第09章 可編程控制器課件

1、機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC第九章 可編程控制器PLC9.1 9.1 可編程控制器概述可編程控制器概述9.2 PLC9.2 PLC的編程語言及指令系統(tǒng)的編程語言及指令系統(tǒng)9.3 9.3 梯形圖設(shè)計規(guī)則及方法梯形圖設(shè)計規(guī)則及方法9.4 9.4 PLCPLC在機械控制中的應(yīng)用在機械控制中的應(yīng)用目錄機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC9.1 9.1 可編程控制器概述可編程控制器概述 可編程控制器是以自動控制技術(shù)、微計算機技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，目前它已被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。早期的可編程控制器只能進行計數(shù)、定時以及對開關(guān)

2、量的邏輯控制。因此，它被稱為可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC。后來，可編程控制器采用微處理器作為其控制核心，它的功能已經(jīng)遠遠超過邏輯控制的范疇，于是人們又將其稱為Programmable Controller，簡稱PC。但個人計算機(Personal Computer)也常簡稱PC，為了避免混淆，可編程控制器仍被稱為PLC。 9.1 可編程控制器概述機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC一、一、PLCPLC的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理1 1、PLCPLC的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體

3、式(也稱箱體式)和組合式(也稱模塊式)兩類。 PLC實際上一種工業(yè)控制微機，因而它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機控制系統(tǒng)相似，其主體由中央處理單元(CPU) 、存儲器、輸入單元（模塊）、輸出單元（模塊）、電源及編程器組件構(gòu)成、通信端口、IO擴展端口等組裝在一個箱體內(nèi)構(gòu)成主機 一、PLC結(jié)構(gòu)和工作原理機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC圖91 PLC的系統(tǒng)構(gòu)成 系統(tǒng)構(gòu)成9-1 機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC1 1）電源單元）電源單元 將交流電轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部所需的直流電，電源組件具有高的抗干擾能力，適合工業(yè)現(xiàn)場使用，供電穩(wěn)定、安全可靠。電源組件內(nèi)還裝有

4、備用電池（鋰電池），以保證在斷電時，存放在讀寫存儲器（RAM）中的信息仍能保持。PLC中一般配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源為內(nèi)部電路供電。開關(guān)電源的輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾性能好。有的PLC能向外部提供24V的直流電源，可給輸入單元所連接的外部開關(guān)或傳感器供電。 1）電源單元機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC2 2）存儲器）存儲器 存儲器可以分為以下3種。 系統(tǒng)程序存儲器。系統(tǒng)程序存儲器是只讀存儲器，用戶不能更改其內(nèi)容 。 用戶程序存儲器。根據(jù)控制要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序。 工作數(shù)據(jù)存儲器。用來存儲工作數(shù)據(jù)的區(qū)域叫工作數(shù)據(jù)區(qū)。工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常

5、存取的，所以這種存儲器必須可讀寫。 2）存儲器機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC3 3）輸入模塊（單元）輸入模塊（單元） 輸入輸出單元是PLC與外部設(shè)備相互聯(lián)系的窗口。輸入單元接收現(xiàn)場設(shè)備向PLC提供的信號，例如由按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、繼電器觸點、接近開關(guān)、撥碼器等提供的開關(guān)量信號或連續(xù)變化的模擬量信號（經(jīng)A/DA轉(zhuǎn)換）。這些信號經(jīng)過輸入電路的濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等處理，變成CPU能夠接收和處理的信號。包括光電耦合輸入接口、輸入狀態(tài)寄存器和輸入數(shù)據(jù)寄存器。 按照輸入端電源類型的不同，開關(guān)量輸入單元可分為直流輸入單元和交流輸入單元。 3）輸入模塊機械電氣控制及自

6、動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC直流輸入單元 直流輸入機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC交流輸入單元 交流輸入機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC4 4）輸出單元）輸出單元 輸出單元將經(jīng)過CPU處理的微弱電信號通過光電隔離、功率放大等處理，轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的強電信號，以驅(qū)動各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等。包括輸出狀態(tài)（映象）寄存器。輸出鎖存器，光電耦合器和功率放大器。 按輸出電路所用開關(guān)器件的不同，PLC的開關(guān)量輸出單元可分為晶體管輸出單元、晶閘管輸出單元和繼電器輸出單元。 4）輸出單元機械電氣控制及

7、自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC晶體管輸出單元 晶體管輸出機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC雙向晶閘管輸出單元 晶閘管輸出機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC 繼電器輸出單元 繼電器輸出機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLCMASTER-K80SMASTER-K80S 應(yīng)用例題應(yīng)用例題FOR EASY STARTLG Industrial Systems機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLCA 相相 : P000B相相 : P001編碼器BUILT_IN CNETONROM MODEOF

