《PLC應(yīng)用技術(shù)》ppt課件第一單元 認(rèn)識(shí)PLC.ppt

1、a1 第一單元第一單元 認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)PLCPLC 任務(wù)一任務(wù)一 PLC控制器常識(shí)控制器常識(shí) 任務(wù)二任務(wù)二 PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng) 任務(wù)三任務(wù)三 一個(gè)簡(jiǎn)單的一個(gè)簡(jiǎn)單的PLC系統(tǒng)系統(tǒng) 異步電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行電路異步電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行電路 a2 任務(wù)一任務(wù)一 PLC控制器常識(shí)控制器常識(shí) 一、一、PLC的產(chǎn)生和應(yīng)用的產(chǎn)生和應(yīng)用 自20世紀(jì)60年代起，各種生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器接觸器 控制系統(tǒng)構(gòu)成的，產(chǎn)品的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器接觸器控制系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)和 安裝。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺(tái)PLC（Programmable Logic Contro

2、ller），用它取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)在美國(guó)通用汽車(chē)公司的汽車(chē)自動(dòng) 裝配線上使用，取得了巨大成功。 這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡(jiǎn)單易懂，操作方便， 可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快在其他工業(yè)領(lǐng)域推廣 應(yīng)用。 國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1987年2月頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案的第三稿中將 PLC定義為：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用 而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定 時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種 類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程控制器及其有關(guān)設(shè)備，

3、都應(yīng)按易于與工業(yè)控制器系統(tǒng) 連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！?a3 圖1-1是四臺(tái)PLC通信聯(lián)網(wǎng)的示意圖，圖1-2和圖1-3是兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例。 圖1-1 PLC的通信聯(lián)網(wǎng) 圖1-2 選用GE公 司PLC的某開(kāi)關(guān)量控 制盤(pán) 圖1-3 選用A-B公 司PLC的某造紙廠控 制柜 a4 二、常用的二、常用的PLC控制器控制器 目前，世界上PLC產(chǎn)品可按地域分成三大流派：美國(guó)、歐洲和日本產(chǎn)品。 1美國(guó)PLC產(chǎn)品 圖1-4 GE公司90-30模塊式PLC 圖1-5 GE公司90-70模塊式PLC a5 2歐州PLC產(chǎn)品 圖1-8 西門(mén)子S7-200 PLC 圖1-9 西門(mén)子S7-300 PLC 圖

4、1-10 西門(mén)子S7-400 PLC a6 3日本PLC產(chǎn)品 圖1-12 FX1N系列PLC 圖1-13 FX1S系列PLC 圖1-15 FX2N系列PLC a7 4我國(guó)PLC產(chǎn)品 圖1-22 24點(diǎn)混合型通用PLC 圖1-25 凱迪恩PLC a8 任務(wù)二任務(wù)二 PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng) 一、一、PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源和編程器（或編程軟件）組成， CPU模塊通過(guò)輸入模塊將外部控制現(xiàn)場(chǎng)的控制信號(hào)讀入CPU模塊的存儲(chǔ)器中，經(jīng)過(guò)用戶 程序處理后，再將控制信號(hào)通過(guò)輸出模塊來(lái)控制外部控制現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如圖1-26 是PLC控制

5、系統(tǒng)的示意圖。 圖1-26 PLC控制系統(tǒng)的示意圖 a9 1CPU模塊 PLC的CPU模塊由CPU芯片和存儲(chǔ)器組成。 CPU是PLC的核心部件，整個(gè)PLC的工作過(guò)程都是在CPU的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進(jìn)行 的，CPU的主要任務(wù)： 1） 接收從編程軟件或編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。 2）用掃描方式接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器或輸 入映像寄存器。 3）監(jiān)測(cè)電源、PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和用戶程序編制過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。 4）在PLC的運(yùn)行狀態(tài)，執(zhí)行用戶程序，完成用戶程序規(guī)定的各種算術(shù)邏輯運(yùn)算、 數(shù)據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)等。 5）按照程序運(yùn)行結(jié)果，更新相應(yīng)的標(biāo)志位和輸出映像寄

