電機(jī)與電氣控制基礎(chǔ) 課件 第4章 PLC及其應(yīng)用

第4章PLC及其應(yīng)用《電機(jī)與電氣控制基礎(chǔ)》楊清德

宋文超

楊波主編目錄CATALOGUE01引言02PLC的結(jié)構(gòu)03PLC的基本工作原理04PLC的應(yīng)用05結(jié)論《電機(jī)與電氣控制基礎(chǔ)》楊清德

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楊波主編01引言《電機(jī)與電氣控制基礎(chǔ)》楊清德

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楊波主編PLC的由來與應(yīng)用PLC的產(chǎn)生1968年，美國通用汽車公司提出可編程控制器概念，1969年美數(shù)公司研制出首臺(tái)PLC并成功應(yīng)用于通用汽車生產(chǎn)線，標(biāo)志著工業(yè)控制自動(dòng)化的新時(shí)代。PLC的定義PLC是一種具有微處理器的數(shù)字運(yùn)算控制器，用于自動(dòng)化控制，其在自動(dòng)化項(xiàng)目中的作用相當(dāng)于人的大腦，用于存儲(chǔ)信息和指令，指揮執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。PLC的發(fā)展PLC發(fā)展分5個(gè)階段；發(fā)展趨勢(shì)為高功能、高速度、高集成度、容量大、體積小、成本低、通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，體現(xiàn)為數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。PLC的種類PLC按結(jié)構(gòu)形式分類為整體式PLC、模塊式PLC；按I/O點(diǎn)數(shù)分類為小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)；按功能分類為低檔機(jī)、中檔機(jī)、高檔機(jī)。PLC的應(yīng)用范圍PLC的應(yīng)用范圍包括開關(guān)量的邏輯控制、過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、通訊聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理等，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、交通管理、智能家居等領(lǐng)域。PLC與傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)PLC與繼電-接觸器、單片機(jī)、計(jì)算機(jī)、集散型控制系統(tǒng)相比，具有功能完善、可靠性高、編程簡單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種工業(yè)控制場(chǎng)景。010203040506PLC的性能指標(biāo)存儲(chǔ)容量、I/O點(diǎn)數(shù)、掃描速度、指令系統(tǒng)、內(nèi)部器件的種類和數(shù)量、擴(kuò)展能力、特殊功能模塊的數(shù)量、通訊功能。PLC的優(yōu)點(diǎn)功能完善且通用性強(qiáng)，可靠性高并抗干擾能力強(qiáng)，編程簡單且使用方便，安裝與維護(hù)便捷，體積小且能耗低，型號(hào)多樣且配套齊全。PLC的主要缺點(diǎn)PLC的體系結(jié)構(gòu)封閉，使用專用總線、通訊網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議。I/O模板、機(jī)柜和電源模板等都不通用，且各公司產(chǎn)品之間互不兼容。PLC的特點(diǎn)與主要指標(biāo)PLC的工作方式及流程循環(huán)掃描工作方式是PLC的基本工作方式，即“串行”工作方式。PLC掃描工作流程分為公共處理、程序執(zhí)行、掃描周期計(jì)算處理、I/O刷新和外設(shè)端口服務(wù)階段。PLC的基本工作原理PLC的起動(dòng)運(yùn)行與停止PLC起動(dòng)運(yùn)行方式分自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)。停運(yùn)方式分正常停運(yùn)、暫停、緊急停運(yùn)。PLC通過編程器或外部設(shè)備輸入指令，經(jīng)內(nèi)部處理后通過輸出模塊控制被控對(duì)象。PLC的通訊通訊方式含并行與串行。計(jì)算機(jī)與PLC通訊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，計(jì)算機(jī)可讀取PLC數(shù)據(jù)，寫入數(shù)據(jù)至PLC及向計(jì)算機(jī)寫入數(shù)據(jù)，確保信息共享與協(xié)同作業(yè)的高效性。02PLC的結(jié)構(gòu)《電機(jī)與電氣控制基礎(chǔ)》楊清德