8、FP00P01P02P03P04 A相脈沖，B相脈沖Preset input24GCOM024VP12P0CP1AP0BP09P05I05 : P000 : A: P000 : A相相 輸入輸入 : P001 : B: P001 : B相相 輸入輸入 : P002 : : P002 : 預(yù)設(shè)預(yù)設(shè) 輸入輸入 : : 公用端子公用端子3. 高速計數(shù)器簡單使用辦法機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC5 5）中央處理單元）中央處理單元(CPU)(CPU) CPU是PLC的核心部件，它類似人的大腦，能指揮PLC按照預(yù)先編好的系統(tǒng)程序完成各種任務(wù)。其作用有以下幾點： 接收、存儲由編

9、程工具輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，并可通過顯示器顯示出程序的內(nèi)容和存儲地址。 檢查、校驗用戶程序。 接收、調(diào)用現(xiàn)場信息。 執(zhí)行用戶程序。 故障診斷。5）中央處理單元機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC6 6）編程工具）編程工具 編程工具是開發(fā)應(yīng)用和檢查維護PLC以及監(jiān)控系統(tǒng)運行不可缺少的外部設(shè)備。編程工具的主要作用是用來編輯程序、調(diào)試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行，還可以在線測試PLC的內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進行人機對話等。編程工具可以是專用編程器，也可以是配有專用編程軟件包的通用計算機。 專用編程器 專用編程器是生產(chǎn)廠家提供的與本公司PLC配套的編程工具。專用編程器分為簡易編程器和

10、圖形編程器兩種。 計算機輔助編程6）編程工具機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC編程工具機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC編程工具機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC編程工具機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC產(chǎn)品概要 NC-ML單元 （ CJ1W -NCF71） or MC-ML單元 （ CJ1/CS1W-MCH71 ） CPU 電源模塊 外部輸入 （極限輸入以外） 伺服驅(qū)動器 (形R88D-WN-ML2) 伺服驅(qū)動器 (形R88M-W) CX工具 （） MECHATROLINK - NCF工具

11、 MCH工具 監(jiān)控軟件WMON-ML2 MECHATROLINK 的系統(tǒng)配置的系統(tǒng)配置機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC捕捉到的捕捉到的數(shù)據(jù)可數(shù)據(jù)可以以用用通通信信在在電電腦腦里里取得取得錄像電子電子部部品品 基基板板檢查檢查裝裝置置機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLCL G In d u stria l S ys te m sL G In d u stria l S ys te m s內(nèi)置通訊功能內(nèi)置通訊功能機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLCCNETCNET通訊功能通訊功能機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九

12、章第九章 PLCFNETFNET通訊功能通訊功能機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC2 2、PLCPLC內(nèi)部的等效繼電器系統(tǒng)內(nèi)部的等效繼電器系統(tǒng) 雖然PLC是以微處理器為基礎(chǔ)的裝置，但應(yīng)用時不必從計算機的角度去深入了解，因為PLC的工作酷似一個繼電器系統(tǒng)。只不過組成PLC的繼電器、定時器和計數(shù)器等是用編程方式來實現(xiàn)的軟繼電器，PLC內(nèi)部的等效繼電器系統(tǒng)如圖92。 2、等效繼電器系統(tǒng)機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC圖92圖92 PLC的等效繼電器系統(tǒng) 機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC輸入端子輸入端子是PLC從外部輸入

13、信號的端口輸出端子輸出端子是PLC驅(qū)動外部負載的端口輸入繼電器輸入繼電器由外部信號通過輸入端子驅(qū)動。輸入繼電器可提供無限多對常開、常閉的軟觸點供內(nèi)部使用輸出繼電器輸出繼電器其觸點與輸出端子相連，通過輸出端子驅(qū)動外部負載。輸出端子除了提高一對常開觸頭驅(qū)動外部負載外，還可以提供無限多對常開、常閉的軟觸點供內(nèi)部使用編程繼電器編程繼電器PLC內(nèi)部的多種元器件如定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等，都是用軟件實現(xiàn)的，它們都有許多用軟件實現(xiàn)的常開、常閉觸點。這些觸點只能在PLC內(nèi)部（即編程時）使用，又叫軟繼電器軟繼電器。機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC下表列出了物理的繼電器與PLC輸出

14、繼電器的梯形圖符號 表機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC1) 1) 兩種繼電器的區(qū)別兩種繼電器的區(qū)別 繼電器控制電路中使用的繼電器都是物理的電器，通過硬接線來完成；PLC的繼電器不是物理的電器，是PLC內(nèi)部的寄存器位，常稱之為“軟繼電器”。通過編程序來實現(xiàn)的“軟接線”。 PLC的每一個繼電器都是內(nèi)部的一個寄存器位，由于可以無限次地讀取某位寄存器的內(nèi)容，所以，可以認為PLC的繼電器有無數(shù)個常開、常閉觸點可供用戶使用。而物理繼電器的觸點個數(shù)是有限的。 PLC的輸入繼電器是由外部信號驅(qū)動的，在梯形圖中只能使用它的觸點，而不出現(xiàn)它的線圈。而物理繼電器觸點的狀態(tài)取決于其線圈中有

