第五章可編程邏輯控制器基礎(chǔ)知識

第五章可編程邏輯控制器基礎(chǔ)知識第一頁，共89頁?？删幊踢壿嬁刂破骰A(chǔ)知識1

PLC的定義PLC的發(fā)展歷史

PLC的特點(diǎn)

PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

PLC的發(fā)展趨勢PLC和微機(jī)、接觸控制比較

第二頁，共89頁。可編程控制器定義可編程序控制器是一種以微處理器為核心的電子系統(tǒng)，它是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。第三頁，共89頁?？删幊炭刂破鞫x續(xù)1985年1月，國際電工委員會（IEC）的可對可編程控制器作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)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，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！钡谒捻?，共89頁?？删幊炭刂破鞯亩x可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下設(shè)計(jì)，它采用可編程控制器的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。第五頁，共89頁?？删幊绦蚩刂破鞯臍v史1968年，美國最大的汽車制造廠家-通用汽車公司（GM）提出了研制PLC的基本設(shè)想：能用于工業(yè)現(xiàn)場；能改變其控制“邏輯”，而不需要變動組成它的元件和修改內(nèi)部接線；出現(xiàn)故障時易于診斷和維修。1969年，美國數(shù)字設(shè)備化司（DEC）研制出了世界上第一臺可編程控制器。70年代，出現(xiàn)了使用微處理器并具有編程語言的PLC。第六頁，共89頁?？删幊踢壿嬁刂破鞯纳a(chǎn)廠家在全世界有7家舉足輕重的PLC制造廠家：美國的Rockwell自動化公司所屬的A-B(Allen-Bradley)公司GE-Fanuc公司德國的西門子（Siemens）公司美國的Modicon公司法國TE（Telemecanique）公司日本三菱公司日本立石（OMRON）公司第七頁，共89頁。我國PLC的生產(chǎn)廠家我國的PLC生產(chǎn)目前也有一定的發(fā)展，小型PLC已批量生產(chǎn)，中型PLC已有產(chǎn)品，大型PLC已開始研制。國內(nèi)PLC形成產(chǎn)品化的生產(chǎn)企業(yè)約30多家，國內(nèi)產(chǎn)品市場占有率不超過10%。主要生產(chǎn)單位有：蘇州電子計(jì)算機(jī)廠、蘇州機(jī)床電器廠、上海蘭星電氣有限公司、天津市自動化儀表廠等。國內(nèi)產(chǎn)品在價格上占有明顯的優(yōu)勢。

第八頁，共89頁。世界最大的PLC生產(chǎn)廠家在全球PLC制造商中,根據(jù)美國AutomationResearchCorp(ARC)調(diào)查,世界PLC領(lǐng)導(dǎo)廠家的五霸分別為西門子公司、A-B公司、施耐德公司、三菱公司和歐姆龍公司。他們的銷售額約占全球總銷售額的三分之二。

第九頁，共89頁。第十頁，共89頁。第十一頁，共89頁。第十二頁，共89頁。PLC的特點(diǎn)配套齊全，功能完善，通用性強(qiáng)

可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)

編程方法簡單易學(xué)

使用簡單，調(diào)試維修方便

體積小、重量輕、功耗低

第十三頁，共89頁。配套齊全，功能完善，通用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合，要改變控制功能只需改變程序即可，具有較強(qiáng)的通用性?，F(xiàn)代PLC除了邏輯處理功能外，大多具有數(shù)據(jù)處理能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來，隨著PLC多種智能模塊的出現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC控制等各種工業(yè)控制中。加上PLC通訊能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。第十四頁，共89頁。PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

開關(guān)量控制

模擬量控制

運(yùn)動控制

過程控制數(shù)據(jù)處理通信聯(lián)網(wǎng)

第十五頁，共89頁。運(yùn)動控制早期PLC的運(yùn)動控制直接用開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動控制模塊，如驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。第十六頁，共89頁。過程控制PLC的過程控制是指對溫度、壓力和流量等模擬量的閉環(huán)控制。

PID控制第十七頁，共89頁。PLC的發(fā)展趨勢向兩極化（大型化和小型化）方向發(fā)展編程語言和編程工具向標(biāo)準(zhǔn)化和多樣化發(fā)展I/O組件標(biāo)準(zhǔn)化、功能組件智能化通訊網(wǎng)絡(luò)化

向大記憶容量，快處理速度發(fā)展

發(fā)展故障診斷技術(shù)和容錯技術(shù)