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楊波主編中央處理模塊中央處理模塊（CPU）是PLC的核心，負(fù)責(zé)執(zhí)行用戶程序、控制輸入輸出、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與通訊功能。其性能直接影響PLC的工作速度與處理能力。存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)模塊是PLC的重要組成部分，用于存放用戶程序、邏輯狀態(tài)、控制參數(shù)及歷史數(shù)據(jù)等信息。根據(jù)存儲(chǔ)類型，存儲(chǔ)模塊可分為ROM、EEPROM和RAM等。輸入輸出模塊輸入輸出模塊（I/O模塊）是PLC與被控對(duì)象進(jìn)行信息交互的橋梁，負(fù)責(zé)讀取現(xiàn)場(chǎng)傳感器信號(hào)并驅(qū)動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。根據(jù)信號(hào)類型，I/O模塊可分為數(shù)字量輸入輸出和模擬量輸入輸出兩種。PLC硬件系統(tǒng)電源模塊為PLC系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，確保各模塊正常工作。同時(shí)，它還能將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為CPU、存儲(chǔ)器等關(guān)鍵部件提供穩(wěn)定的電源環(huán)境。電源模塊編程器用于下載程序到PLC，監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)，并能通過人機(jī)界面輸入數(shù)據(jù)和指令。其他外部設(shè)備如掃描儀、打印機(jī)等，可進(jìn)一步擴(kuò)展PLC的功能，如數(shù)據(jù)采集、報(bào)表生成等。外部設(shè)備PLC硬件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是PLC系統(tǒng)的核心管理程序，負(fù)責(zé)解釋并執(zhí)行用戶指令，提供標(biāo)準(zhǔn)的程序塊供系統(tǒng)調(diào)用，以及進(jìn)行內(nèi)存管理、文件處理等。它確保PLC系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，并為用戶提供良好的開發(fā)環(huán)境。應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)實(shí)際需求編寫的程序，用于實(shí)現(xiàn)特定的控制邏輯、數(shù)據(jù)處理等功能。它基于PLC的系統(tǒng)軟件運(yùn)行，通過編程語言如梯形圖、功能塊圖等實(shí)現(xiàn)，并下載到PLC中執(zhí)行。PLC的軟件系統(tǒng)03PLC的基本工作原理《電機(jī)與電氣控制基礎(chǔ)》楊清德

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楊波主編循環(huán)掃描工作方式PLC采用循環(huán)掃描工作方式，主要包括RUN（運(yùn)行）和STOP（停止）兩種模式。在SCAN（掃描）工作方式下，PLC按照順序逐個(gè)讀取輸入信號(hào)。PLC掃描工作流程PLC掃描工作流程包括公共處理、程序執(zhí)行、掃描周期計(jì)算、I/O刷新和外設(shè)端口服務(wù)。PLC的工作過程分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。PLC的工作方式及流程PLC起動(dòng)運(yùn)行方式PLC支持自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)三種起動(dòng)運(yùn)行方式。自動(dòng)方式下，系統(tǒng)按程序自動(dòng)動(dòng)作，無需人工干預(yù)；半自動(dòng)方式需要人工輔助；手動(dòng)方式用于調(diào)試和特殊情況。PLC的停運(yùn)方式PLC控制系統(tǒng)支持正常停運(yùn)、暫時(shí)停運(yùn)和緊急停運(yùn)。正常停運(yùn)按程序結(jié)束或接收停運(yùn)指令；暫停方式下，程序暫停執(zhí)行，輸出全關(guān)；緊急停運(yùn)用于重大事故或設(shè)備故障。PLC的起動(dòng)運(yùn)行與停止方式通訊方式有并行和串行兩種。并行通訊通過數(shù)據(jù)線、公共線和控制線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；串行通訊按傳送方向分為單工、半雙工和全雙工，按收發(fā)方式分為異步和同步。通訊方式計(jì)算機(jī)與PLC通訊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，計(jì)算機(jī)可讀取PLC數(shù)據(jù)、寫入PLC數(shù)據(jù)，PLC也可向計(jì)算機(jī)寫入數(shù)據(jù)，形成雙向通訊，確保信息準(zhǔn)確、快速傳遞。計(jì)算機(jī)與PLC通訊PLC的通訊04PLC的應(yīng)用《電機(jī)與電氣控制基礎(chǔ)》楊清德