15、無電流通過。 1）繼電器區(qū)別機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC2) 2) 兩種梯形圖的區(qū)別兩種梯形圖的區(qū)別 PLC梯形圖左右的兩根線也叫母線，但與繼電器控制電路的兩根母線不同。繼電器控制電路的母線與電源連接，其每一行(也稱梯級)在滿足一定條件時將通過兩條母線形成電流通路，從而使電器動作：而PLC梯形圖的母線并不接電源，它只表示每一個梯級的起始和終了， PLC的每一個梯級中并沒有實際的電流通過。通常說PLC的線圈接通了，這只不過是為了分析問題方便而假設(shè)的概念電流通路，而且概念電流只能從左向右流，這是PLC梯形圖與繼電器控制電路本質(zhì)的區(qū)別。 2）梯形圖區(qū)別機械電氣控制及自

16、動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC3) 3) 實現(xiàn)控制功能的手段不同實現(xiàn)控制功能的手段不同 繼電器控制是靠改變電器間的硬接線來實現(xiàn)各種控制功能的，而PLC是通過編程序來實現(xiàn)控制的 3）手段機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC3 3、PLCPLC的周期工作方式的周期工作方式 在繼電器控制電路中，當(dāng)某些梯級同時滿足導(dǎo)通條件時，這些梯級中的繼電器線圈會同時通電，也就是說，繼電器控制電路是一種并行工作方式。PLC是采用循環(huán)掃描的工作方式，在PLC執(zhí)行用戶程序時，CPU對梯形圖自上而下、自左向右地逐次進行掃描，程序的執(zhí)行是按語句排列的先后順序進行的。這樣，PLC梯形圖中

17、各線圈狀態(tài)的變化在時間上是串行的，不會出現(xiàn)多個線圈同時改變狀態(tài)的情況，這是PLC控制與繼電器控制最主要的區(qū)別。 3、周期工作方式機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC1 1）PLCPLC的循環(huán)掃描工作方式的循環(huán)掃描工作方式 PLC采用循環(huán)掃描的周期工作方式，它可以看成是一種由系統(tǒng)軟件支持的掃描設(shè)備，不論用戶程序運行與否，都周而復(fù)始地進行循環(huán)掃描，并執(zhí)行系統(tǒng)程序規(guī)定的任務(wù)。每一個循環(huán)所經(jīng)歷的時間稱為一個掃描周期。每個掃描周期又分為幾個工作階段，包括輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段 1）循環(huán)掃描方式機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC周期方式圖93

18、圖9一3 PLC的周期工作方式圖機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC 輸入采樣階段輸入采樣階段 當(dāng)PLC開始周期工作時，控制器首先以掃描方式順序讀入所有的輸入端子的信號狀態(tài)，并逐一存入輸入狀態(tài)寄存器。輸入狀態(tài)寄存器的位數(shù)與輸入端子的數(shù)目相對應(yīng)，因而輸入狀態(tài)寄存器又可稱為輸入映象寄存器 自此輸入映像寄存器就與外界隔離，無論輸入點的狀態(tài)怎樣變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容都保持不變，一直到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才會寫進新內(nèi)容。這就是說，各輸入映像寄存器的狀態(tài)要保持一個掃描周期不變 輸入采樣階段的時間長短取決于輸入點數(shù)的多少 輸入采樣階段機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自

19、動化第九章第九章 PLC 程序執(zhí)行階段程序執(zhí)行階段 PLC的用戶程序決定了輸入信號與輸出信號之間的具體關(guān)系 執(zhí)行用戶程序階段的掃描時間不是固定的，其原因主要取決以下幾方面因素： 用戶程序中所用語句條數(shù)的多少。 每條指令的執(zhí)行時間不同。 程序中有改變程序流向的指令。 由此可見，執(zhí)行用戶程序的掃描時間是影響掃描周期時間長短的主要因素。而且，在不同時段執(zhí)行用戶程序的掃描時間也不盡相同。 程序執(zhí)行階段機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC 輸出刷新階段輸出刷新階段 在所有的指令執(zhí)行完畢后，輸出狀態(tài)寄存器中的狀態(tài)（即輸出繼電器的狀態(tài)）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，驅(qū)動輸出線圈，形

20、成PLC的實際輸出 將所有輸出繼電器的元件映像寄存器的狀態(tài)傳送到相應(yīng)的輸出鎖存電路中，再經(jīng)輸出電路的隔離和功率放大部分傳送到PLC的輸出端，驅(qū)動外部執(zhí)行元件動作 輸出刷新階段的時間長短取決于輸出點數(shù)的多少 在一個周期執(zhí)行完畢后，地址計數(shù)器恢復(fù)到初始值，重復(fù)執(zhí)行以上三個階段構(gòu)成的工作周期 輸出刷新階段機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC信號傳遞過程圖PLC信號的傳遞過程 機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC2 2）PLCPLC的的I IO O滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象 由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式廠而且對輸入和輸出信號只在每個掃描周期的IO刷新階段集中輸

