可編程控制器概述.ppt

,1,第三章 可編程序控制器概述,2,本章主要內容,3.1 PLC的產(chǎn)生和定義 3.2 PLC的主要功能及特點 3.3 PLC的應用和發(fā)展 3.4 PLC的分類 3.5 PLC的系統(tǒng)組成 3.6 PLC與其它控制系統(tǒng)的區(qū)別 3.7 PLC的工作原理 3.8 PLC的編程語言,3,311 PLC的產(chǎn)生-GM10條 (1)編程簡單，可現(xiàn)場修改程序； (2)維修方便，最好是插件式結構； (3)可靠性高于繼電器控制裝置； (4)體積小于繼電器控制裝置； (5)數(shù)據(jù)可以直接輸入管理計算機； (6)可以直接用交流115V； (7)輸出為交流115V,容量要求2A以上,可直接驅動電磁閥、接觸器等負載； (8)通用性強，易擴展，擴展時原系統(tǒng)只需很少變更； (9)用戶存貯器容量大于4KB； (10)性能價格比可與繼電器控制裝置競爭。,31 PLC的產(chǎn)生與定義,4,3.1.2 PLC的定義,早期的可編程控制器主要是用來替代繼電器控制系統(tǒng)的，因此功能較為簡單，只能進行開關量邏輯控制，稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）,簡稱PLC。 “可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設計.它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出,控制各種類型機械的生產(chǎn)過程。而有關的外圍設備,都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體,易于擴充其功能的原則設計.” 可以認為PLC實質是一臺工業(yè)控制用計算機。,5,(一) PLC的功能 1 . 開關邏輯和順序控制 2. 模擬控制 （A/D和D/A控制） 3. 定時/計數(shù)控制 4. 步進控制 5運動控制 6. 數(shù)據(jù)處理 7. 通信聯(lián)網(wǎng),32 PLC的功能特點,6,（二）PLC的特點,1. 編程簡單,易于使用； 2可靠性高，抗干擾能力強； 3. 控制系統(tǒng)結構簡單，通用性強； 4. 功能完善； 5. 設計、施工和調試的周期短； 6.體積小、重量輕、功耗低，維護操作方便； 7. 易于實現(xiàn)機電一體化 。,7,硬件方面措施： (1)隔離 (2)濾波 (3)在PLC內部對CPU供電電源采取屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施. (4)內部設置連鎖、故障檢測與診斷等電路，一旦發(fā)生故障就報警。 (5)外部采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結構，以適應惡劣環(huán)境。 軟件方面措施： 設置數(shù)字濾波、故障檢測與診斷程序，發(fā)現(xiàn)錯誤立即處理（封鎖輸出、報警、保護數(shù)據(jù)）.,8,3.3 PLC的應用與發(fā)展,3.3.1 PLC的發(fā)展狀況,3.3.2 PLC的發(fā)展趨勢 1.向小型化、專業(yè)化、低成本方向發(fā)展; 2.向大容量,高速度方向發(fā)展; 3.智能型I/O模塊的發(fā)展; 4.基于PC的編程軟件取代編程器; 5.PLC編程語言的標準化; 6.PLC通信的易用化; 7.組態(tài)軟件與PLC的軟件化; 8.PLC與現(xiàn)場總線相結合,9,一方面向著大型化的方向發(fā)展，一方面則向著小型化的方向發(fā)展。 PLC向大型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在大中型PLC高功能、大容量、智能化、網(wǎng)絡化發(fā)展，使之能與計算機組成集成控制系統(tǒng)，對大規(guī)模、復雜系統(tǒng)進行綜合的自動控制。 PLC向小型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在下列幾個方面：為了減小體積、降低成本，向高性能的整體型發(fā)展；在提高系統(tǒng)可靠性的基礎上，產(chǎn)品的體積越來越小，功能越來越強；應用的專業(yè)性，使得控制質量大大提高。,可編程序控制器的發(fā)展趨勢,10,常用PLC的生產(chǎn)廠家,日本立石（OMRON）公司的C系列可編程序控制器； 日本三菱（MITSUBISHI）公司的F、F1、F2、FX2系列可編程序控制器； 日本松下（PANASONIC）電工公司的FP1系列可編程序控制器； 美國通用電氣（GE）公司的GE系列可編程序控制器； 美國艾論布拉德利（A-B）公司的PLC-5系列可編程序控制器； 德國西門子（SIEMENS）公司的S5、S7系列可編程序控制器。,11,國產(chǎn)SOC-48NE2型PLC,國產(chǎn)JH120H型PLC,日本FX型PLC,美國通用PLC,日本松下PLC,合資產(chǎn)品歐姆龍PLC,德國西門子PLC,12,3.3.3 PLC的應用領域,PLC已廣泛應用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機械制造、汽車、裝卸、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。PLC的應用范圍可分成5種類型。 （1）順序控制 如印刷機械、包裝機械、機床裝配生產(chǎn)線及電梯控制等。 （2）運動控制 PLC把描述目標位置的數(shù)據(jù)送給模塊，其輸出移動一軸或數(shù)軸到目標位置。 （3）過程控制 PLC還能控制大量的過程參數(shù)，如溫度、流量、壓力和液位。一個具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。 （4）數(shù)據(jù)處理 在機械加工中,PLC作為主要的控制與管理系統(tǒng)可以完成大量的數(shù)據(jù)處理工作。 （5）通信網(wǎng)絡,13,PLC的應用領域,傳送帶生產(chǎn)線控制,灌裝及包裝機械,木材加工,電梯控制,空調控制,紡織機械,印刷機械,14,3.4 PLC的分類,一、按點數(shù)和功能分類 （1）超小型機 ：I/O點數(shù)為64點以內，內存容量為2561000字節(jié)； （2）小型機：I/O點數(shù)為64256，內存容量為13.6K字節(jié)； （3）中型機：I/O點數(shù)為2561024，內存容量為3.613K字節(jié)； （4）大型機：I/O點數(shù)為1024以上，內存容量為13K字節(jié)以上；,15,二、按結構形式分類,（1）整體式結構 一般的小型及超小型PLC多為整體式結構，這種可編程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及與編程器或EPROM寫入器相連的接口、輸入/輸出端子、電源、指示燈等都裝配在一起的整體裝置。西門子公司的S7-200系列PLC為整體式結構。 （2）模塊式結構 模塊式結構又叫積木式。這種結構形式的特點是把PLC的每個工作單元都制成獨立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、通信模塊等。常見產(chǎn)品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西門子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。,16,17,3.5 PLC的系統(tǒng)組成,PLC專為工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，采用了典型的計算機結構，它主要是由CPU、電源、存儲器和專門設計的輸入/輸出接口電路等組成。PLC的結構框圖如圖所示：,圖3.1 PLC結構框圖,18,1. 中央處理單元(CPU),中央處理單元(CPU)一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片上。CPU通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲單元、輸入/輸出接口電路相連接。 它的主要功能有以下幾點： 接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，送入存儲器存儲； 用掃描方式接收輸入設備的狀態(tài)信號，并存入相應的數(shù)據(jù)區(qū)； 監(jiān)測和診斷電源、PLC內部電路工作狀態(tài)和用戶程序編程過程中的語法錯誤； 執(zhí)行用戶程序，完成各種數(shù)據(jù)的運算、傳遞和存儲等功能； 根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結果，刷新有關標志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器表的內容，以實現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 PLC常用的CPU芯片有通用微處理器、單片機和位片式微處理器。 PLC的檔次越高，所用的CPU的位數(shù)也越多，運算速度也越快，功能越強。,19,2. 存儲器,PLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩部分。 系統(tǒng)存儲器存放系統(tǒng)程序，并固化到ROM內，用戶不能直接更改。它使PLC具有基本功能，能夠完成PLC設計者規(guī)定的各項工作。其內容主要包括三部分。 第一部分為系統(tǒng)管理程序； 第二部分為用戶指令解釋程序； 第三部分為標準程序模塊與系統(tǒng)調用。 用戶存儲器用來存放用戶編制的控制程序。它包括用戶程序存儲器（程序區(qū)）和數(shù)據(jù)存儲器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。 PLC常用的存儲器類型三種： （1）隨機存取存儲器（RAM） （2）只讀存儲器（ROM） （3）可電擦除可編程只讀存儲器EPROM、EEPROM,20,3. 輸入/輸出單元,PLC的輸入/輸出信號類型可以是開關量和模擬量。 輸入單元接收來自用戶設備的各種控制信號，通過接口電路將這些信號轉換成中央處理器能夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運行時CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進行處理，將處理結果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點相對應的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅動被控設備的執(zhí)行元件。 常用開關量輸入/輸出接口電路有： （1）輸入接口電路 通常PLC的輸入類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內部提供。,21,圖3.2 直流輸入接口電路,圖3.3 交流輸入接口電路,22,(2)輸出接口電路 輸出接口電路按輸出開關器件的種類分通常有三種類型:繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。每種輸出電路都采用電氣隔離技術，電源由外部提供，輸出電流一般為0.52A。,它只能帶直流負載，屬于直流輸出方式，直流電源由用戶提供。 特點：壽命長、無噪音、可靠性高、可以高速通斷，頻率響應快，響應時間為0.2ms能滿足一些直流負載的特殊要求.如直流電機、電器和高速電磁閥的驅動等，但其價格高，過載能力差。,晶體管輸出：如圖示,23,晶閘管輸出：如圖示,晶閘管輸出也是無觸點輸出，它采用光觸發(fā)型雙向晶閘管。它屬于交流輸出方式，只能帶交流負載。交流電源由用戶提供。 特點：響應速度快,響應時間為1ms以下,壽命長,可驅動交流負載,但過載能力差.,特點:它耐受電壓范圍寬,導通壓降小,價格便宜。