可編程邏輯控制器(PLC)

可編程邏輯控制器(PLC)訓練課程一PLC簡介二PLC構(gòu)成及工作原理三PLC的軟件系統(tǒng)四PLC的軟元件介紹五PLC的編程指令基本介紹生技部1第一頁，共59頁。一PLC簡介生技部2第二頁，共59頁。PLC簡介可編程序控制器（ProgrammableLogicController）簡稱（PLC），是在繼電器控制技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，將自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。生技部3第三頁，共59頁。定義：國際電工委員會（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標準草案第三稿。在草案中對可編程控制器定義如下：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)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，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P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”。生技部4第四頁，共59頁。PLC的產(chǎn)生1969年美國數(shù)字設備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司（GM）的要求研制成第一臺可編程序控制器。產(chǎn)生背景：1）繼電控制系統(tǒng)的缺點：通用性和靈活性差、可靠性低。繼電器控制系統(tǒng)體積大、耗電多、可靠性低、接線復雜、不易更改、查找和排除故障困難，對生產(chǎn)工藝變化的適應性差，但簡單易懂、價格便宜生技部5第五頁，共59頁。2）1968年，美國通用汽車公司（GM公司）為適應汽車型號不斷翻新（小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量），提出要用一種新型的控制裝置取代繼電—接觸器控制裝置。擬訂了十項公開招標的技術(shù)要求：①編程方便，可現(xiàn)場修改程序；②維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；③可靠性高于繼電器控制裝置；④體積小于繼電器控制盤；⑤數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；⑥成本可與繼電器控制盤競爭；⑦輸入可為市電；⑧輸出可為市電，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動接觸器等；⑨擴展時原系統(tǒng)改變最少；⑩用戶存儲器大于4KB。生技部6第六頁，共59頁。PLC的發(fā)展1)70年代初期：可編程序控制器僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)等一些功能。2）70年代中期：70年代后隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，微處理技術(shù)應用，PLC還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。3）80年代以后：隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強，可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能。

4）近年來PLC發(fā)展迅速具備了計算機功能的一種通用工業(yè)控制裝置，成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大技術(shù)支柱（PLC技術(shù)、機器人、CAD/CAM）之一。

生技部7第七頁，共59頁。PLC的分類（1）按I／O點數(shù)分類；I／O點數(shù)在256以下為微型PLC；I／O點九在256～1024為中型PLC；I／O點數(shù)大于1024為大型PLC；I／O點數(shù)在4000以上為超大型PLC。以上劃分不包括模擬量I／0點數(shù)，且劃分界限不是固定不變的。生技部8第八頁，共59頁。（2）按結(jié)構(gòu)形式分類整體式PLC：又稱單元式或箱體式。整體式PLC是將電源、CPU、I／0部件都集中裝在一個機箱內(nèi)。一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。模塊式PLC：將PLC各部分分成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I／0模塊、電源模塊和各種功能模塊。模塊式PLC由框架和各種模塊組成。模塊插在插座上。一般大、中型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)，有的小型PLC也采用這種結(jié)構(gòu)。生技部9第九頁，共59頁。整體式生技部10第十頁，共59頁。模塊式電源模塊CPU模塊IO模塊底板生技部11第十一頁，共59頁。PLC的優(yōu)點①可靠性高(平均無故障時間3--5萬小時）

②編程簡單

③通用性強

④體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、維護方便PLC的缺點各公司的PLC編程語言互不兼容。生技部12第十二頁，共59頁。PLC的主要生產(chǎn)廠家歐洲：西門子（Siemens）；法國的TE（Telemecanique）公司美國：A-B（Allen-Bradly）、GE（GeneralElectric）公司日本：三菱電機（MitsubishiElectric）、歐姆龍（OMRON）、富士(FUJI)、基恩士(KEYENCE)、松下(PANASONIC)臺灣：臺達(DELTA)韓國:LG生技部13第十三頁，共59頁。三菱部分PLC圖片(工廠使用)生技部14第十四頁，共59頁。三菱部分PLC圖片(工廠使用)生技部15第十五頁，共59頁。松下部分PLC圖片(工廠使用)生技部16第十六頁，共59頁。三菱和臺達部分PLC圖片(工廠使用)生技部17第十七頁，共59頁。OMRON和KEYENCE部分PLC圖片(工廠使用)生技部18第十八頁，共59頁。LG、富士和西門子部分PLC圖片(工廠使用)生技部19第十九頁，共59頁。二PLC構(gòu)成及工作原理生技部20第二十頁，共59頁。PLC硬件組成示意圖