21、入并集中輸出，所以必然會產(chǎn)生輸出信號相對輸入信號的滯后現(xiàn)象。掃描周期越長，滯后現(xiàn)象越嚴重。但是一般掃描周期只有十幾毫秒，最多幾十毫秒，因此在慢速控制系統(tǒng)中，可以認為輸入信號一旦變化就立即能進入輸入映像寄存器中，其對應(yīng)的輸出信號也可以認為是及時的，而在要求快速響應(yīng)的控制中就成了需要解決的問題。 PLC產(chǎn)生的IO滯后現(xiàn)象，除了上述原因以外，還與下面的因素有關(guān)： 2）I/O滯后機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC輸入濾波器對信號的延遲作用 由于PLC的輸入電路中設(shè)置了濾波器，濾波器的時間常數(shù)越大，對輸入信號的延遲作用越強。從輸入端ON到輸入濾波器輸出ON所經(jīng)歷的時間為輸入ON

22、延時(CPMlA系列缺省設(shè)置時為8ms)。有的PLC其輸入電路濾波器的時間常數(shù)可以調(diào)整。輸出繼電器的動作延遲 對繼電器輸出型的PLC，把從輸出鎖存器ON到輸出觸點 ON所經(jīng)歷的時間稱為輸出ON延時，一般需十幾個毫秒。所以，在要求輸入輸出有較快響應(yīng)的場合，最好不要使用繼電器輸出型的PLC。用戶程序的語句編排 在學(xué)習(xí)了PLC的編程以后就會知道，用戶程序的語句編排不當(dāng)也會影響IO滯后的時間。 機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC3 3）PLCPLC輸入輸出處理規(guī)則輸入輸出處理規(guī)則 輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，由上一個輸入采樣器件輸入端子的狀態(tài)決定。 輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)，由程序執(zhí)行

23、器件輸出指令的執(zhí)行結(jié)果所決定，它是隨程序執(zhí)行而改變的。 輸出鎖存電路的狀態(tài)，由程序執(zhí)行期間輸出狀態(tài)寄存器的最后狀態(tài)來確定。 輸出端子板上各輸出端的狀態(tài)，由輸出鎖存電路來確定程序如何執(zhí)行，取決于輸入輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)。 3）I/O處理規(guī)則機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC二、二、PLCPLC的特點與應(yīng)用領(lǐng)域的特點與應(yīng)用領(lǐng)域1 1、PLCPLC的特點的特點l l）通用性強）通用性強 2 2）硬件設(shè)計和接線簡單）硬件設(shè)計和接線簡單 3 3）可靠性高、抗干擾能力強）可靠性高、抗干擾能力強 (1)硬件方面采取的措施 (2)軟件方面采取的措施 4 4）體積小、功耗小、性能價格比

24、高）體積小、功耗小、性能價格比高 二、特點與應(yīng)用機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC2 2、PLCPLC的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域 個人計算機個人計算機：數(shù)據(jù)處理能力強，要附加專用的I/O，抗干擾力差。 單板機單板機：開發(fā)能力弱，功能有限，需二次接口開發(fā) 單片機單片機：需附加配套的集成電路和I/O接口，用戶工作量大 工業(yè)控制計算機工業(yè)控制計算機：功能強、價格高，適用于復(fù)雜控制 PLCPLC是專門為工業(yè)控制設(shè)計的一種計算機系統(tǒng)，是一種通用的控制產(chǎn)品。主要用于：1 1）開關(guān)量邏輯控制）開關(guān)量邏輯控制 2 2）運動控制）運動控制3 3）閉環(huán)過程控制）閉環(huán)過程控制 4 4）數(shù)據(jù)處理）

25、數(shù)據(jù)處理 5 5）通訊）通訊 2、應(yīng)用領(lǐng)域機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC三、三、PLCPLC的發(fā)展的發(fā)展 從20世紀70年代初至今的30年時間里，PLC生產(chǎn)已發(fā)展成為一個產(chǎn)業(yè)，主要廠商集中在一些歐美國家和日本。美國與歐洲一些國家的PLC是在互相封閉的情況下發(fā)展起來的，因此差異較大。日本的PLC是在引進美國PLC技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。歐美國家的PLC是以大型的PLC而聞名，而日本則以高性價比的小型機著稱。 三、發(fā)展機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC1 1美國的美國的PLCPLC產(chǎn)品產(chǎn)品 美國是PLC生產(chǎn)大國，在美國注冊的PLC廠商已超過百