第十八頁，共89頁。大型化和小型化三菱公司推出12點(diǎn)的PLC產(chǎn)品，立石公司推出的C20、C40H、C60P等小型PLC產(chǎn)品

GOLD公司的584L－PC的I/O點(diǎn)多達(dá)8192個。

莫迪康公司的984～785型的PLC的最大I/O點(diǎn)數(shù)已達(dá)到16384點(diǎn)。

第十九頁，共89頁。向大記憶容量，快處理速度發(fā)展記憶容量由過去的64K，已增加到500K以上，如Triconxw公司的Faulttolerant型機(jī)記憶容量為512K，InteractiveMicroware公司的MFC03型記憶容量為848K，ASEA公司的Terpiece200/1型機(jī)記憶容量到4MB記憶芯片過去主要是隨機(jī)存取存儲器（RAM）、可擦寫可編程只讀存儲器（EPROM），今后主要是電可擦寫可編程只讀存儲器（EEPROM）、UVEPROM、BATRAM、NVRWM等

第二十頁，共89頁。發(fā)展故障診斷技術(shù)和容錯技術(shù)故障智能診斷方法：智能可編程I/O系統(tǒng)，供用戶了解IO組件的狀態(tài)和監(jiān)測系統(tǒng)的故障；故障監(jiān)測程序；共回路遠(yuǎn)程診斷和網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)等。容錯功能，如雙機(jī)熱備、自動切換I/O、雙機(jī)表決（當(dāng)輸出狀態(tài)與PLC邏輯狀態(tài)相比較出錯時，會自動斷開該輸出）和I/O三重表決（當(dāng)輸出狀態(tài)進(jìn)行軟件硬件表決，取2個相同的）

第二十一頁，共89頁。可編程控制器與微機(jī)的區(qū)別學(xué)習(xí)難易程度不同PLC繼承了繼電器系統(tǒng)的基本格式和習(xí)慣，對于有繼電器控制經(jīng)驗(yàn)的人，學(xué)習(xí)起來容易。微機(jī)需要更多的知識儲備。通用性不同PLC一般是由電氣控制器的制造廠家研制生產(chǎn)，各廠家的產(chǎn)品不通用。微機(jī)是由通用計(jì)算機(jī)推廣應(yīng)用發(fā)展起來的，標(biāo)準(zhǔn)化程序高，兼容性強(qiáng)。運(yùn)行方式不同PLC不能直接使用微機(jī)的許多軟件。PLC一般具有模塊結(jié)構(gòu)，可針對不同對象進(jìn)行組合和擴(kuò)展。微機(jī)可使用通用微機(jī)的各種編程語言，對要求快速，實(shí)時性強(qiáng)、模型復(fù)雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢，但它要求使用者具有一定計(jì)算機(jī)專業(yè)知識。相同點(diǎn)：PLC和微機(jī)都是專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境而設(shè)計(jì)的，都具有很高的可靠性，第二十二頁，共89頁?？删幊炭刂婆c繼電接觸器控制的區(qū)別◆控制邏輯不同PLC為“軟接線”技術(shù)，繼電接觸為硬接線邏輯。◆控制邏輯方面PLC：同一個器件的線圈和它的各觸點(diǎn)動作不同時發(fā)生。繼電接觸：同一繼電器的所有觸點(diǎn)與線圈通電或斷電同時發(fā)生◆控制速度PLC：速度極快；繼電接觸：速度慢◆定時/計(jì)數(shù)PLC定時精度高，范圍大，有計(jì)數(shù)功能，繼電接觸：定時精度不高，范圍小，無計(jì)數(shù)功能第二十三頁，共89頁?？删幊炭刂婆c繼電接觸器控制的區(qū)別續(xù)設(shè)計(jì)與施工

PLC：現(xiàn)場施工與程序設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，周期短，調(diào)試和維修方便。繼電接觸：設(shè)計(jì)、現(xiàn)場施工、調(diào)試必須依次進(jìn)行，周期長，而且修改困難可靠性和維護(hù)性PLC連線少，使用方便，并具有自診斷作用等價格PLC：貴（長遠(yuǎn)利益）繼電接觸：便宜（短期利益）第二十四頁，共89頁?？删幊炭刂破骰A(chǔ)知識21、可編程控制器的組成和工作原理2、FX系列型號名稱的含義3、編程器與外部設(shè)備第二十五頁，共89頁。可編程邏輯控制器的組成一般由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和其他可選部件（或擴(kuò)展單元）組成開關(guān)量I/O模塊的外部接線方式模擬量輸入模塊輸出模塊第二十六頁，共89頁。CPU模塊主要包括微處理器（CPU芯片）和存儲器兩部分第二十七頁，共89頁。I/0模塊