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楊波主編PLC編程語言PLC編程語言多樣，包括順序功能圖、梯形圖、功能塊圖等，各具特色。梯形圖作為最常用的編程語言，由觸點(diǎn)、線圈和應(yīng)用指令等組成。軟元件軟元件是PLC中的編程元素，包括輸入與輸出繼電器、輔助繼電器M、狀態(tài)繼電器S、定時(shí)器T、計(jì)數(shù)器C、數(shù)據(jù)寄存器D和常數(shù)等，用于實(shí)現(xiàn)各種控制功能。GX_Works2簡介GX_Works2是一款功能強(qiáng)大的PLC編程軟件，提供了直觀的梯形圖編輯界面和靈活的轉(zhuǎn)換工具，支持程序的下載和調(diào)試，為工程師提供了便捷。梯形圖概述梯形圖是一種基于邏輯的行式編程語言，通過左右母線和邏輯行來組織條件和結(jié)果，用“END”標(biāo)記程序結(jié)束。設(shè)計(jì)梯形圖需遵循特定原則，確保邏輯正確性。PLC的軟件用PLC對(duì)繼電器控制電路技術(shù)改造改造原則：在進(jìn)行PLC技術(shù)改造時(shí)，通常無需更改控制面板按鈕、開關(guān)的功能、標(biāo)識(shí)和布局，以維持控制系統(tǒng)原有外觀，同時(shí)分析PLC控制系統(tǒng)時(shí)，可將其視為繼電器控制系統(tǒng)的控制箱。PLC接線圖：PLC外部硬件接線圖展示了控制箱外部接線，而梯形圖則代表控制箱內(nèi)部“線路”，其中輸入、輸出繼電器作為控制箱與外部電路的“接口”，將梯形圖輸入繼電器觸點(diǎn)視為外部輸入器件觸點(diǎn)。負(fù)載控制：出于安全和特定控制需求，某些設(shè)備的外部負(fù)載線圈可能同時(shí)受梯形圖邏輯和外部按鈕或開關(guān)觸點(diǎn)控制。在改造過程中，必須全面考慮這些因素，確保改造后的系統(tǒng)既能滿足控制要求。改造電路：PLC改造三相異步電動(dòng)機(jī)長動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)連續(xù)、正反轉(zhuǎn)控制電路，以及星形-三角形降壓起動(dòng)控制電路，包括手動(dòng)和自動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能和精確控制，提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。環(huán)境要求在使用PLC時(shí)，需要關(guān)注溫度、濕度、空氣成分、振動(dòng)及沖擊源等環(huán)境因素，確保工作環(huán)境良好，同時(shí)電源、強(qiáng)干擾源、強(qiáng)電磁場(chǎng)和強(qiáng)放射源等也需要得到妥善管理。安裝與布線在安裝PLC時(shí)，動(dòng)力線、控制線、電源線和I/O線應(yīng)分別配線，并采用雙膠線連接隔離變壓器與PLC和I/O；同時(shí)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源，如電焊機(jī)、大功率硅整流裝置等。PLC的使用05結(jié)論《電機(jī)與電氣控制基礎(chǔ)》楊清德

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楊波主編PLC技術(shù)推動(dòng)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)控制和優(yōu)化，提高了資源利用效率和環(huán)境友好性。產(chǎn)業(yè)升級(jí)PLC與其他自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行集成，如與機(jī)器人、傳感器和攝像頭的協(xié)同工作，形成了全面的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。系統(tǒng)集成01020304PLC在自動(dòng)化控制領(lǐng)域發(fā)揮著核心作用，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、電力、水處理等行業(yè)，顯著提升了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。自動(dòng)化控制PLC技術(shù)簡化了操作過程，降低了對(duì)人工的依賴，同時(shí)提供了直觀的操作界面和便捷的診斷工具，提升了用戶的體驗(yàn)和滿意度。用戶體驗(yàn)總結(jié)PLC的主要成就與應(yīng)用價(jià)值適應(yīng)性未來的PLC將具備更好的適應(yīng)性和靈活性，能靈活應(yīng)對(duì)各種變化和環(huán)境條件，如溫度、濕度、振動(dòng)等，保證穩(wěn)定的工作性能。智能化隨著AI技術(shù)的進(jìn)步，未來的PLC將具備更強(qiáng)的自主決策和優(yōu)化的能力，能通過機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析動(dòng)態(tài)調(diào)整控制策略。模塊化為滿足不同行業(yè)的多樣化需求，未來的PLC將設(shè)計(jì)得更加模塊化，允許用戶根據(jù)實(shí)際需求選擇并組合不同的功能模塊。網(wǎng)絡(luò)化隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來的PLC將更好地支持各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，與其他設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行無縫連接和通信。展望PLC的未來發(fā)展趨勢(shì)與方向選型與配置培訓(xùn)與認(rèn)證編程與維護(hù)安全與標(biāo)準(zhǔn)在選擇和配置PLC時(shí)，應(yīng)充分考慮實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景和需求，確保選型合理、配置優(yōu)化，以充分發(fā)揮PLC的性能和優(yōu)勢(shì)。重視相關(guān)人員的培訓(xùn)和認(rèn)證工作，提升