可编程控制器讲课课件1.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,可 编 程 控 制 器 原 理 及 应 用,Programmable Logic Controller(PLC),Programmable,Controller(PC,),可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上，逐步发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型,工业自动控制装置。,1,概 述,一、发展概况,PLC,可编程控制器,世界上第一台,PLC,1969,年由美国数字设备公司（,DEC）,根据美国通用汽车公司（,GM）,的要求研制成功,背景,：,1968年美国通用汽车公司GM），,为了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。,设计思想,：,吸取继电器和计算机两者的优点,继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但,简单易懂、价格便宜；,计算机,功能强大、灵活（可编程）、通用性好,，但编程困难；,采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）,二、,PLC,的品牌产品,三 菱：,FX1S,、,FX1N,、,FX2N,、,QA,系列,日 立：,E,、,EC,、,EM,、,EMII,、,H,、,EH-150,、,MICRO-EH,系列,东 芝：,EX20 EX40,系列,富 士：,NB,、,NJ,、,NS,、,SPB,系列,松 下：,FP0,、,FP1,、,FP2,、,FP2SH,、,FP3,、,FPM,、,FPC,、,FP5,、,FP10,、,FP10S,、,FP10SH,系列,欧姆龙：,CPM1A,、,CPM2A,、,C200H,、,CQM1,、,CQM1A,、,CJ,系列,SIEMENS,：,SIMATIC S7-200 S7-300 S7-400,系列,施 耐 德：,Twido,系列,通 用：,GE-I,系列,德洲仪器：,TI100,系列,LG,：,K10,、,K30,、,K60,、,K80,、,K100,、,K120,、,K120S,（,E,）、,K200,、,K300,、,K1000,系列,二、,PLC,的品牌产品,FX-PLC,FX0S,FX0N,FX1S/FX1N,FX2N,AnS,QnA,/,AnA,QnS,S7-200,S7-300,S7-400,LOGO,C,SP,C200H,CS,三、主要功能,1.,逻辑控制,可编程序控制器具有逻辑运算功能，它设置有“与”、“或“、“非”等逻辑运算指令，能够描述继电器触点的串联、并联、串并联、并串联等各种连接。因此它可以代替继电器进行组合逻辑和顺序逻辑控制。,2.,定时控制,可编程序控制器具有定时控制功能。它为用户提供若干个定时器并设置了定时指令。定时时间可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，定时时间的最小单位也可在一定的范围内进行选择，因此，使用灵活，操作方便。,3.,计数控制,可编程序控制器具有计数控制功能。它为用户提供若干个计数器并设置了记数指令。计数值可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，有些可编程序控制器还设置了加计数、减计数两种不同的记数方式。,4.A/D,、,D/A,转换,大多数可编程序控制器还具有摸,/,数（,A/D,）和数,/,摸（,D/A,）转换功能，能完成对模拟量的检测与控制。,三、主要功能,5.,定位控制,有些可编程序控制器具有步进电动机和伺服电动机控制功能，能组成开环系统或闭环系统，实现位置控制。,6.,通信与联网,有些可编程序控制器具有联网和通信功能，可以进行远程,I/O,控制，多台可编程序控制器之间还可以进行同位链接，还可以与计算机进行上位链接。由一台计算机和多台可编程序控制器可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以完成较大规模的复杂控制。,三、主要功能,7.,数据处理功能,大多数可编程序控制器都具有数据处理功能，能进行数据并行传送、比较运算；,BCD,码的加、减、乘、除等运算；还能进行字的按位“与”、“或”、“异或”、求反、逻辑移位、算术移位、数据检索、比较、数制转换等操作。,随着科学技术的不断发展，可编程序控制器的功能还在不断拓宽和增强。,三、主要功能,四、主要特点,1.,可靠性高、抗干扰能力强、适用于恶劣工作环境,2.,编程简单易学,3.,应用灵活方便,4.,通用性强,5.,具有完善的监视和诊断功能,6.,体积小、重量轻、功耗小、安装维护方便、性价比高,1,）各种机械行业，可实现设备、自动线的自动化控制；,2,）顺序控制、过程控制、位置控制、生产过程的监控和管理、结合网络技术；,3,）数字量、模拟量的数据采集；,五、应用范围,六、,P LC,控制系统与电器控制系统的比较,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,学习要求,：,了解可编程控制器的基本结构与基本工作原理,搞清楚,PLC,内部等效继电器电路的等效思路,熟悉,PLC,的指令系,统,掌握,PLC,的编程方法和开发步骤,一、,PLC,的基本结构,三菱,PC,基本单元外形,CPU,存储器,通用串口,扩展接口,电 源,外部设备,（编程器等）,扩展单元、特殊功能单元等,输入状态寄存器,输出状态寄存器,输入接口,输出接口,现场输入信号,现场输出信号,PLC,基本结构框图,2,可编程控制器的硬件结构与工作原理,2.,存储器,系统程序存储区：存放系统软件，固化在,ROM,或,EPROM,等只读存储器中。,用户程序存储区：存放用户程序,变量（数据）存储区：存放内部变量或数据,通常采用低功耗的,CMOS-RAM,存储器加备用电池，可读写,1.,中央处理单元,CPU,计算和控制中心。