組態(tài)與plc實際應用

1、16.07.2020,1,周美蘭 周封 王岳宇 編著 2003.3,plc電氣控制與組態(tài)設計,16.07.2020,2,可編程序控制器問世于1969年。是美國汽車制造工業(yè)激烈競爭的結果。更新汽車型號必然要求加工生產(chǎn)線改變。正是從汽車制造業(yè)開始了對傳統(tǒng)繼電器控制的挑戰(zhàn)。1968年美國general motors公司，要求制造商為其裝配線提供一種新型的通用程序控制器，并提出10項招標指標。這就是著名的gm 10條。,第一章 可編程控制器的基本知識,第一節(jié) 可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展,一、可編程控制器的產(chǎn)生,16.07.2020,3,編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序； 可靠性高于繼電器控制柜； 體積小于繼電

2、器控制柜； 維護方便，最好是插件式； 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機； 在成本上可與繼電器控制柜競爭； 輸入可以是交流115v； 輸出為交流115v、2a以上，能直接驅動電磁閥等； 在擴展時，原系統(tǒng)只需很小變更； 用戶程序存貯器容量至少能擴展到4k。,gm10條是可編程序控制器出現(xiàn)的直接原因：,16.07.2020,4,可編程控制器的發(fā)展及定義 1969年，美國數(shù)據(jù)設備公司(dec)研制出世界上第一臺可編程控制器，并成功地應用在gm公司的生產(chǎn)線上。這一時期它主要用于順序控制，只能進行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱plc(programmable logic controller)。 70年

3、代后期，隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展，使plc從開關量的邏輯控制擴展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制領域，真正成為一種電子計算機工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡稱pc(programmable controller)。但由于pc容易和個人計算機 (personal computer)相混淆，故人們仍習慣地用plc作為可編程控制器的縮寫。,16.07.2020,5,1985年1月國際電工委員會的定義： “可編程序控制器是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和

4、輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充的原則設計”。,16.07.2020,6,plc與傳統(tǒng)的繼電器邏輯相比 可靠性高、邏輯功能強、體積小。 在需要大量中間繼電器、時間繼電器及計數(shù)繼電器的場合，plc 無需增加硬設備。 隨著要求的變更plc對程序修改方便。繼電器線路要想改變控制功能，必須變更硬接線，靈活性差。 具有網(wǎng)絡通訊功能，可附加高性能模塊對模擬量進行處理，實現(xiàn)各種復雜控制功能。,16.07.2020,7,plc與工業(yè)控制計算機相比 plc繼承了繼電器系統(tǒng)的基本格式和習慣，對于有繼電器系統(tǒng)方面知識和經(jīng)驗的人來說，尤其是

5、現(xiàn)場的技術人員，學習起來十分方便。 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。工業(yè)控制機是由通用計算機推廣應用發(fā)展起來的，一般由微機廠、芯片及板卡制造廠開發(fā)生產(chǎn)。它在硬件結構方面的突出優(yōu)點是總線標準化程度高，產(chǎn)品兼容性強。 plc的運行方式與工業(yè)控制機不同，微機的許多軟件不能直接使用。工業(yè)控制機可使用通用微機的各種編程語言，對要求快速、實時性強、模型復雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但它要求使用者具有一定的計算機專業(yè)知識。,16.07.2020,8,plc和工業(yè)控制機都是專為工業(yè)現(xiàn)場應用環(huán)境而設計的。 都具有很高的可靠性。 plc一般具有模塊結構，可以針對不同的對象進行組合和

6、擴展。,16.07.2020,9,第二節(jié) 可編程控制器的基本結構 plc的系統(tǒng)結構,16.07.2020,10,plc各部分的作用 cpu 診斷plc電源、內部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤。 采集現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送人plc的寄存器中。 逐條讀取指令，完成各種運算和操作。 將處理結果送至輸出端。 響應各種外部設備的工作請求。,16.07.2020,11,plc各部分的作用 存儲器 系統(tǒng)程序存儲器：用以存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及系統(tǒng)內部數(shù)據(jù)。plc出廠前已將其固化在只讀存儲器rom或prom中，用戶不能更改。 用戶存儲器：包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。這類存儲器一般由低功耗的c

