歐姆龍plc講解

1、1本課程的基本情況n專業(yè)課先修課程：電路基礎(chǔ)、軟件基礎(chǔ) 后續(xù)課程：數(shù)控技術(shù)n教材 可編程序控制器原理應(yīng)用網(wǎng)絡(luò) 徐世許 中國科技大學(xué)出版社，第一版n本課程安排期中考試、期末考試n聯(lián)系： 2課程主要內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法n可編程序控制器的基礎(chǔ)知識（10學(xué)時）nCPM1A的指令系統(tǒng)（12學(xué)時）nPC控制系統(tǒng)設(shè)計（10學(xué)時）nOMRON可編程序控制器、編程工具簡介（6學(xué)時）3第一部分第一部分. 關(guān)于關(guān)于PC的幾的幾個基本問題個基本問題一、一、PC是什么？是什么？二、二、PC何處來，往哪去？何處來，往哪去？三、三、PC有何獨(dú)特之處？有何獨(dú)特之處？四、四、PC的應(yīng)用領(lǐng)域？的應(yīng)用領(lǐng)域？4一、一、PC是什么？是什么？

2、n可編程序控制器定義可編程序控制器定義(1985年，國際電工委員會年，國際電工委員會)可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。nPC、PLC、個人計算機(jī)、工業(yè)、個人計算機(jī)、工業(yè)PC的區(qū)別？

3、的區(qū)別？5二二、PC何處來何處來，往哪去？往哪去？n繼電器控制系統(tǒng)的明顯缺點：繼電器控制系統(tǒng)的明顯缺點：體積大，可靠性低，查找故障困難，體積大，可靠性低，查找故障困難，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成系統(tǒng)，所以特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成系統(tǒng)，所以接線復(fù)雜，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。接線復(fù)雜，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。n繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點：繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點：簡單易懂、操作方便、價格便宜簡單易懂、操作方便、價格便宜 n計算機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點：計算機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點：功能完備、靈活性、通用性好功能完備、靈活性、通用性好6二二、PC何處來何處來，往哪去？往哪去？n1968年，美國最大的汽車制造廠家通用年，

4、美國最大的汽車制造廠家通用汽車公司（汽車公司（GM公司）提出設(shè)想。公司）提出設(shè)想。n1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了世年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了世界上第一臺界上第一臺PC，型號為，型號為PDP-14。n第一代：第一代：從第一臺可編程控制器誕生到從第一臺可編程控制器誕生到70年代初期。其特點是：年代初期。其特點是：CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲器為磁芯存儲器；由中小規(guī)模集成電路組成，存儲器為磁芯存儲器； n第二代：第二代：70年代初期到年代初期到70年代末期。其特點是：年代末期。其特點是：CPU采用微采用微處理器，存儲器采用處理器，存儲器采用EPROM ；n第三代：第三代：70年代末期

5、到年代末期到80年代中期。其特點是：年代中期。其特點是：CPU采用采用8位和位和16位微處理器，有些還采用多微處理器結(jié)構(gòu)，存儲器采用位微處理器，有些還采用多微處理器結(jié)構(gòu)，存儲器采用EPROM、EAROM、CMOSRAM等等 ；n第四代：第四代：80年代中期到年代中期到90年代中期。年代中期。PC全面使用全面使用8位、位、16位位微處理芯片的位片式芯片，處理速度也達(dá)到微處理芯片的位片式芯片，處理速度也達(dá)到1us/步步 ；n第五代：第五代：90年代中期至今。年代中期至今。PC使用使用16位和位和32位的微處理器位的微處理器芯片，有的已使用芯片，有的已使用RISC芯片。芯片。 7二二、PC何處來何處

6、來，往哪去往哪去？n1向高速度、大存儲容量方向發(fā)展向高速度、大存儲容量方向發(fā)展CPU處理速度進(jìn)一步加快處理速度進(jìn)一步加快=使用使用64bit RISC芯片，芯片，多多CPU并行、分時、分任務(wù)處理，并行、分時、分任務(wù)處理，這樣可使速度達(dá)到這樣可使速度達(dá)到ns級。級。 大中型大中型PC的掃描速度可達(dá)的掃描速度可達(dá)0.2ms/K步左右。步左右。例如例如:GE公司公司90系列系列331、771等為等為0.4msK步，步，歐姆龍公司歐姆龍公司C1000H、C2000H為為0.4msK步，步，三菱公司三菱公司A3N、A3H為為0.2msK步，步，A3A高達(dá)高達(dá)0.15msK步，步， 8二二、PC何處來何處