26、家。其中A-B公司、通用電氣(GE)公司、莫迪康(MODICON)公司、德州儀器(T1)公司、 歌德(Gould)公司、西屋公司等都是著名的大公司。A-B公司是美國最大的PLC制造商，其產(chǎn)品約占美國PLC市場50的份額。該公司產(chǎn)品規(guī)格齊全，特殊功能模塊和智能模塊種類豐富。A-B公司主推的大、中型PLC產(chǎn)品是PLC-5系列。在我國引進的大型PLC中，美國A-B公司的產(chǎn)品幾乎占一半。 1、美國機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC2 2歐洲的歐洲的PLCPLC產(chǎn)品產(chǎn)品 德國的西門子(SIEMENS)、AEG及法國的TI公司是歐洲著名的PLC制造商。 西門子的產(chǎn)品有S5系列，其

27、中S5-90U、S5-95U屬于微型整體式PLC；S5-100U是小型模塊式PLC(提供3種CPU模塊)，最多可配置到256個IO點：S5-115U是中型PLC(提供5種CPU模塊)，最多可配置到1024個IO點；S5-115UH是中型機，它是由兩臺S5-115U組成的雙機冗余系統(tǒng)；S5-155U為大型機(提供4種CPU模塊)，最多可配置到4096個IO點，模擬量可達300多路；S5-155H是大型機，它是由兩臺S5-155U組成的雙機冗余系統(tǒng)。西門子近期推出了S7系列機，有S7-200(小型)、S7-300(中型)及S7-400(大型) 。 2、歐洲機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第

28、九章第九章 PLC3 3日本的日本的PLCPLC產(chǎn)品產(chǎn)品 日本的小型PLC很有特色，在小型機領(lǐng)域中頗具盛名。某些用歐美的中型機或大型機才能實現(xiàn)的控制，用日本的小型機就可以解決。在開發(fā)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)方面明顯優(yōu)于歐美的小型機，所以格外受用戶歡迎。日本有許多PLC制造商，如歐姆龍、三菱、松下、富士、日立、東芝等。在世界小型PLC市場上， 日本產(chǎn)品約占有70的份額。在中國，OMRON產(chǎn)品的銷量居首位。 3、日本機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC 4 4我國的我國的PLCPLC產(chǎn)品產(chǎn)品 我國有許多廠家、院所從事PLC的研制與開發(fā)，但與國外比較還有相當(dāng)差距。如中國科學(xué)院自動化研

29、究所的PLC-0088，北京聯(lián)想計算機集團公司的GK-40，上海機床電器廠的CKY-40，上海起重電器廠的CF-40MRER，蘇州電子計算機廠的YZ-PC-00lA，原機電部北京機械工業(yè)自動化研究所的 MPC-00120、KB-2040，杭州機床電器廠的DKK02，天津中環(huán)自動化儀表公司的 DJK-S-8486480，上海自立電子設(shè)備廠的KKI系列，上海香島機電制造有限公司的 ACMY-S80、ACMY-S256、無錫華光電子工業(yè)有限公司(合資)的SR-10、SR-2021等。 4、中國機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC四、四、PLCPLC的主要性能指標(biāo)及分類的主要性

30、能指標(biāo)及分類1 1PLCPLC的主要性能指標(biāo)的主要性能指標(biāo) 在描述PLC的性能時，經(jīng)常用到以下術(shù)語：位(Bit)、數(shù)字(Digit)、字節(jié)(Byte)及字 (Word)。位指二進制數(shù)的一位，僅有1、0兩種取值。一個位對應(yīng)PLC的一個繼電器，某位的狀態(tài)為1或0，分別對應(yīng)該繼電器線圈得電(ON)或失電(OFF)。4位二進制數(shù)構(gòu)成一個數(shù)字，這個數(shù)字可以是0000-1001(十進制數(shù))，也可是00001111(十六進制數(shù))。2個數(shù)字或8位二進制數(shù)構(gòu)成一個字節(jié)，2個字節(jié)構(gòu)成一個字。在PLC術(shù)語中，字也稱為通道。一個字含16位，或者說一個通道含16個繼電器。 PLC的主要性能指標(biāo)有以下幾個方面： 四、性能

31、指標(biāo)及分類機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC1 1）存儲容量）存儲容量 系統(tǒng)程序存放在系統(tǒng)程序存儲器中。這里說的存儲容量指的是用戶程序存儲器的容量。用戶程序存儲器容量決定了PLC可以容納用戶程序的長短，一般以字為單位來計算。每1024個字為1K字。中、小型PLC的存儲容量一般在8K以下，大型PLC的存儲容量可達到256K一 2M。也有的PLC用存放用戶程序的指令條數(shù)來表示容量。 2 2）輸入輸出點數(shù)）輸入輸出點數(shù) IO點數(shù)即PLC面板上的輸入、輸出端子的個數(shù)。IO點數(shù)越多，外部可接的輸入器件和輸出器件就越多，控制規(guī)模就越大。因此IO點數(shù)是衡量PLC性能的重要指標(biāo)之一。

