口,是,CPU,与保证,CPU,正常工作的外部设备进行联系,接口。外部设备通过一个或多个外设用,I/O,接口与,PLC,的,CPU,进行联系或通讯。通过外设用,I/O,接口还可以实,现,PLC,之间、,PLC,与上位机之间的通讯。,必备的外部设备是编程器,外部设备还有：打印机、,EPROM,写入器、专用彩色图形监控器、外部,RAM,、,ROM,单元、盒式磁带机。,3.2.1 PLC,的硬件系统组成（,6,部分）,3.,扩展用,I/O,接口,可用来外接扩展的控制用,I/O,接口，增加,PLC,的输入,输出能力。,输入,/,输出接口电路,直流输入电路图,内,部,电,路,COM,输入,1,输入,n,交流输入电路图,（四）电源,电源用来提供,PLC,正常工作的各种电压。,交流电源：,PLC,的外接功率电源是,220V/110V,电压的交流电源，有的,PLC,的电源电压的适用范围可达到,85V264V,。电源电压的平稳可靠是,PLC,正常工作的首要条件。,直流电源：,有的,PLC,还可以向外部提供一定功率的直流,24V,电压，提供给,PLC I/O,接口使用,或提供给适量的负载使用。,注意：,为了保证,RAM,芯片在,PLC,断电后仍保持数据，,PLC,内部装有干电池或锂电池做后备电源。这样的电池两年左右要更换一次。有的,PLC,存储器不用,RAM,，而使用,E2PROM,。而,E2PROM,可以不用后备电池。,（五）编程器,供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视,3.2.2 PLC,的软件系统（,2,部分）,PLC,的软件系统：是指,PLC,使用的各种程序的集合，包括系统程序和用户应用程序。,（一）系统程序,系统程序又称为系统软件。它包括,PLC,整个系统及各部分的管理程序，监控程序，系统故障检测程序或故障诊断程序，,PLC,指令系统的解释程序。,系统程序一般由,PLC,采用的微处理器相应的汇编语言编写，由厂家提供，固化在,EPROM,中。,系统程序一般不能也不需要由用户干预。,（二）用户程序,用户程序是用来实现用户的控制要求的应用程序，由用户编制。编制用户程序，,使用的不是原来的汇编语言，而是,PLC,的指令系统，,这是由原来的汇编语言开发出来的,PLC,的程序语言。用户程序由用户使用专用编程器或通用微机输入到,PLC,内存中。,PLC,的程序语言或指令系统，当前主要是梯形图语言及与梯形图相对应的助记符语句指令。也有,PLC,采用流程图语言,(GRAFACET),、顺序功能图语言,(SFC),或专用高级语言，也有使用像,BASIC,这样高级语言的。,3.3,PLC,的编程语言,（一）梯形图（,LAD,）编程,符号对照,典型梯形图示意,典型的梯形图示意图,（二）指令表（,STL,）编程,指令表编程举例,a,）梯形图,b,）指令表,（三）状态流程图（功能图）编程,钻孔顺序的状态流程图,