使過程狀態(tài)和參數(shù)輸入到PLC的通道以及實(shí)時控制信號輸出的通道

1類是從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等輸入的開關(guān)量信號

另一類是由電位器、熱電偶、測速電機(jī)和各種變送器等輸入的連續(xù)變化的模擬量信號

I/O模塊中包含由光電耦合器、光電可控硅、小型繼電器等器件組成的濾波電路、耦合電路或電平轉(zhuǎn)換電路等

第二十八頁，共89頁。開關(guān)量I/O模塊的外部接線方式開關(guān)量I/O模塊的輸入輸出信號僅有接通和斷開兩種狀態(tài)。電壓等級有直流5V、12V、24V、48V等，交流有110V、220V開關(guān)量I/O模塊的點(diǎn)數(shù)一般是2的n次方。I/O模塊的外接線方式有匯點(diǎn)式、分組式和分隔式三種。第二十九頁，共89頁。I/O模塊的外接方式第三十頁，共89頁。輸入模塊1第三十一頁，共89頁。輸入模塊2第三十二頁，共89頁。輸出模塊輸出模塊根據(jù)功率放大元件主要分為：驅(qū)動直流負(fù)載的大功率晶體管和場效應(yīng)管、驅(qū)動交流負(fù)載的雙向可控硅，以及可驅(qū)動交流負(fù)載又可驅(qū)動直流負(fù)載的小型繼電器。輸出電流的額定值與負(fù)載的性質(zhì)、溫度有關(guān)。繼電器輸出電路、晶體管集電極輸出電路、雙向可控硅輸出電路。第三十三頁，共89頁。繼電器輸出電路第三十四頁，共89頁。晶體管集電極輸出電路第三十五頁，共89頁。雙向可控硅輸出電路第三十六頁，共89頁?？删幊炭刂破鞯墓ぷ髟淼谌唔?，共89頁。PLC的工作原理（M100）（Y430)輸出刷新階段