32、 1）存儲容量機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC3 3）掃描速度）掃描速度 掃描速度是指PLC執(zhí)行程序的速度，是衡量PLC性能的重要指標(biāo)。一般以掃描1K字所用的時間來衡量掃描速度。PLC用戶手冊一般給出執(zhí)行各條指令所用的時間，可以通過比較各種PLC執(zhí)行相同的操作所用的時間，來衡量掃描速度的快慢4 4）編程指令的種類和條數(shù)）編程指令的種類和條數(shù) 這也是衡量PLC能力強弱的主要指標(biāo)。編程指令種類及條數(shù)越多，其功能就越強，即處理能力、控制能力越強5 5）內(nèi)部器件的種類和數(shù)量）內(nèi)部器件的種類和數(shù)量 內(nèi)部器件包括各種繼電器、計數(shù)器定時器、數(shù)據(jù)存儲器等。其種類越多、數(shù)量越大，儲各

33、種信息的能力和控制能力就越強3）掃描速度機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC6 6）擴展能力）擴展能力 PLC的擴展能力表現(xiàn)在以下幾個方面。大部分PLC可以用IO擴展單元進行IO點數(shù)的擴展；有的PLC可以使用各種功能模塊進行功能擴展等7 7）智能單元的數(shù)量）智能單元的數(shù)量 PLC不僅能完成開關(guān)量的邏輯控制，而且利用智能單元可完成模擬量控制、位置和速度控制以及通信聯(lián)網(wǎng)等功能。智能單元種類的多少和功能的強弱是衡量PLC產(chǎn)品水平高低的一個重要指標(biāo)。各個生產(chǎn)廠家都非常重視智能單元的開發(fā)，近年來智能單元的種類日益增多，功能越來越強 6）擴展能力機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自

34、動化第九章第九章 PLC2 2PLCPLC的分類的分類 PLC的種類很多，其實現(xiàn)的功能，內(nèi)存容量，控制規(guī)模，外型等方面均存在較大差異。因此，PLC的分類沒有一個嚴格的統(tǒng)一標(biāo)準，一般是按照結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模、實現(xiàn)的功能進行大致地分類。1 1）按結(jié)構(gòu)分類）按結(jié)構(gòu)分類 PLC按照硬件的結(jié)構(gòu)形式可以分為整體式和組合式。整體式PLC外觀上是一個長方形箱體，又稱箱體式PLC。組合式PLC在硬件構(gòu)成上具有較高的靈活性，其模塊可以像拼積木似的進行組合，構(gòu)成具有不同控制規(guī)模和功能的PLC，因此這種PLC又稱為模塊式或積木式PLC。 2、分類機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC整體式整體式

35、PLCPLC 整體式PLC的CPU、存儲器、IO單元、電源安裝在同一機體內(nèi)，構(gòu)成主機。整體式PLC的特點是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，重量輕、價格低，輸入、輸出點數(shù)固定，實現(xiàn)的功能和控制規(guī)模固定，靈活性較低。小型PLC常采用這種結(jié)構(gòu)，適應(yīng)于工業(yè)生產(chǎn)中的單機控制。組合式組合式PLCPLC 組合式(模塊式)PLC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PLC模塊，不同的模塊實現(xiàn)不同的功能。特點是：系統(tǒng)配置靈活，可構(gòu)成具有不同控制規(guī)模和功能的PLC，但它的價格較高。一般大、中型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。 機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLCMK120S 系列L

36、G LG 產(chǎn)電株式會社產(chǎn)電株式會社機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC主單元主單元數(shù)字數(shù)字 I/O : 最多最多3 模塊模塊AD/DA 模塊模塊 : 最多最多 3 模塊模塊通訊通訊 I/F : 最多最多 1 模塊模塊模擬定時器模擬定時器 : 最多最多 3 模塊模塊RTC 模塊模塊存儲模塊存儲模塊擴展模塊擴展模塊6 輸入輸入(24Vdc)/4 輸出輸出(繼電器繼電器) , 12 輸入輸入/ 8 輸出輸出, 10輸出輸出AD/DA 模塊模塊模擬量輸入模擬量輸入 2CH, 0-10Vdc, 0-20mA, 12bit (0- 4,000), 精確度精確度 : 0.5% (fu

37、ll scale) / 4CH, 0-10Vdc, 0-20mA, 12bit (0- 4,000), 精確度精確度 : 0.5% (full scale) 模擬輸出模擬輸出 1CH, 0-10Vdc, 0-20mA, 12bit(0-4,000), 精確度精確度 : 0.5%(full scale)/4CH, 0-20mA(420mA), 12bit(0-4,000), 精確度精確度 : 0.5% (full scale)模擬定時器模擬定時器4CH(范圍范圍 : 0-200) ,變阻器設(shè)定變阻器設(shè)定通訊通訊 I/F 模塊模塊RS-422, RS-232C(modem), MODBUS(Mas

