可編程控制器講課課件

可編程控制器原理及應(yīng)用ProgrammableLogicController(PLC)

ProgrammableController(PC)

可編程控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上，逐步發(fā)展成以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。§1概述一、發(fā)展概況PLC可編程控制器可編程控制器的產(chǎn)生可編程控制器（ProgrammableLogicController)簡(jiǎn)稱PLC。上世紀(jì)60年代，在世界性技術(shù)改造浪潮的沖擊下，要求尋找一種比繼電器更可靠、功能更齊全、響應(yīng)速度更好的新型工業(yè)控制器。1968年，美國(guó)最大的汽車制造商———通用汽車公司從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的十大條件：1968年美國(guó)通用汽車公司提出的替代繼電器控制系統(tǒng)的新型控制器的十項(xiàng)指標(biāo)：1、編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；2、維護(hù)方便，最好是插件式；3、可靠性高于繼電器控制柜；4、體積小于繼電器控制柜；5、可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；6、在成本上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)；7、輸入可以是交流115V；8、輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥；9、在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只要很小變更；10、用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K字節(jié)?！鍪澜缟系谝慌_(tái)PLC

1969年由美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國(guó)通用汽車公司（GM）的要求研制成功。PDP-14

◆設(shè)計(jì)思想：吸取繼電器和計(jì)算機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)

☆繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復(fù)雜、不易更改、查找和排除故障困難，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差，但簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜；☆計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活（可編程）、通用性好，但編程困難；☆采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用。（梯形圖）二、PLC的品牌產(chǎn)品三菱：FX1S、FX1N、FX2N、Q、A系列日立：E、EC、EM、EMII、H、EH-150、MICRO-EH系列東芝：EX20EX40系列富士：NB、NJ、NS、SPB系列松下：FP0、FP1、FP2、FP2SH、FP3、FPM、FPC、FP5、FP10、FP10S、FP10SH系列歐姆龍：CPM1A、CPM2A、C200H、CQM1、CQM1A、

CJ系列SIEMENS：SIMATICS7-200S7-300S7-400系列施耐德：Twido系列通用：GE-I系列德洲儀器：TI100系列LG：K10、K30、K60、K80、K100、K120、K120S（E）、

K200、K300、K1000系列二、PLC的品牌產(chǎn)品FX-PLCFX0SFX0NFX1S/FX1NFX2NAnSQnA/AnAQnSS7-200S7-300S7-400LOGOCSPC200HCS三、主要功能1.邏輯控制可編程序控制器具有邏輯運(yùn)算功能，它設(shè)置有“與”、“或“、“非”等邏輯運(yùn)算指令，能夠描述繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連接。因此它可以代替繼電器進(jìn)行組合邏輯和順序邏輯控制。2.定時(shí)控制可編程序控制器具有定時(shí)控制功能。它為用戶提供若干個(gè)定時(shí)器并設(shè)置了定時(shí)指令。定時(shí)時(shí)間可由用戶在編程時(shí)設(shè)定，并能在運(yùn)行中被讀出與修改，定時(shí)時(shí)間的最小單位也可在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，因此，使用靈活，操作方便。3.計(jì)數(shù)控制可編程序控制器具有計(jì)數(shù)控制功能。它為用戶提供若干個(gè)計(jì)數(shù)器并設(shè)置了記數(shù)指令。計(jì)數(shù)值可由用戶在編程時(shí)設(shè)定，并能在運(yùn)行中被讀出與修改，有些可編程序控制器還設(shè)置了加計(jì)數(shù)、減計(jì)數(shù)兩種不同的記數(shù)方式。

4.A/D、D/A轉(zhuǎn)換大多數(shù)可編程序控制器還具有模/數(shù)（A/D）和數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換功能，能完成對(duì)模擬量的檢測(cè)與控制。三、主要功能5.定位控制有些可編程序控制器具有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)控制功能，能組成開環(huán)系統(tǒng)或閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)位置控制。