7、來，往哪去往哪去？n1向高速度、大存儲容量方向發(fā)展向高速度、大存儲容量方向發(fā)展CPU處理速度進(jìn)一步加快處理速度進(jìn)一步加快存儲容量進(jìn)一步擴(kuò)大存儲容量進(jìn)一步擴(kuò)大目前大型目前大型PC是幾百是幾百K字節(jié)，最高可達(dá)幾兆字節(jié)字節(jié)，最高可達(dá)幾兆字節(jié) 例如例如:A-B公司公司PLC-3的程序存儲容量為的程序存儲容量為2M字節(jié)，字節(jié)，西門子公司的西門子公司的S5-155U為為2M字節(jié)字節(jié) 9二二、PC何處來何處來，往哪去往哪去？n1向高速度、大存儲容量方向發(fā)展向高速度、大存儲容量方向發(fā)展CPU處理速度進(jìn)一步加快處理速度進(jìn)一步加快存儲容量進(jìn)一步擴(kuò)大存儲容量進(jìn)一步擴(kuò)大n2控制系統(tǒng)將分散化控制系統(tǒng)將分散化分散控制、集

8、中管理的原則。分散控制、集中管理的原則。n3可靠性進(jìn)一步提高可靠性進(jìn)一步提高隨著隨著PC進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，對可靠性的要求進(jìn)一步進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，對可靠性的要求進(jìn)一步提高。硬件冗余的容錯技術(shù)將進(jìn)一步應(yīng)用。提高。硬件冗余的容錯技術(shù)將進(jìn)一步應(yīng)用。n4控制與管理功能一體化控制與管理功能一體化PC將廣泛采用計算機(jī)信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將廣泛采用計算機(jī)信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)，使和圖形顯示技術(shù)，使PC系統(tǒng)的生產(chǎn)控制功能和信息系統(tǒng)的生產(chǎn)控制功能和信息管理功能融為一體。管理功能融為一體。 10三、三、PC有何獨(dú)特之處？有何獨(dú)特之處？靈活、通用靈活、通用 -PC是通過存儲在存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)

9、控制功能的，如果控制功能需要改變的話，只需要修改程序以及改動極少量的接線即可。 n可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 平均無故障時間一般可達(dá)平均無故障時間一般可達(dá)35萬小時萬小時-PC采用的是微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作是由無觸點的半導(dǎo)體電路來完成的，因此不會出現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)中的接線老化、脫焊、觸點電弧等現(xiàn)象。 -PC還采取了以下主要措施來提高其可靠性。1)硬件措施：對電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，均采用嚴(yán)格措施進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾； 2)軟件措施監(jiān)控程序定期地監(jiān)測外界環(huán)境；死循環(huán)報警；停電時利用后備電池供電。 “專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的計算機(jī)專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而

10、設(shè)計的計算機(jī)”n編程簡單、使用方便編程簡單、使用方便 -用微機(jī)實現(xiàn)控制，使用的是匯編語言，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計算機(jī)硬件和軟件知識。而PC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握 。n接線簡單接線簡單n功能強(qiáng)功能強(qiáng) n體積小體積小,重量輕重量輕,易于實現(xiàn)機(jī)電一體化易于實現(xiàn)機(jī)電一體化n11開關(guān)量的邏輯控制-開關(guān)量的邏輯控制使PC的最基本控制功能。目前，PC首用的目標(biāo)，就是用于開關(guān)量的控制。四、四、PC的應(yīng)用領(lǐng)域？的應(yīng)用領(lǐng)域？模擬量的閉環(huán)控制-PC具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換及算術(shù)運(yùn)算等功能，因此可以實現(xiàn)模擬量控制。數(shù)字量的智能控制-利用PC能接受和輸出高速脈沖的功能，在配備