用戶程序執(zhí)行階段

輸入采樣階段輸入端子輸入映象寄存器元件映象寄存器輸出鎖存器輸出端子掃描周期X4讀出(Y430)寫入讀出第三十八頁，共89頁。FX系列型號名稱的含義第三十九頁，共89頁。編程器與外部設(shè)備編程器的作用。專用編程器個人計(jì)算機(jī)程序開發(fā)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存取單元其他外部設(shè)備第四十頁，共89頁。編程器的作用用來生成用戶程序，并對它進(jìn)行編輯、檢查和修改。將用戶程序?qū)懭隕PROM，EEPROM，磁帶或磁盤中。驅(qū)動打印機(jī)打印出順序功能圖、梯形圖程序或指令個程序。監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行的情況。第四十一頁，共89頁。專用編程器簡易編程器（只能輸入和編輯指令表程序。）圖形編程器（可直接生成和編輯梯形圖程序）第四十二頁，共89頁。個人計(jì)算機(jī)程序開發(fā)系統(tǒng)編程軟件文件編制軟件數(shù)據(jù)采集和分析軟件實(shí)時操作接口軟件仿真軟件其他軟件第四十三頁，共89頁。數(shù)據(jù)存取單元FX-20DU-E數(shù)據(jù)存取單元使用帶背景光的藍(lán)色液晶顯示器，畫面正常時為綠底黑字，警報(bào)狀態(tài)為紅底黑字。第四十四頁，共89頁。其他外部設(shè)備人/機(jī)接口裝置外存儲器打印機(jī)EPROM寫入器第四十五頁，共89頁?？删幊绦蚩刂破骰A(chǔ)知識3可編程序控制器編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)梯形圖的主要特點(diǎn)第四十六頁，共89頁。可編程序控制器編程的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC1131-3規(guī)定了可編程序控制器的編程語言共有5種語言。順序功能圖（Sequentialfunctionchart）梯形圖（Ladderdiagram）功能塊圖（Functionblockdiagram）指令表（Instructionlist）結(jié)構(gòu)文本（Structuredtext）第四十七頁，共89頁。順序功能圖（SFC）第四十八頁，共89頁。梯形圖（LD）梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，一般有線圈、常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)，還有其他功能塊。梯形圖稱為電路或程序，設(shè)計(jì)梯形圖叫編程。第四十九頁，共89頁。功能塊圖（fbd）類似數(shù)字邏輯電路的編程語言，即用類似與門、或門的方框來表不邏輯運(yùn)算關(guān)系等。第五十頁，共89頁。指令表（IL）由若干條指令組成的程序叫做指令表程序。第五十一頁，共89頁。結(jié)構(gòu)文本Pascal,Basic,c等高級編程語言結(jié)構(gòu)文本是為IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建一種專用高級編程語言。用結(jié)構(gòu)文本有兩個優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，其二是非常簡潔和緊湊。第五十二頁，共89頁。梯形圖的主要特點(diǎn)PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱。但不是真實(shí)的繼電器。梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為公共母線，能流只能從左到右。梯形圖的邏輯運(yùn)算：根據(jù)梯形圖各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對應(yīng)的編程元件的ON/OFF狀態(tài)，邏輯運(yùn)算是從左到右，從上到下進(jìn)行的。梯形圖中各編程元件的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)可以無限多次的使用。第五十三頁，共89頁。可編程邏輯控制器基礎(chǔ)知識4FX系列可編程序控制器梯形圖中的編程元件第五十四頁，共89頁。FX系列可編程序控制器的編程元件FX系列可編程序控制器的性能指標(biāo)與編程元件輸入繼電器（X）輸出繼電器（Y）輔助繼電器（M）狀態(tài)（S）定時器（T）計(jì)數(shù)器（C）數(shù)據(jù)寄存器（D）指針P/I第五十五頁，共89頁。FX系列可編程序控制器的性能指標(biāo)表3-3第五十六頁，共89頁。輸入繼電器（X）輸入繼電器用八進(jìn)制數(shù)表示。輸入繼電器是可編程序控制器接收外部輸入的開關(guān)量信號窗口。在梯形圖中可以外接常開觸點(diǎn)或常閉觸點(diǎn)，也可以接多個觸點(diǎn)組成的串并聯(lián)電路在梯形圖中可以多次使用輸入繼電器的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。例子第五十七頁，共89頁。輸入和輸出繼電器例子第五十八頁，共89頁。輸出繼電器是PLC向外部負(fù)載發(fā)送信號的窗口。輸出繼電器用來將PLC的輸出信號傳送給輸出模塊，再由后者驅(qū)動外部負(fù)載。在梯形圖中，每一個輸出繼電器常開和常閉觸點(diǎn)可多次使用。例子第五十九頁，共89頁。輔助繼電器（M）輔助繼電器是用軟件實(shí)現(xiàn)，不能接收外部的輸入信號，也不能直接驅(qū)動外部負(fù)載。通用輔助繼電器M0~M499斷電保持輔助繼電器M500~M3071特殊輔助繼電器M8000~M第六十頁，共89頁。通用輔助繼電器M0~M499共500點(diǎn)可用軟件設(shè)定為斷電保持輔助繼電器第六十一頁，共89頁。斷電保持輔助繼電器M500~M3071

電源中斷時，中斷瞬時的狀態(tài)，可在重新通電后的第一個掃描周期再現(xiàn)其狀態(tài)。其中M500~M1023可用軟件設(shè)定為非斷電保持輔助繼電器。使用舉例第六十二頁，共89頁。特殊輔助繼電器M8000~M共有256點(diǎn)用來表示PLC的某些狀態(tài)、提供時鐘脈沖、標(biāo)志（如進(jìn)位、借位標(biāo)志）、設(shè)定PLC的運(yùn)行方式，或者用于步進(jìn)順控、禁止中斷、設(shè)定計(jì)數(shù)器是加計(jì)數(shù)或是減計(jì)數(shù)等。分為觸點(diǎn)利用型和線圈驅(qū)動型。第六十三頁，共89頁。觸點(diǎn)利用型和線圈驅(qū)動型。如M8000（運(yùn)行監(jiān)視）