6.通信與聯(lián)網(wǎng)有些可編程序控制器具有聯(lián)網(wǎng)和通信功能，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制，多臺(tái)可編程序控制器之間還可以進(jìn)行同位鏈接，還可以與計(jì)算機(jī)進(jìn)行上位鏈接。由一臺(tái)計(jì)算機(jī)和多臺(tái)可編程序控制器可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。三、主要功能7.數(shù)據(jù)處理功能大多數(shù)可編程序控制器都具有數(shù)據(jù)處理功能，能進(jìn)行數(shù)據(jù)并行傳送、比較運(yùn)算；BCD碼的加、減、乘、除等運(yùn)算；還能進(jìn)行字的按位“與”、“或”、“異或”、求反、邏輯移位、算術(shù)移位、數(shù)據(jù)檢索、比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換等操作。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程序控制器的功能還在不斷拓寬和增強(qiáng)。三、主要功能四、主要特點(diǎn)1.可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、適用于惡劣工作環(huán)境

2.編程簡(jiǎn)單易學(xué)

3.應(yīng)用靈活方便

4.通用性強(qiáng)

5.具有完善的監(jiān)視和診斷功能

6.體積小、重量輕、功耗小、安裝維護(hù)方便、性價(jià)比高1）各種機(jī)械行業(yè)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備、自動(dòng)線的自動(dòng)化控制；2）順序控制、過程控制、位置控制、生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理、結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；3）數(shù)字量、模擬量的數(shù)據(jù)采集；五、應(yīng)用范圍六、PLC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較

①控制方法上：硬：軟②工作方式上：

并行工作方式：串行工作方式③控制速度上：速度慢：快

④定時(shí)和計(jì)數(shù)控制上：精度低：高

⑤可靠性和可維護(hù)性上：可靠性低：高學(xué)習(xí)要求：了解可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)與基本工作原理搞清楚PLC內(nèi)部等效繼電器電路的等效思路熟悉PLC的指令系統(tǒng)掌握PLC的編程方法和開發(fā)步驟一、PLC的基本結(jié)構(gòu)三菱PC基本單元外形CPU存儲(chǔ)器通用串口擴(kuò)展接口電源外部設(shè)備（編程器等）擴(kuò)展單元、特殊功能單元等輸入狀態(tài)寄存器輸出狀態(tài)寄存器輸入接口輸出接口現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)輸出信號(hào)PLC基本結(jié)構(gòu)框圖§2可編程控制器的硬件結(jié)構(gòu)與工作原理2.存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：存放系統(tǒng)軟件，固化在ROM或EPROM等只讀存儲(chǔ)器中。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)：存放用戶程序變量（數(shù)據(jù)）存儲(chǔ)區(qū)：存放內(nèi)部變量或數(shù)據(jù)通常采用低功耗的CMOS-RAM存儲(chǔ)器加備用電池，可讀寫1.中央處理單元CPU

計(jì)算和控制中心。它的性能（位數(shù)和主頻）決定了PLC的運(yùn)算速度和信息處理量的大小。PLC的編程語言（IEC61131-3中的5種PLC基本語言）

●順序功能圖（SFC）：不僅僅是一種語言，更是一種組織控制程序的圖形化方式?！裉菪螆D（LD）：以圖形方式表達(dá)觸點(diǎn)和線圈以及特殊指令塊的梯級(jí)。