11、了相應(yīng)的傳感器（如旋轉(zhuǎn)編碼器）或脈沖伺服裝置（如環(huán)型分配器、功放、步進(jìn)電機(jī)）就能實現(xiàn)數(shù)字量的智能控制。數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控-利用PC自檢信號多的特點實現(xiàn)自診斷的式的監(jiān)控，減少系統(tǒng)的故障，提高累計平均無故障運(yùn)行時間，同時可減低故障修復(fù)時間，提高系統(tǒng)的可靠性。通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制-利用PC的強(qiáng)大的通信聯(lián)網(wǎng)功能，把PC分布到控制現(xiàn)場，并實現(xiàn)各站間的通信，上、下層間的通信，達(dá)到分散控制、集中管理，即構(gòu)成了現(xiàn)在的PCS系統(tǒng)。12PC應(yīng)用的典型例子電梯數(shù)控機(jī)床廠礦控制路口紅綠燈四、四、PC的應(yīng)用領(lǐng)域？的應(yīng)用領(lǐng)域？13第一部分第一部分. 關(guān)于關(guān)于PC的幾的幾個基本問題個基本問題一、一、PC是什么？是什么？二、二、

12、PC何處來，往哪去？何處來，往哪去？三、三、PC有何獨(dú)特之處？有何獨(dú)特之處？四、四、PC的應(yīng)用領(lǐng)域？的應(yīng)用領(lǐng)域？ 總結(jié)總結(jié)14第二部分第二部分. PCPC的控制原理的控制原理 n采用繼電器控制采用繼電器控制n采用采用 PC控制控制nPCPC的控制原理的控制原理15控制功能如下：按下啟動按鈕SB1，電機(jī)M1開始運(yùn)轉(zhuǎn)，過10秒鐘后，電機(jī)M2開始運(yùn)轉(zhuǎn)；按下停止按鈕SB2，電機(jī)M1、M2同時停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 16 控制功能如下：按下啟動按鈕SB1，電機(jī)M1開始運(yùn)轉(zhuǎn)，過10秒鐘后，電機(jī)M2開始運(yùn)轉(zhuǎn)；按下停止按鈕SB2，電機(jī)M1、M2同時停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 17等效電路圖等效電路圖18當(dāng)按下SB1時，輸入繼電器0000

13、0的線圈通電，00000的常開觸點閉合，使輸出繼電器01000的線圈得電，01000對應(yīng)的硬輸出觸點閉合，KM1得電M1開始運(yùn)轉(zhuǎn)，同時01000的一個常開觸點閉合并自鎖。 時間繼電器TIM000的線圈通電開始延時，10秒后TIM000的常開觸點閉合，輸出繼電器01001的線圈得電，01001對應(yīng)的硬輸出觸點閉合，KM2得電M2開始運(yùn)轉(zhuǎn)。 當(dāng)按下SB2時，輸入繼電器00001的線圈通電，00001得常閉觸點斷開，01000、TIM000的線圈均斷電，01001的線圈也斷電，01000、01001兩個硬輸出觸點隨之?dāng)嚅_，KM1、KM2斷電，M1、M2停轉(zhuǎn)。19n 總結(jié)第二部分第二部分. PCPC控

14、制的原理控制的原理采用繼電器控制采用繼電器控制采用采用 PC控制控制PCPC的控制原理的控制原理20第三部分第三部分. PC的基本組成與各部分的作用PC的基本組成的基本組成 -按結(jié)構(gòu)形式的不同，PC可分為整體式和組合式兩類 整體式PC CLICK HERE！組合式PC CLICK HERE！2122 231中央處理單元（CPU） 2存儲器 3. I/O單元 4. 智能單元 5電源 6擴(kuò)展口7. 編程工具 8其它外部設(shè)備24中央處理單元功能：功能：n接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；n診斷電源、PC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯誤；n用掃描的方式接收輸入信號，送入PC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來

15、；n PC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作；n 將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。 25中央處理單元現(xiàn)代現(xiàn)代PC使用的使用的CPU主要有以下幾種：主要有以下幾種：n通用微處理器，如8080、6800、Z80A、8086等。通用微處理器的價格便宜，通用性強(qiáng)。n單片機(jī)，如8051等。單片機(jī)由于集成度高、體積小、價格低和可擴(kuò)充性好，很適合在小型PC上使用，也廣泛地用于PC的智能I/O模塊。n位片式微處理器，如AMD2900系列等。位片式微處理器是獨(dú)立于微型機(jī)的另一分支。它主要追求運(yùn)算速度快，它以4位為一片。用幾個位片級聯(lián)，可以組成任意字長