38、ter/Slave, RTU, ASCII Mode),用戶自定義協(xié)議用戶自定義協(xié)議(參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置)總共總共3個模塊個模塊擴展擴展I/O模塊模塊9 / 279 / 274. 4. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)擴展擴展. I/O(特殊通訊特殊通訊)模塊模塊機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLCLG Smart I/O4. 系統(tǒng)配置系統(tǒng)配置 LG PLCLG PLC界面界面POWERCPURUEAI/OI/OI/OSmart I/O 1站站Smart I/O 2#站站Smart I/O 3站站GLOFA/Master-KGLOFA/Master-K( (主機主機 ) )RNET (1

39、Mbps, 雙絞線雙絞線)Smart I/O N站站POWERCPUCUEAI/OI/OI/OGLOFA/Master-K(主機主機)GM7/K80S (主機主機)CPU主機模塊遠程 I/OGM1/2/3/R, K1000SG3L-RUEAGRL-D22AGRL-D24AGRL-TR2AGRL-TR4AGRL-RY2AGRL-DT2AGM4, K300SG4L-RUEAGM6G6L-RUEASmart I/O 1站站Smart I/O 2站站Smart I/O 3站站Modbus (RS-485, 最大最大 38.4kbps)Smart I/O N站站CPU主機模塊遠程 I/OGM1/2/3/

40、R, K1000SG3L-CUEAGSL-D22AGSL-D24AGSL-TR2AGSL-TR4AGSL-RY2AGSL-DT2AGM4, K300SG4L-CUEAGM6G6L-CUECGM7, K80SG7L-CUEC機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLCLG Smart I/OSmart I/O 1站站Smart I/O 2站站Smart I/O 3站站Modbus (RS-485, 最大最大38.4kbps)Smart I/O N站站制造商CPU (主機模塊)遠程 I/OSchneiderModicon 系列Telemechanic 系列Squae D 系列GSL

41、-D22AGSL-D24AGSL-TR2AGSL-TR4AGSL-RY2AGSL-DT2AMitsuishiAnA/AnU(AJ71UC24-S2)AnS(A1SJ71UC24-S2)其他PLC其他制造商其他制造商 PLCPLC( (主機主機 ) ) 其他制造商其他制造商PLCPLC界面界面機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC2 2）按控制規(guī)模分類）按控制規(guī)模分類 控制規(guī)模主要是指控制開關(guān)量的輸入、輸出點數(shù)及模擬量的輸入、輸出路數(shù)。但主要以開關(guān)量計數(shù)，模擬量的路數(shù)可折合算成開關(guān)量的點數(shù)，一般一路相當(dāng)于8點-16

42、點。根據(jù)IO點數(shù)的不同，PLC大致可分為：微型機微型機: : 控制點數(shù)僅幾十點，如OMRON公司的SP系列；松下電工的FPO系列等。小型機小型機: : 控制點數(shù)100500點左右。中型機中型機: : 控制點數(shù)500-1000點左右。大型機大型機: : 控制點數(shù)1000點以上。超大型機超大型機: : 控制點數(shù)可達上萬點，甚至于幾萬點。 2）按控制規(guī)模分類機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC 9.2 PLC9.2 PLC的編程語言及指令系統(tǒng)的編程語言及指令系統(tǒng) 一、一、PLCPLC的程序表達方式的程序表達方式 1 1、繼電器梯形圖、繼電器梯形圖 這種表達方式與傳統(tǒng)的繼電器電

43、路圖非常非常相似：直觀、形象，也是使用最廣的編程語言。9.2編程語言及指令系統(tǒng)機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC x 250 x 250 x 50 x 50 x 50 x 50附錄附錄2. 2. 程序處理時間的比較程序處理時間的比較 x 50 x 5041 / 4341 / 43機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC2 2、邏輯功能圖、邏輯功能圖 沿用了半導(dǎo)體邏輯電路的邏輯圖來表達。該方式易于描述較為復(fù)雜的控制功能。表達直觀。查錯查漏都比較容易 2、邏輯功能圖機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC3 3、功能流程圖、功能流程

44、圖 類似于計算機常用的程序框圖，但它有自己的規(guī)則。該方式容易構(gòu)思。4 4、邏輯代數(shù)表達式、邏輯代數(shù)表達式 是一種輔助的程序時間方法。 3、功能流程圖401)100400(100XMXM100430MY機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC5 5、指令語句程序、指令語句程序 類似于匯編語言語句來編程。 這種編程語言類似計算機的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能。對同樣功能的指令，不同廠家的PLC使用的助記符一般不同。 LDX400ORM100ANIX401OUTM100LDM100OUTY4305、指令語句機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC二、