PLC中央處理器存儲器輸入輸出單元電源編程設備生技部21第二十一頁，共59頁。PLC結(jié)構(gòu)框圖生技部22第二十二頁，共59頁。中央處理器(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的主要功能：從存儲器中讀取指令

執(zhí)行指令順序取指令處理中斷生技部23第二十三頁，共59頁。存儲器只讀存儲器ROM：存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序隨機存儲器RAM：存儲各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào)試的程序生技部24第二十四頁，共59頁。輸入輸出(I/O)單元采用光電隔離，實現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾1)輸入接口電路：將按鈕、行程開關或傳感器等產(chǎn)生的信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入主機。2)輸出接口電路：將主機向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動外部執(zhí)行電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計算機與外部強電隔離3)輸出三種形式：繼電器--低速大功率 可控硅--高速大功率 晶體管--高速小功率生技部25第二十五頁，共59頁。ＰＬＣ外接實物圖按鈕傳感器行程開關接觸器發(fā)光管指示燈蜂鳴器電磁閥生技部26第二十六頁，共59頁。輸入接口電路開關量輸入接口直流輸入單元交流輸入單元交\直流輸入單元作用：把現(xiàn)場的開關量信號變成ＰＬＣ內(nèi)部處理的標準信號生技部27第二十七頁，共59頁。直流輸入電路圖PLC輸入端,開關類元件工作電流流向生技部28第二十八頁，共59頁。交流輸入電路圖上“＋”下“－”下“＋”上“－”生技部29第二十九頁，共59頁。輸入接口電路模擬量輸入接口電壓信號電流信號作用：把現(xiàn)場連續(xù)變化的模擬量標準信號轉(zhuǎn)換成適合ＰＬＣ內(nèi)部處理的由若干位二進制數(shù)字表示的信號生技部30第三十頁，共59頁。模擬量輸入接口的內(nèi)部電路框圖Ａ／Ｄ鎖存器光電隔離總線邏輯多路轉(zhuǎn)換開關現(xiàn)場裝置現(xiàn)場裝置濾波電平轉(zhuǎn)換濾波電平轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)總路線生技部31第三十一頁，共59頁。輸出接口電路開關量輸出接口1)繼電器型2)晶體管型3)可控硅型作用：把ＰＬＣ內(nèi)部的標準信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)所需的開關量信號模擬量輸出接口

作用：將PLC運算處理后的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，以滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場連續(xù)控制信號的需求生技部32第三十二頁，共59頁。繼電器型內(nèi)部電路晶體管型內(nèi)部電路可控硅型內(nèi)部電路輸出接口電路生技部33第三十三頁，共59頁。電源交流直流后備電池（鋰）供用戶存貯器（數(shù)據(jù)）開關電源供PLC供外部（DC24V）生技部34第三十四頁，共59頁。外部設備編程器其他外部設備生技部35第三十五頁，共59頁。編程器液晶顯示屏模式鍵指令參數(shù)鍵控制鍵生技部36第三十六頁，共59頁。其他外部設備COM2COM3COM1生技部37第三十七頁，共59頁。PLC工作原理一、工作方式——周期循環(huán)掃描二、工作過程——自診斷、輸入采樣、程序掃描、輸出刷新幾個外階段。三、掃描周期T=自檢時間+讀入一點時間×輸入點數(shù)+程序步數(shù)×運算速度+輸出一點時間×輸出點數(shù)。生技部38第三十八頁，共59頁。PLC工作原理生技部39第三十九頁，共59頁。三PLC的軟件系統(tǒng)生技部40第四十頁，共59頁。PLC軟件系統(tǒng)組成系統(tǒng)監(jiān)控程序

運行管理

生成用戶元件系統(tǒng)內(nèi)部自檢管理程序

解釋程序標準程序模塊、系統(tǒng)調(diào)用用戶程序自動化系統(tǒng)控制程序數(shù)據(jù)表格軟件系統(tǒng)生技部41第四十一頁，共59頁。PLC的軟件1系統(tǒng)軟件管理程序解釋程序程序塊2應用軟件應用軟件也叫用戶軟件，是用戶為達到某種控制目的，采用專用編程語言自住編制的程序．生技部42第四十二頁，共59頁。應用軟件常用的編程語言梯形圖編程（LD）

采用繼電器電氣工程原理邏輯圖，各種軟元件被表示為觸點和線圈，圖形上各個觸點和線圈之間的電路連接關系就是它們的控制邏輯關系指令列表編程（IL）

所有的邏輯和運算都使用指令和操作數(shù)的方式輸入順序功能圖編程（SFC）

順序功能圖是根據(jù)機械設備的流程或者工序，將控制分成了多個步和步到步之間轉(zhuǎn)換的一種語言。一個標準的順序功能圖由初始步、一般步、步間的轉(zhuǎn)換條件、跳轉(zhuǎn)和重置組成、每一步就是機械設備的一個處理工序，一個步中可以有內(nèi)置梯形圖，也就是這一步需要完成的處理工序。生技部43第四十三頁，共59頁。指令