它的性能（位数和主频）决定了,PLC,的运算速度和信息处理量的大小。,PLC,中的存储器,及作用,PLC,的编程语言（,IEC61131-3,中的,5,种,PLC,基本语言）,顺序功能图（,SFC,）,：不仅仅是一种语言，更是一种组,织控制程序的图形化方式。,梯 形 图（,L D,）,：以图形方式表达触点和线圈以及,特殊指令块的梯级。,指 令 表（,I L,）,：类似汇编程序的基于文本的语言,与其相对应的是,LD,。,结 构 文 本（,S T,）,：,类似,Pascal,的基于文本的语言,功 能 块 图（,FBD,）,：一种对应于线路图的图形语言。,FBD,广泛地用于过程工业。,3.,输入,/,输出接口：,是,CPU,连接工业现场设备的桥梁。,CPU,：,标准电平,弱电,数字量,外部设备：,开关量、模拟量,不同电压等级的交流、直流量,高速、低速信号,远程、本地信号,输入,/,输出接口,PC,厂家为用户提供各种类型的,I/O,接口电路。,直流开关量输入接口电路,光耦的作用,:,电气隔离，抗干扰,电平转换,开关量输入接口：将工业现场的开关量信号转变成,CPU,能接受的标准逻辑电平。,(,图,),直流开关量输入接口,交流开关量输入接口,内部直流电源,发光二极管,光电耦合器,输出,方式,开关量输出接口：通过该接口实现对外部设备的驱动控制,继电器输出,晶体管输出,晶闸管输出,继电器输出：输出接口由继电器构成。,晶体管输出：输出接口由晶体管构成。,晶闸管输出：输出接口由晶闸管构成。,适于大功率、低速、交、直流负载,适合于小功率、高速、直流负载,适合于大功率、高速、交流负载,(,图,),继电器输出型接口电路,负载电源由外部提供,继电器输出接口电路,Y0,COM1,晶体管输出接口电路,+5V,+24V,+24V,或,+5V,6.,编程器：,是,PLC,的主要外设。用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视。,便携式：本身不带,CPU,，,只能联机编程。体积小、重量轻、便于生产现场调试。,CRT,智能式：带有显示屏的图形编程器，有,CPU,，,可联机编程也可脱机编程，可用多种语言编程。,4.,扩展接口：,是用于扩展,I/O,单元或特殊功能单元。,通用微机作为编程器：个人电脑，配上厂家提供的编程软件和通讯线。有效利用资源。,5.,电源：,是,PLC,的供电电源一般为市电（也有,24V,供电的）。,PLC,内部设计有电路进行稳压和变换。以适应内部电路的需要。,PLC,编程器,及作用,二、,PLC,的基本工作原理,PLC,的工作方式：,循环扫描工作方式,例如：用户程序的执行（用户程序的扫描工作过程）,扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。,PLC,的扫描工作过程,检查,CPU,等内部硬件，对监视定时器（,WDT）,复位以及其它工作,与其它智能装置（如编程器、计算机等）实现通信,按顺序对所有输入端的状态进行采样，并存入相应寄存器,对用户程序扫描执行，并将结果存入相应的寄存器,将寄存器中与输出有关状态，转到输出锁存器，输出驱动外部负载,PLC,的扫描工作过程,整个过程包括内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段,整个过程扫描执行一遍所需的时间称为,扫描周期,扫描周期与,CPU,运行速度、,PLC,硬件配置及用户程序长短,有关。,典型值为,1,100ms,PLC,执行程序的过程,PLC,扫描工作方式的特点,集中采样：,在一个扫描周期中，对输入状态的采样只在输入处理阶段进行。当,PLC,进入程序处理阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样。,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。,提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性，,降低了系统的响应速度,PLC,工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性,产品检测传送带如图示，用,PLC,来检测产品数量。为确保不漏检，对,PLC,扫描周期有何要求？,产品通过检测点的时间间隔为：,T=0.025m/(50m/60s)=30ms,所以，,PLC,的扫描周期必须小于,30ms,PLC,的分类,按,I/O,点数分,小型,PLC,：,入出总点数,256,中型,PLC,：,入出总点数,2562048,大型,PLC,：,入出总点数,2048,按结构类型分,整体式,模块式（积木式）,按功能分,低档机,中档机,高档机,三、,PLC,分类、主要技术指标,PLC,的主要技术指标,入,/,出点数,扫描速度,内存容量,指令条数,内部元件,功能模块,编程语言,3,可编程控制器的,软件和用户环境,一、,PLC,的软件结构,软件结构,监控程序,用户程序,1.,监控程序,监控程序是可编程控制器产品必须包括的部分，由生产厂家提供。其功能如下：,1,）系统管理,运行管理：何时输入、何时输出、何时运算、何时自检、何时通讯等进行时间上的分配管理。,程序空间的管理：生成用户环境。,系统自检程序：系统出错检验、用户程序语法检验、句法检验等。,2,）用户指令解释程序,编辑程序和解释程序。,3,）标准程序和系统调用,2.,用户程序,用户,在,PLC,提供的编程环境下编制的完成控制功能的程序。,1.,用户数据结构,1,）位数据,这是一类逻辑量，其值只有“,0”,或“,1”,。,2,）字数据,其数制、字长有很多形式。单字或双字、十进制（,K,）或十六进制,(H),等。,3,）位和字的混合。,二、用户环境,2,、,PLC,的内部等效电路,输入设备,输出设备,输入部分：等效输入继电器。,逻辑控制部分：由用户程序实现的逻辑关系。构成逻辑电路的元件是等效编程元件。,输出部分：等效输出继电器。,三菱,F,系列,PLC,的基本情况,日本三菱的早期产品，小型机，整体式结构，包括：基本单元，扩展单元、特殊单元三种。,3.PLC,的元件,用户可以使用的输入输出接口、内部存储单元,统称元件。,