●指令表（IL）：類似匯編程序的基于文本的語言與其相對(duì)應(yīng)的是LD。

●結(jié)構(gòu)文本（ST）：類似Pascal的基于文本的語言●功能塊圖（FBD）：一種對(duì)應(yīng)于線路圖的圖形語言。

FBD廣泛地用于過程工業(yè)。3.輸入/輸出接口：是CPU連接工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的橋梁。CPU：標(biāo)準(zhǔn)電平弱電數(shù)字量外部設(shè)備：開關(guān)量、模擬量不同電壓等級(jí)的交流、直流量高速、低速信號(hào)遠(yuǎn)程、本地信號(hào)輸入/輸出接口PC廠家為用戶提供各種類型的I/O接口電路。直流開關(guān)量輸入接口電路光耦的作用:電氣隔離，抗干擾電平轉(zhuǎn)換開關(guān)量輸入接口：將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)變成CPU能接受的標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平。(圖)直流開關(guān)量輸入接口交流開關(guān)量輸入接口內(nèi)部直流電源發(fā)光二極管光電耦合器輸出方式開關(guān)量輸出接口：通過該接口實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制繼電器輸出晶體管輸出晶閘管輸出繼電器輸出：輸出接口由繼電器構(gòu)成。晶體管輸出：輸出接口由晶體管構(gòu)成。晶閘管輸出：輸出接口由晶閘管構(gòu)成。適于大功率、低速、交、直流負(fù)載適合于小功率、高速、直流負(fù)載適合于大功率、高速、交流負(fù)載(圖)繼電器輸出型接口電路負(fù)載電源由外部提供繼電器輸出接口電路Y0COM1晶體管輸出接口電路+5V+24V+24V或+5V6.編程器：是PLC的主要外設(shè)。用于用戶程序的編制、編輯、調(diào)試、檢查和監(jiān)視。

便攜式：本身不帶CPU，只能聯(lián)機(jī)編程。體積小、重量輕、便于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。CRT智能式：帶有顯示屏的圖形編程器，有CPU，可聯(lián)機(jī)編程也可脫機(jī)編程，可用多種語言編程。4.擴(kuò)展接口：是用于擴(kuò)展I/O單元或特殊功能單元。

通用微機(jī)作為編程器：個(gè)人電腦，配上廠家提供的編程軟件和通訊線。有效利用資源。5.電源：是PLC的供電電源一般為市電（也有24V供電的）。PLC內(nèi)部設(shè)計(jì)有電路進(jìn)行穩(wěn)壓和變換。以適應(yīng)內(nèi)部電路的需要。PLC編程器及作用二、PLC的基本工作原理PLC的工作方式：循環(huán)掃描工作方式★例如：用戶程序的執(zhí)行（用戶程序的掃描工作過程）掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)順序的先后，逐條執(zhí)行執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束。然后再?gòu)念^開始掃描執(zhí)行，并周而復(fù)始地重復(fù)進(jìn)行。PLC的掃描工作過程

檢查CPU等內(nèi)部硬件，對(duì)監(jiān)視定時(shí)器（WDT）復(fù)位以及其它工作與其它智能裝置（如編程器、計(jì)算機(jī)等）實(shí)現(xiàn)通信

按順序?qū)λ休斎攵说臓顟B(tài)進(jìn)行采樣，并存入相應(yīng)寄存器對(duì)用戶程序掃描執(zhí)行，并將結(jié)果存入相應(yīng)的寄存器將寄存器中與輸出有關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)到輸出鎖存器，輸出驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載

PLC的掃描工作過程

★整個(gè)過程包括內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理五個(gè)階段★整個(gè)過程掃描執(zhí)行一遍所需的時(shí)間稱為掃描周期★掃描周期與CPU運(yùn)行速度、PLC硬件配置及用戶程序長(zhǎng)短有關(guān)?！锏湫椭禐?～100msPLC執(zhí)行程序的過程

PLC掃描工作方式的特點(diǎn)★集中采樣：在一個(gè)掃描周期中，對(duì)輸入狀態(tài)的采樣只在輸入處理階段進(jìn)行。當(dāng)PLC進(jìn)入程序處理階段后輸入端將被封鎖，直到下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行重新采樣?！锛休敵觯涸谟脩舫绦蛑腥绻麑?duì)輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，只在輸出處理階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對(duì)輸出接口進(jìn)行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中?！锾岣吡丝垢蓴_能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)可靠性，降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度

PLC工作時(shí)大多數(shù)時(shí)間與外部輸入/輸出設(shè)備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性

產(chǎn)品檢測(cè)傳送帶如圖示，用PLC來檢測(cè)產(chǎn)品數(shù)量。為確保不漏檢，對(duì)PLC掃描周期有何要求？

產(chǎn)品通過檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)間間隔為：T=0.025m/(50m/60s)=30ms,所以，PLC的掃描周期必須小于30msPLC的