軟元件

指令說明

LD

X0

//裝載輸入點X0的值作為當前能流點的值

OR

X1

//裝載輸入點X1的值，和當前能流點的值進行或運 //算后作為當前能流點的值

AND

X2

//裝載輸入點X2的值，和當前能流點的值進行或運 // 算后作為當前能流點的值

OUT

Y0

//根據(jù)當前能流點的值，確定輸出點的值生技部44第四十四頁，共59頁。梯形圖梯形圖語言是一種以圖形符號及圖形符號在圖中的相互關系表示控制關系的編程語言,是從繼電器圖演變過來的繼電器圖形符號梯形圖圖形符號生技部45第四十五頁，共59頁。指令表指令表也叫做語句表ＬＤＸ０助記符操作數(shù)生技部46第四十六頁，共59頁。PLC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)十進制數(shù)（DEC:DECimalnumber），常用于：定時器/計數(shù)器的設定值；輔助繼電器（M）、定時器（T）、計數(shù)器（C）、狀態(tài)（S）等軟元件的地址號；應用指令的數(shù)值型操作數(shù)及指令動作常數(shù)（K）。十六進制數(shù)（HEX:HEXdecimalnumber）

與十進制數(shù)一樣，用于指定應用指令的數(shù)值型操作數(shù)及指令動作常數(shù)（H）。生技部47第四十七頁，共59頁。二進制數(shù)（BIN:BINarynumber）

PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)類型，通過外設進行監(jiān)視時，各軟元件的數(shù)值自動變換為十進制數(shù)或十六進制數(shù)。八進制數(shù)（OCT:OCTalnumber）——用于輸入繼電器和輸出繼電器的軟元件編號。

輸入繼電器用X00~X07、X10~X17、X20~X27等八進制格式進行編號(三菱PLC)；輸出繼電器用Y00~Y07、Y10~Y17、Y20~Y27等八進制格式進行編號(三菱PLC)。PLC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)生技部48第四十八頁，共59頁。BCD碼（BCD:BINaryCodeDecimal）——用二進制形式表示的十進制數(shù)，常采用8421BCD碼。

常用BCD碼編碼開關將BCD碼數(shù)據(jù)送入PLC；PLC常以BCD碼格式將輸出數(shù)據(jù)送數(shù)碼顯示器顯示。浮點數(shù)據(jù)（標繪值）二進制浮點數(shù)常用于高精度浮點運算；十進制浮點數(shù)用于實施監(jiān)視。PLC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)生技部49第四十九頁，共59頁。PLC的軟元件介紹生技部50第五十頁，共59頁。軟元件分類輸入繼電器(如三菱PLCX開頭)輸出繼電器(如三菱PLCY開頭)輔助繼電器(如三菱PLCM開頭)狀態(tài)繼電器(如三菱PLCS開頭)計數(shù)器(如三菱PLCC開頭)計時器(如三菱PLCT開頭)數(shù)據(jù)寄存器(如三菱PLCD開頭)生技部51第五十一頁，共59頁。PLC軟元件(邏輯元件)輸入繼電器（X）在PLC內(nèi)部，與輸入端子相連的輸入繼電器是光電隔離的電子繼電器，采用八進制編號，用無數(shù)個常開和常閉觸點。輸入繼電器不能用程序驅(qū)動。生技部52第五十二頁，共59頁。輸出繼電器（Y）輸出繼電器采用八進制編號，有內(nèi)部觸點和外部輸出觸點（繼電器觸點、雙向可控硅、晶體管等輸出元件）之分，由程序驅(qū)動。在PLC內(nèi)部，外部輸出觸點與輸出端子相連，向外部負載輸出信號，且一個輸出繼電器只有一個常開型外部輸出觸點。輸出繼電器有無數(shù)個內(nèi)部常開和常閉觸點，編程時可隨意使用。PLC軟元件(邏輯元件)生技部53第五十三頁，共59頁。輔助繼電器（M）由內(nèi)部軟元件的觸點驅(qū)動,常開和常閉觸點使用次數(shù)不限，但不能直接驅(qū)動外部負載,采用十進制編號。通用輔助繼電器掉電保持輔助繼電器特殊輔助繼電器只能利用其觸點的特殊輔助繼電器可驅(qū)動線圈的特殊輔助繼電器通用輔助繼電器與掉電保持用輔助繼電器的比例，可通過外設設定參數(shù)進