即可控制交流負載，也可控制直流負載，但其機械觸點壽命短，轉換頻率低，響應時間平均為10ms，觸點斷開時有電弧產(chǎn)生，容易產(chǎn)生干擾。,繼電器輸出:如圖示,4. 電源部件 5. 編程器,6. 擴展接口 7. 通信接口 8. 其它部件,24,1. 控制邏輯 繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，而PLC采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故稱為“軟接線”。 2. 工作方式 前者屬于并行工作方式，PLC屬于串行工作方式。 3. 可靠性和可維護性 4. 控制速度 5. 定時控制 6. 設計和施工,PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較 PLC與單片機的比較 PLC與工業(yè)控制計算機的比較,3.6 PLC與其他控制系統(tǒng)的區(qū)別,25,3.7 PLC的工作原理,3.7.1 PLC的工作方式與運行框圖,26,PLC是以分時操作方式來處理各項任務的,程序的執(zhí)行是按順序依次完成相應各電器的動作,它屬于串行工作方式.PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)順序掃描的方式工作的,每一次掃描所用的時間為掃描周期或工作周期.PLC工作的全過程可用如圖3-7所示的運行框圖來表示. 一個掃描周期的五個階段：內部處理與編程器等的通信處理輸入掃描 執(zhí)行用戶程序輸出處理。,PLC運行正常時,掃描周期與CPU的運算速度、I/O點的情況、用戶應用程序的長短等有關。,27,PLC的運行框圖:,28,3.7.2 PLC工作過程的中心內容,輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新這三個階段是PLC工作過程的中心內容。PLC典型的掃描工作過程如圖所示：,29,1. 輸入采樣階段：,在輸入采樣階段，PLC以掃描方式按順序將所有輸入端的輸入信號狀態(tài)（“0”或“1”，表現(xiàn)在接線端子上是否承受外加電壓）讀入輸入映像寄存器中，這個過程稱為對輸入信號的采樣，接著轉入程序執(zhí)行階段。在輸入采樣階段結束后，即使輸入信號狀態(tài)發(fā)生改變，輸入映像寄存器中的狀態(tài)也不會發(fā)生改變。,30,2程序執(zhí)行階段:,在程序執(zhí)行階段，PLC對程序按順序進行掃描，又稱程序處理階段。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、先左后右的順序對由接點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng)RAM區(qū)對應位的狀態(tài)。在程序執(zhí)行階段，只有輸入映像寄存器區(qū)存放的輸入采樣值不會發(fā)生改變，其他各種元素在輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能隨著程序的執(zhí)行隨時發(fā)生改變。 3. 輸出刷新階段： 當程序執(zhí)行后進入輸出刷新階段。此時將輸出映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉存到輸出鎖存器中，再通過輸出端驅動用戶輸出設備（負載）。,31,3.7.3 PLC對輸入、輸出的處理原則,PLC在輸入/輸出處理方面必須遵守的一般原則： (1)輸入映像寄存器中的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子板上各輸入點在上一刷新期間的接通和斷開的狀態(tài)。 (2)程序執(zhí)行結果取決于用戶所編程序和輸入/輸出映像寄存器的內容及其他各元件映像寄存器的內容。 (3)輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸出指令的執(zhí)行結果。 (4)輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一個掃描周期輸出刷新階段輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定。 (5)輸出端子的接通和斷開狀態(tài)，由輸出鎖存器決定。,32,3.8 PLC的編程語言,3.8.1 PLC的編程語言 PLC提供的編程語言通常有以下幾種:梯形圖、指令表、功能塊圖、順序功能圖、結構化文本。 1. 梯形圖（LD） 語言簡單,易于理解,是所有編程語言的首選. 2. 指令表(IL) 類似于計算機的助記符語言,是最基礎的編程語言.用一個或幾個字符來代表PLC的某種操作功能.,1.梯形圖示例:,33,2. 指令表,指令表（IL）語言類似于計算機的匯編語言，特別適 合于來自計算機領域的工程人員。用指令助記符創(chuàng)建用 戶程序，屬于面向機器硬件的語言，STEP7 Micro/Win32 的指令表如圖所示。,圖 指令表舉例,34,圖 PLC控制三相交流異步電動機的電路連接電路,35,本 章 小 結,（1）PLC從結構上可分為整體式和模塊式；從容量上可分為小型、中型和大型。 （2）PLC的組成部件有中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）接口和電源等。 （3）PLC按集中采樣、集中輸出，按順序周期性循環(huán)掃描用戶程序的方式工作。其工作過程的中心內容為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。 （4）PLC是為取代繼電接觸式控制系統(tǒng)而產(chǎn)生的，因而兩者存在一定的聯(lián)系。PLC與繼電接觸式控制系統(tǒng)具有相同的邏輯關系，但PLC使用的是計算機技術，其邏輯關系用程序實現(xiàn)，而不是實際電路。 （5）可用多種形式的編程語言來編寫PLC的用戶程序，而梯形圖和語句表是兩種最常用的編程語言。,