6、存器，通過(guò)輸出部件實(shí) 現(xiàn)輸出控制、制表打印和數(shù)據(jù)通信等功能。 PLC的存儲(chǔ)器有兩種，一種是存放系統(tǒng)程序的存儲(chǔ)器，另一種是存放用戶程序的存 儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用只讀存儲(chǔ)器（ROM、PROM、EPROM、EEPROM）實(shí)現(xiàn)。用戶 程序存儲(chǔ)器一般用隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）實(shí)現(xiàn)，以方便用戶修改程序，為了使在RAM中 的信息不丟失，RAM都有后備電池。固定不變的用戶程序和數(shù)據(jù)也可固化在只讀存儲(chǔ) 器中。 a10 2開(kāi)關(guān)量輸入/輸出接口 PLC與工業(yè)過(guò)程相連接的接口即為I/O接口，I/O接口有兩個(gè)要求：一是接口有良 好的抗干擾能力，二是接口能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)信號(hào)的匹配要求，所以接口電路一 般都包含光電隔離電路

7、和RC濾波電路。 （1）開(kāi)關(guān)量輸入接口 開(kāi)關(guān)量輸入電路的作用是將現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)變成PLC內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。開(kāi) 關(guān)量輸入電路可分為三類(lèi)：直流輸入接口，交流輸入接口，交直流輸入接口。 1）直流輸入接口 圖1-29 直流輸入接口 a11 2）交直流輸入接口 圖1-30 交直流輸入接口 a12 3）交流輸入接口 圖1-31 交流輸入接口 a13 （2）開(kāi)關(guān)量輸出接口 開(kāi)關(guān)量輸出電路的作用是將PLC的輸出信號(hào)傳送到用戶輸出設(shè)備（負(fù)載），開(kāi)關(guān) 量輸出電路可分為三類(lèi)：直流輸出接口，交流輸出接口，交直流輸出接口。按輸出 開(kāi)關(guān)器件的種類(lèi)不同，開(kāi)關(guān)量輸出電路也可分為三類(lèi)：晶體管輸出型，繼電器輸出 型，雙向晶閘

8、管輸出型。 1）直流輸出接口（晶體管型） 圖1-32 直流輸出接口 a14 2）交直流輸出接口（繼電器型） 圖1-33 交直流輸出接口 a15 3）交流輸出接口（雙向晶閘管型） 圖1-34 交流輸出接口 a16 二、二、PLC的控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng) 1接線程序控制系統(tǒng) 在傳統(tǒng)的繼電器和電子邏輯控制系統(tǒng)中，完成控制任務(wù)的邏輯控制部分是將繼 電器、接觸器、電子元件等用導(dǎo)線連接起來(lái)的。這種控制系統(tǒng)稱(chēng)為接線程序控制系 統(tǒng)，邏輯程序就在導(dǎo)線連接中，所以也稱(chēng)為接線程序，如圖1-35所示。在接線程序控 制系統(tǒng)中，控制功能的更改必須通過(guò)改變導(dǎo)線的連接才能實(shí)現(xiàn)。 圖1-35 繼電器控制系統(tǒng) a17 2存儲(chǔ)程序控制

9、系統(tǒng) 所謂存儲(chǔ)程序控制，就是將控制邏輯以程序語(yǔ)言的形式存放在存儲(chǔ)器中，通過(guò)執(zhí) 行存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。在存儲(chǔ)程序控制系統(tǒng)中，控制功能的更改只 需改變程序而不必改變導(dǎo)線的連接就能實(shí)現(xiàn)。可編程控制系統(tǒng)就是存儲(chǔ)程序控制系統(tǒng)， 如圖1-36所示。它由輸入設(shè)備、可編程序控制器內(nèi)部控制電路、輸出設(shè)備三部分組成。 圖1-36 PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng) a18 對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，不必考慮PLC內(nèi)部由CPU、RAM、ROM等組成的復(fù)雜的電路，只要 將PLC看成內(nèi)部由許多“軟繼電器”組成的控制器，以便用梯形圖編程?！败浝^電器” 的線圈和觸點(diǎn)的符號(hào)如圖1-37所示。所謂“軟繼電器”，實(shí)質(zhì)上是存儲(chǔ)器中的每一位 觸發(fā)