7、mos-ram構成，其中的存儲內容可讀出并更改。 注意： plc產(chǎn)品手冊中給出的“存儲器類型”和“程序容量”是針對用戶程序存儲器而言的。,16.07.2020,12,plc各部分的作用 輸入輸出接口電路 輸入接口電路：采用光電耦合電路，將限位開關、手動開關、編碼器等現(xiàn)場輸入設備的控制信號轉換成cpu所能接受和處理的數(shù)字信號。,plc的輸入接口電路（直流輸入型）,16.07.2020,13,plc各部分的作用 輸出接口電路：采用光電耦合電路，將cpu處理過的信號轉換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅動接觸器、電磁閥等外部設備的通斷電。有三種類型：,繼電器輸出型,繼電器輸出型：為有觸點輸出方式，用于接

8、通或斷開開關頻率較低的直流負載或交流負載回路。,16.07.2020,14,（b） 晶閘管輸出型,（c） 晶體管輸出型 （npn集電極開路）,（d） 晶體管輸出型 （pnp集電極開路）,晶體管輸出型：為無觸點輸出方式，用于接通或斷開開關頻率較高的直流電源負載。,晶閘管輸出型：為無觸點輸出方式，用于接通或斷開開關頻率較高的交流電源負載。,16.07.2020,15,電源 plc的電源是指將外部輸入的交流電處理后轉換成滿足plc的cpu、存儲器、輸人輸出接口等內部電路工作需要的直流電源電路或電源模塊。許多plc的直流電源采用直流開關穩(wěn)壓電源，不僅可提供多路獨立的電壓供內部電路使用，而且還可為輸入設

9、備提供標準電源。,16.07.2020,16,手持編程器 手持編程器采用助記符語言編程，具有編輯、檢索、修改程序、進行系統(tǒng)設置、內存監(jiān)控等功能。可一機多用，具有使用方便、價格低廉的特點。 缺點：不夠直觀 可通過plc的rs232外設通訊口(或rs422口配以適配器)與計算機聯(lián)機，利用專用工具軟件（npstgr、fpsoft、fpwingr）對plc進行編程和監(jiān)控。利用計算機進行編程和監(jiān)控比手持編程工具更加直觀和方便。,16.07.2020,17,輸入輸出i0擴展接口 若主機單元的io點數(shù)不能滿足需要時，可通過此接口用扁平電纜線將io擴展單元與主機相連，以增加io點數(shù)。plc的最大擴展能力主要受

10、cpu尋址能力和主機驅動能力的限制。,16.07.2020,18,第三節(jié) 可編程控制器的原理及 技術性能 plc的基本工作原理 微機：等待命令的工作方式 plc：循環(huán)掃描的工作方式 cpu從第一條指令開始按指令步序號作周期性的循環(huán)掃描，如果無跳轉指令,則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結束符后又返回第一條指令，周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。,16.07.2020,19,一個掃描周期主要分為三個階段： 輸入刷新階段 程序執(zhí)行階段 輸出刷新階段,plc的掃描工作過程,16.07.2020,20,plc的基本工作原理 由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進行的，所以

11、亦將這兩個階段統(tǒng)稱為io刷新階段。實際上，除了執(zhí)行程序和io刷新外，plc還要進行各種錯誤檢測(自診斷功能)并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱為“監(jiān)視服務”。一般在程序執(zhí)行后進行。 掃描周期的長短主要取決于程序的長短。 由于每一個掃描周期只進行一次i0刷新，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象。這對于一般的開關量控制系統(tǒng)不但不會造成影響，反而可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。但對于控制時間要求較嚴格、響應速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應滯后。,16.07.2020,21,plc的主要技術指標 輸入輸出點數(shù)（i/o點數(shù)） 內存容量 注意： “內存容量”實際