16、的微處理器。 26存儲器 n根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下3種:a)系統(tǒng)程序存儲器 b)用戶程序存儲器 c)工作數(shù)據(jù)存儲器27I/O單元 n開關(guān)量輸入單元 （1）直流輸入單元 (CLICK HERE) （2）交流輸入單元 (CLICK HERE)n開關(guān)量輸出單元 （1）晶體管輸出單元(CLICK HERE) （2）雙向晶閘管輸出單元(CLICK HERE) （3）繼電器輸出單元(CLICK HERE)， 282930 31 32 33-智能單元本身是一個獨(dú)立的計算機(jī)系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲器，及與外界過程相連的接口。 智能單元目前已開發(fā)的常用的智能單元有：A/D單元

17、、D/A單元、高速計數(shù)單元、位置控制單元、PID控制單元、溫度控制單元和各種通信單元等。 34編程工具-主要用來編輯程序、調(diào)試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行，還可以在線測試PC的內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PC進(jìn)行人機(jī)對話。n專用編程器 (1)簡易編程器 (2)圖形編程器n計算機(jī)輔助編程 35其它外部設(shè)備（1）人機(jī)接口-又叫操作員接口，用來實現(xiàn)操作員和PC之間的對話和交互作用。 （2）外存儲器 （3）打印機(jī) （4）EPROM寫入器 36第三部分第三部分. PC的基本組成與各部分的作用PC的基本組成的基本組成 -按結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為整體式和組合式 各部分的作用各部分的作用n1中央處理單元 （CPU） n2存儲器

18、 n3. I/O單元 n4. 智能單元 n5電源 n6擴(kuò)展口n7. 編程工具 n8其它外部設(shè)備 總結(jié)總結(jié)37第四部分第四部分 PC的工作原理的工作原理nPC的循環(huán)掃描工作過程的循環(huán)掃描工作過程nPC的的I/O滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象nPC對輸入點計數(shù)的頻率問題對輸入點計數(shù)的頻率問題前進(jìn)38PC的循環(huán)掃描工作過程-例如：歐姆龍公司的小型機(jī)CPM1A 完成的任務(wù)如下 : （1）公共處理(硬件檢查、異常報警) （2）程序執(zhí)行 （3）掃描周期計算處理 （4）I/O刷新 （5）外設(shè)端口服務(wù) 39圖1.12a. I/O刷新階段-CPU從輸入電路的輸出端讀出各路狀態(tài)，并將其寫入輸入映像寄存器；b.程序執(zhí)行階段 -

19、CPU從輸入映像寄存器和元件映像寄存器中讀出各繼電器的狀態(tài)，并根據(jù)此狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，執(zhí)行結(jié)果再寫入元件映像寄存器中；c.緊接著的下一個I/O刷新階段-將輸出映像寄存器的狀態(tài)寫入輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路傳遞到輸出端子，從而控制外接器件動作。40nPC內(nèi)部設(shè)置了一個監(jiān)視定時器WDT,其定時時間可由用戶設(shè)置為大于用戶程序的掃描周期，PC在每個掃描周期的公共處理階段將監(jiān)視定時器復(fù)位 。n正常情況下，監(jiān)視定時器不會動作，如果由于CPU內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)，那么，掃描周期超過監(jiān)視定時器的定時時間時，監(jiān)視定時器動作，運(yùn)行停止，以示用戶返回412. PC的I/O滯后現(xiàn)象 （1）輸入濾波器有時間常數(shù)

20、 （2）輸出繼電器有機(jī)械滯后 （3）PC循環(huán)操作時，進(jìn)行公共處理、I/O刷新和執(zhí)行用戶程序等產(chǎn)生掃描周期 （4）程序語句的安排，也影響響應(yīng)時間。 42 -從輸入觸點閉合到輸出觸點閉合有一段延遲時間，稱稱為為I/OI/O響應(yīng)時間響應(yīng)時間(1)最小I/O響應(yīng)時間 (2)最大I/O響應(yīng)時間 43輸出ON延時44輸出ON延時45返回463.PC對輸入點計數(shù)的頻率問題PC計數(shù)有兩種方式: (1) (1)高速計數(shù)高速計數(shù) -在高速計數(shù)方式下，輸入信號不經(jīng)輸入濾波器直接送到CPU，計數(shù)不受輸入濾波器時間常數(shù)、掃描周期的影響，計數(shù)頻率可以很高。 47在普通計數(shù)方式下，輸入信號經(jīng)輸入濾波器后在PC掃描周期的I/