10、器(統(tǒng)稱(chēng)為映像寄存器)，該位觸發(fā)器為“1”狀態(tài)，相當(dāng)于繼電器接通；該位觸發(fā) 器為“0”狀態(tài)，相當(dāng)于繼電器斷開(kāi)。 圖1-37 軟繼電器的線圈和觸點(diǎn) a19 任務(wù)三任務(wù)三 一個(gè)簡(jiǎn)單的一個(gè)簡(jiǎn)單的PLC系統(tǒng)系統(tǒng) 異步電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行電路異步電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行電路 一、任務(wù)提出一、任務(wù)提出 如圖1-38所示是電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行電路， SB為啟動(dòng)按鈕， KM為交流接觸器，按下 啟動(dòng)按鈕SB，KM的線圈通電吸合，主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行， SB被放松后，KM 的線圈斷電釋放，主觸點(diǎn)斷開(kāi)，使電機(jī)M停止運(yùn)行。本任務(wù)研究利用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng) 控制電路。 圖1-38 電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行電路 a20 二、原理分析二、原理分析 為

11、了將這個(gè)控制關(guān)系用PLC控制器實(shí)現(xiàn)，PLC需要一個(gè)輸入觸點(diǎn)、一個(gè)輸出觸點(diǎn)，輸入輸出點(diǎn) 分配見(jiàn)表1-2。 表1-2 輸入輸出點(diǎn)分配表 輸 入輸 出 輸入繼電器輸入元件作用輸出繼電器輸出元件作用 X0SB啟動(dòng)按鈕Y0KM控制電動(dòng)機(jī)用交流接觸器 圖1-40 PLC控制器實(shí)現(xiàn)的異步電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制電路 a21 將圖1-40改畫(huà)成圖1-41來(lái)說(shuō)明系統(tǒng)的工作過(guò)程 。 圖1-41 PLC實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)動(dòng)電路工作原理 a22 三、知識(shí)鏈接三、知識(shí)鏈接 1PLC的工作原理 （1）循環(huán)掃描工作方式 PLC用戶程序的執(zhí)行采用循環(huán)掃描工作方式。它有兩種基本的工作模式，運(yùn)行 （RUN）模式和停止（STOP）模式，如圖1-42所

12、示。 圖1-42 PLC基本的工作模式 a23 在運(yùn)行模式，PLC要完成輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段的工作，如 圖1-43所示。 PLC重復(fù)地執(zhí)行上述三個(gè)階段，每重復(fù)一次的時(shí)間就是一個(gè)掃描周期（也稱(chēng)一個(gè) 工作周期）。在每次掃描中，可編程控制器只對(duì)輸入采樣一次，輸出刷新一次，這可 以確保在程序執(zhí)行階段，輸入映像寄存器和輸出鎖存電路中的內(nèi)容保持不變。 圖1-43 程序執(zhí)行過(guò)程 a24 （2）PLC對(duì)輸入輸出的處理規(guī)則 將圖1-43所示的執(zhí)行過(guò)程畫(huà)成流程圖的形式如圖1-44所示，可以更形象地說(shuō)明輸 入輸出的處理規(guī)則。 圖1-44 程序執(zhí)行過(guò)程流程圖 a25 （3）輸入輸出滯后時(shí)間 PLC由于