45、二、PLCPLC的編程元件的編程元件 三菱公司的小型PLC： F-40M為例，采用8進制。1 1、輸入繼電器（、輸入繼電器（X X）2424點點 X400X407，X500X507， X410X413，X510X5132 2、輸出繼電器（、輸出繼電器（Y Y）1616點點 Y430X437，Y530X5373 3、輔助繼電器（、輔助繼電器（M M）192192點點 M100M277 128點為普通型 M100M177，M200M277 M300M377 64點為斷電保持型 二、PLC編程元件機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC4 4、移位寄存器、移位寄存器 由輔助繼電器

46、構(gòu)成，可組成8位或16位的移位寄存器。第一個輔助繼電器的代號就是這個移位寄存器的代號。4、移位寄存器機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC說明如下：1）該移位寄存器的代號為M300，是一個16位的移位寄存器2）輸入：是指置第一個輔助繼電器的狀態(tài)。它由接在輸入端的X400的狀態(tài)所確定。3）復(fù)位：當(dāng)復(fù)位端的信號X402接通時，M300M317全部處于復(fù)位狀態(tài)。4）移位：當(dāng)移位輸入端的置X401接通一次，每個輔助繼電器的狀態(tài)向右移一位。機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC5 5、定時器（、定時器（T T） 1616點點 T450T457，T550T557

47、 定時時間K為0.1999.9秒 定時器為延時接通定時器。輸入斷開復(fù)位即定時值清零 當(dāng)定時時間到后，則定時器對應(yīng)的觸點動作。輸入斷開后，觸點恢復(fù)原始狀態(tài)。 5、定時器機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC需要延時斷開定時器時 延時斷開型機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC6 6、計數(shù)器（、計數(shù)器（C C） 1616點點 C460C467，C560C567 計數(shù)值K為1999秒 具有斷電保持功能，在電源中斷時，當(dāng)前的計數(shù)值仍保持著。用復(fù)位端對計數(shù)值進行復(fù)位，恢復(fù)到計數(shù)初值 6、計數(shù)器機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC 計數(shù)器

48、也可作為定時器使用。只有在計數(shù)輸入端接入一個標(biāo)準的時鐘脈沖信號。 機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC7 7、特殊輔助繼電器、特殊輔助繼電器1）M70：運行監(jiān)視、當(dāng)PLC處于運行狀態(tài)時，M70接通。2）M71：初始化脈沖。3）M72：100ms時鐘。4）M76：電池電壓下降。5）M77：禁止全部輸出。切斷全部輸出（Y） 7、特殊輔助繼電器機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC三、三、PLCPLC的指令系統(tǒng)的指令系統(tǒng)1 1、輸入、輸出指令、輸入、輸出指令 LD取指令。取與母線連接的常開觸點 LDI取反指令。取與母線連接的常閉觸點 OUT輸出指令。用于

49、驅(qū)動輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器，但不能用于輸入繼電器三、PLC指令系統(tǒng)機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC2 2、“與與”指令指令 AND常開觸點串連接指令。 ANI常閉觸點串連接指令。 2、與指令機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC3 3、“或或”指令指令 OR常開觸點并連接指令。 ORI常閉觸點并連接指令。 3、或指令機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC4 4、塊電路、塊電路“或或”指令指令 ORB二個以上觸點串聯(lián)的支路與前面支路并聯(lián)。各個支路的起點必須使用LD、LDI指令。1）多個支路組成的并聯(lián)電路，每寫

50、一條并聯(lián)支路緊跟一條ORB2）對多個并聯(lián)支路，也可以在最后集中寫若干個ORB，但并聯(lián)支路不能超過8條。 4、塊或指令機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC5 5、塊電路、塊電路“與與”指令指令 ANDB二個以上觸點并聯(lián)的支路與前面支路串聯(lián)。各個支路的起點必須使用LD、LDI指令。5、塊與指令機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC1）先組成塊后串聯(lián)。2）在每一電路塊開始時，必須使用LD、LDI指令3）許多電路塊組成的串聯(lián)電路，在組成一個電路塊后，緊跟一條ANDB指令，則串聯(lián)電路塊的個數(shù)沒有限制。也可以在所有的電路塊組成后，集中寫若干條ANDB指令，但串聯(lián)電路塊數(shù)不能超過8個。 機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC6 6、復(fù)位指令、復(fù)位指令 RST用于計數(shù)器、移位寄存器的復(fù)位。 6、復(fù)位指令機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC7 7、移位指令、移位指令 SFT移位寄存器移位輸入指令。 7、移位指令機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化第九章第九章 PLC8 8、脈沖指令、脈沖指令 PLS用于產(chǎn)生脈沖信號。只用于M100M377 8、脈沖指令機械電氣控制及自動化機械電氣控制及自動化