21、O刷新階段被CPU讀入，因此，計數(shù)頻率受輸入濾波器時間常數(shù)和掃描周期的限制，不可能很高。 n為了保證CPU能夠可靠地讀入開關(guān)接通或斷開的狀態(tài)，不丟失脈沖數(shù)，輸入濾波后的信號其有效高電平和低電平持續(xù)時間不能少于一個掃描周期，即應(yīng)滿足 T +Ts T -輸入開關(guān)接通或斷開的時間，-輸入濾波器時間常數(shù) Ts-PC的掃描周期48f最高最高=1/2T最小最小 =1/（2（+Ts） =1/（210ms）=50Hz公共處理時間+I/O刷新時間=2ms =2ms （1 1）程序執(zhí)行時間=0ms （2）CPM1ACPM1A的掃描周期的掃描周期 Ts = =（1 1）+ +（2 2）=2ms=2ms輸入濾波器時間

22、常數(shù)輸入濾波器時間常數(shù)=8ms=8ms（缺省設(shè)置）（缺省設(shè)置）49第四部分第四部分 PC的工作原理的工作原理總結(jié)總結(jié)nPC的循環(huán)掃描工作過程的循環(huán)掃描工作過程nPC的的I/O滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象nPC對輸入點計數(shù)的頻率問題對輸入點計數(shù)的頻率問題50第五部分第五部分 PC的編程語言的編程語言n梯形圖梯形圖n語句表語句表n邏輯功能圖邏輯功能圖n邏輯方程式或布爾代數(shù)式邏輯方程式或布爾代數(shù)式前進(jìn)51梯形圖-PC的主要編程語言 nPC梯形圖在形式上類似于繼電器控制梯形圖522. 語句表語句表-一種與匯編語言類似的一種與匯編語言類似的助記符編程表達(dá)式助記符編程表達(dá)式 n語句表使用的助記符 LD 00000 O

23、R 01000nPC的語句：操作碼+操作數(shù)533. 邏輯功能圖邏輯功能圖用“與”、“或”、“非”等邏輯功能來表達(dá)控制功能，54第五部分第五部分 PC的編程語言的編程語言總結(jié)總結(jié)n梯形圖梯形圖n語句表語句表n邏輯功能圖邏輯功能圖n邏輯方程式或布爾代數(shù)式邏輯方程式或布爾代數(shù)式前進(jìn)55第六部分第六部分PC的性能指標(biāo)與分類的性能指標(biāo)與分類 1I/O點數(shù) 2用戶程序存儲器容量 3掃描速度 4指令種類及條數(shù) 5內(nèi)部器件的種類和數(shù)量 6智能單元 56整體式PC的CPU、存儲器 、I/O單元、電源安裝在同一機(jī)體內(nèi)，構(gòu)成主機(jī)PC組合式（模塊式）PC為總線結(jié)構(gòu)，其總線做成總線板，上面有若干個總線槽，每個總線槽上可

24、安裝一個PC模塊，不同的模塊實現(xiàn)不同的功能 57微型機(jī)微型機(jī)-控制點數(shù)僅幾十點 小型機(jī)小型機(jī)-控制點數(shù)100500點左右 中型機(jī)中型機(jī)-控制點數(shù)5001000點左右 大型機(jī)大型機(jī)-控制點數(shù)1000點以上 超大型機(jī)超大型機(jī)-控制點數(shù)可達(dá)上萬、甚至于幾萬點 58n德國西門子公司：n日本OMRON公司： n美國ROCKWELL公司： n法國施耐得公司：nGE-FANAC公司n日本三菱公司 n日本松下電工公司 n日本日立公司n日本東芝公司n日本富士公司 59第六部分第六部分PC的性能指標(biāo)與分類的性能指標(biāo)與分類 60第六部分第六部分PC的性能指標(biāo)與分類的性能指標(biāo)與分類 1I/O點數(shù) 2用戶程序存儲器容量 3掃描速度 4指令種類及條數(shù) 5內(nèi)部器件的種類和數(shù)量 6智能單元 61整體式PC的CPU、存儲器 、I/O單元、電源安裝在同一機(jī)體內(nèi)，構(gòu)成主機(jī)PC組合式（模塊式）PC為總線結(jié)構(gòu)，其總線做成總線板，上面有若干個總線槽，每個總線槽上可安裝一個PC模塊，不