13、采用掃描工作方式，消除了復(fù)雜電路的內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)，但這也帶來(lái)了輸入輸 出的響應(yīng)滯后問(wèn)題。 輸入輸出滯后時(shí)間是指PLC的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻至它所控制的外部輸 出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，它由輸入模塊濾波時(shí)間、輸出模塊的滯后時(shí) 間和掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間這三部分組成。 1）輸入模塊的RC濾波電路用來(lái)濾除由輸入端引入的干擾，消除因外接輸入觸點(diǎn) 動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)，濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長(zhǎng)短，典型值約為 10ms。 2）輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊類(lèi)型有關(guān)，繼電器型約為10ms，晶體管型一般在 1ms以下，雙向晶閘管型在負(fù)載通電時(shí)的滯后時(shí)間約為1ms，負(fù)載由通電到斷電時(shí)的 最大

14、滯后時(shí)間約為10ms。 3）由掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間最大可達(dá)兩個(gè)多掃描周期。掃描周期與用戶 程序的長(zhǎng)短、指令的種類(lèi)和CPU執(zhí)行指令的速度有關(guān)，典型值約為1100ms。 滯后現(xiàn)象對(duì)于一般的工業(yè)設(shè)備是完全允許的，但對(duì)某些需要輸出對(duì)輸入作出快速響 應(yīng)的實(shí)時(shí)控制設(shè)備，滯后現(xiàn)象又是必須克服的，此時(shí)在硬件上可采用快速響應(yīng)模塊、 高速計(jì)數(shù)模塊等，在軟件上可采用改變信息刷新方式、運(yùn)用中斷處理、調(diào)整輸入濾波 器等措施。 a26 2編程元件 不同廠家、不同系列的PLC，其內(nèi)部軟繼電器（編程元件）的功能和編號(hào)也不相同， 因此在編制程序時(shí)，必須熟悉所選用PLC的每條指令涉及編程元件的功能和編號(hào)。 （1）輸入繼電器

15、（X） 輸入繼電器與輸入端相連，它是專(zhuān)門(mén)用來(lái)接受PLC外部開(kāi)關(guān)信號(hào)的元件。PLC通過(guò) 輸入接口將外部輸入信號(hào)狀態(tài)（接通時(shí)為“1”，斷開(kāi)時(shí)為“0”）讀入并存儲(chǔ)在輸入映 象寄存器中。輸入繼電器必須由外部信號(hào)驅(qū)動(dòng)，不能用程序驅(qū)動(dòng)，所以在程序中不可 能出現(xiàn)其線圈。由于輸入繼電器（X）為輸入映象寄存器中的狀態(tài)，所以其觸點(diǎn)的使用 次數(shù)不限。FX系列PLC的輸入繼電器以八進(jìn)制進(jìn)行編號(hào)，F(xiàn)X2N輸入繼電器的編號(hào)范圍為 X000X267（184點(diǎn)）。 （2）輸出繼電器（Y） 輸出繼電器是用來(lái)將PLC內(nèi)部信號(hào)輸出傳送給外部負(fù)載（用戶輸出設(shè)備）。輸出繼 電器線圈是由PLC內(nèi)部程序的指令驅(qū)動(dòng)，其線圈狀態(tài)傳送給輸出單元，再由輸出單元對(duì) 應(yīng)的硬觸點(diǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。每個(gè)輸出繼電器在輸出單元中都對(duì)應(yīng)有唯一一個(gè)常開(kāi)硬 觸點(diǎn)，但在程序中供編程的輸出繼電器，不管是常開(kāi)還是常閉觸點(diǎn)，都可以無(wú)數(shù)次使 用。FX系列PLC的輸出繼電器也是八進(jìn)制編號(hào)，其中FX2N編號(hào)范圍為Y000Y267（184 點(diǎn)）。 a27 3. 編程語(yǔ)言和指令 （1）梯形圖 梯形圖語(yǔ)言是在傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達(dá)符號(hào)的基 礎(chǔ)上演變而來(lái)的。它與電器控制線路圖相似，繼承了傳統(tǒng)電器控制邏輯中使用的框架 結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式和輸入輸出形式，具有形象、直觀、實(shí)用的特點(diǎn)。 （2）指令表 這種編程語(yǔ)言是一