M8002（初始化脈沖）M8005（鋰電池電壓降低）線圈驅(qū)動型如：M8030線圈通電時，PLC由RUN進(jìn)入STOP狀態(tài)時，映像寄器與數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容保持不變。M9034(禁止輸出)第六十四頁，共89頁。狀態(tài)（S）用于編制順序控制程序的一種編程元件，一般與步進(jìn)梯形指令STL一起使用。通用狀態(tài)（S0~S499）沒有斷電保持功能，但可用程序設(shè)定有斷電保持功能。第六十五頁，共89頁。定時器（T）包括設(shè)定值寄存器、當(dāng)前值寄存器和一個用來儲存其輸出觸點(diǎn)狀態(tài)的映像寄存器。分為通用定時器（T0~T245）和積算定時器(T246~T255)。T0~T199為100ms定時器，定時范圍為0.1~3276.7s.T192~T199為了程序和中斷服務(wù)程序?qū)Ｓ玫亩〞r器。T200~T245為10ms定時器，定時范圍為0.01~327.67s.例子第六十六頁，共89頁。定時器例子第六十七頁，共89頁。計(jì)數(shù)器（C）分為內(nèi)部計(jì)數(shù)器和高速計(jì)數(shù)器。內(nèi)部計(jì)數(shù)器對plc的內(nèi)部信號X、Y、M、S等計(jì)數(shù)，內(nèi)部計(jì)數(shù)器分16位計(jì)數(shù)器（C0~C99為通用型，C100~C199為斷電保持型）和32位加/減計(jì)數(shù)器。

（C200~C219為通用型，C220~C234為斷電保持型）32位加/減計(jì)數(shù)器的加/減計(jì)數(shù)方式由特殊輔助繼電器M8200~M8234設(shè)定，對應(yīng)的特殊輔助繼電器為ON時，為減計(jì)數(shù)，反之為加計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的工作原理第六十八頁，共89頁。計(jì)數(shù)器的工作原理第六十九頁，共89頁。數(shù)據(jù)寄存器（D）數(shù)據(jù)寄存器D在模擬量檢測與控制以及位置控制等場合用來儲存數(shù)據(jù)和參數(shù)，數(shù)據(jù)寄存器為16位，可雙字節(jié)。通用數(shù)據(jù)寄存器D0~D199,M8033ON時，有斷電保持功能。斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器D200~D7999，其中D200~D511有斷電保持功能，利用外部設(shè)備的參數(shù)設(shè)定，可改變其與通用數(shù)據(jù)寄存器的分配。D490~D509供通信用。D512~D7999的斷電保持功能不能用軟件改變，可用RST和ZRST指令清除內(nèi)容。特殊數(shù)據(jù)寄存器D8000~D8255用來監(jiān)控PLC的運(yùn)行狀態(tài)，如電池電壓、掃描時間等。變址寄存器V0~V7和Z0~Z7的內(nèi)容用來改變編程元件的元件號。第七十頁，共89頁。指針P/I1包括分支指針P0~P127和15點(diǎn)中斷用指針。分支指針P0~P127用來指示跳轉(zhuǎn)指令（CJ）的跳步目標(biāo)和子程序調(diào)用指令（CALL）調(diào)用的了程序的入口地址，執(zhí)行到子程序中的SRET時返回主程序。第七十一頁，共89頁。指針P/I2中斷用指針用來指明某一中斷源的中斷程序入口標(biāo)號，執(zhí)行到IRET指令時返回主程序。定時器中斷使PLC以指定的周期定時執(zhí)行中斷子程序，定時循環(huán)處理某些任務(wù)，處理的時間不受PLC掃描周期的限制。計(jì)數(shù)器中斷用于PLC內(nèi)置的高速計(jì)數(shù)器，根據(jù)高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)當(dāng)前值與計(jì)數(shù)設(shè)定值的關(guān)系來確定是否執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。第七十二頁，共89頁。可編程序控制器基礎(chǔ)知識5FX系列可編程序控制器的基本邏輯指令第七十三頁，共89頁。FX系列可編程序控制器的基本邏輯指令FX系列PLC共有27條基本邏輯指令，一百多條功能指令。LD、LDI、OUT指令A(yù)ND與ANI指令OR與ORI指令LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP和ORF指令ORB指令A(yù)NB指令棧存儲器與多重輸出指令主控與主控復(fù)位指令MC，MCR取反指令PLS與PLF指令SET與RST指令NOP與END指令編程注意事項(xiàng)第七十四頁，共89頁。LD、LDI、OUT指令LD：常開觸點(diǎn)與母線連接的指令LDI：常閉觸點(diǎn)與母線連接的指令OUT：驅(qū)動線圈的輸出指令。第七十五頁，共89頁。AND與ANI指令A(yù)ND：