12、是指用戶程序容量，不包括系統(tǒng)程序存儲器的容量。 掃描速度 (單位：msk或s/步。 ) 指令條數(shù) 內部繼電器和寄存器數(shù)目 編程語言及編程手段 高級模塊 主控模塊可實現(xiàn)基本控制功能，高級模塊可實現(xiàn)一些特殊的專門功能。如ad和da轉換模塊等 。,16.07.2020,22,plc的內存分配及io點數(shù) i0繼電器區(qū)： i0區(qū)的寄存器可直接與plc外部的輸入、輸出端子傳遞信息，具有“繼電器”的功能，有自己的“線圈”和“觸點”。故常稱為“i0繼電器區(qū)”。 內部通用繼電器區(qū)：只能在plc內部使用，其作用與中間繼電器相似，在程序控制中可存放中間變量。 數(shù)據(jù)寄存器區(qū) ：只能按字使用，不能按位使用。一般只用來存

13、放各種數(shù)據(jù)。 特殊繼電器、寄存器區(qū) ：被系統(tǒng)內部占用，專門用于某些特殊目的，一般不能由用戶任意占用。 系統(tǒng)寄存器區(qū)：用來存放各種重要信息和參數(shù)。通過用戶程序，不能讀取和修改系統(tǒng)寄存器的內容。,16.07.2020,23,第四節(jié) plc的分類及功能 plc的分類 按結構形式分類 整體式 模塊式 按功能分類 低檔機 中檔機 高檔機,3. 按io點數(shù)和程序容量分類,16.07.2020,24,plc的主要功能 條件控制功能 定時計數(shù)控制功能 數(shù)據(jù)處理功能 步進控制功能 ad與da轉換功能 運動控制功能 過程控制功能 擴展功能 遠程i0功能 通信聯(lián)網(wǎng)功能 監(jiān)控功能,16.07.2020,25,第五節(jié)

14、plc的特點、應用場合和發(fā)展趨勢 plc的主要特點 可靠性高、抗干擾能力強。主要有以下幾個方面： 隔離(采用光電耦合器 ) 濾波 對plc的內部電源采取了屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施。 設置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷、watchdog等電路。 利用系統(tǒng)軟件定期進行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測。 對用戶程序及動態(tài)工作數(shù)據(jù)進行電池備份。 采用密封、防塵、抗振的外殼封裝結構。 以集成電路為基本元件，內部處理過程不依賴于機械觸點。采用循環(huán)掃描的工作方式，也提高了抗干擾能力。,16.07.2020,26,可實現(xiàn)三電一體化 將電控(邏輯控制)、電儀(過程控制)和電結(運動控制)集于一體，可以方便、靈活地組

15、合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)。 編程簡單、使用方便、柔性好 體積小、重量輕、功耗低,16.07.2020,27,plc的應用場合 邏輯控制 ：可取代傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)和順序控制器。如各種機床、自動電梯、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線、運輸和檢測等的控制。 運動控制 ：可用于精密金屬切削機床、機械手、機器人等設備的控制。 過程控制 ：通過配用ad、da轉換模塊及智能pid模塊實現(xiàn)對生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量進行閉環(huán)調節(jié)控制。 數(shù)據(jù)處理 多級控制 ：利用plc的網(wǎng)絡通信功能模塊及遠程io控制模塊實現(xiàn)多臺plc之間、plc與上位計算機的鏈接，以完成較大規(guī)模的復雜控制。,16.07.

16、2020,28,可編程控制器的發(fā)展趨勢 在系統(tǒng)構成規(guī)模上向大、小兩個方向發(fā)展； 功能不斷增強，各種應用模塊不斷推出 ； 產(chǎn)品更加規(guī)范化、標準化 。,16.07.2020,29,第六節(jié) plc的幾種編程語言 不采用微機的編程語言，采用梯形圖語言、指令助記符語言、控制系統(tǒng)流程圖語言、布爾代數(shù)語言等。其中梯形圖、指令助記符語言最為常用。 plc的設計和生產(chǎn)至今尚無國際統(tǒng)一標準，不同廠家所用語言和符號也不盡相同。但它們的梯形圖語言的基本結構和功能是大同小異的。,16.07.2020,30,梯形圖語言 梯形圖是在原繼電器接觸器控制系統(tǒng)的繼電器梯形圖基礎上演變而來的一種圖形語言。它是目前用得最多的plc編程語言。 注意：梯形圖表示的并不是一個實際電路而只是一個控制程序，其間的連線表示的是它們之間的邏輯關系，即所謂“軟接線”。 常開觸點 ：