青岛大学OMRON CPM1A PLC教程

1PLC的产生与发展PLC的基本组成PLC的主要特点PLC的编程语言PLC的工作方式PLC的性能指标23PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计的工业控制装置。4PLC的产生与发展第一代：从第一台PLC诞生到上个世纪70年代初。第二代：70年代初至70年代末。●CPU使用中小规模集成电路，采用磁芯存储器。●CPU使用微处理器，采用半导体存储器EPROM。●可靠性较差，略强于继电器控制。●机种单一，没形成系列。●有了计算机接口和模拟量控制功能。●可靠性提高。●整机功能向系列化、标准化发展，并由专用向通用方向过渡。●功能简单（只有计数/定时功能）。●功能增强（增加逻辑/数据运算、数据处理、自诊断等功能）。5第三代：70年代末到80年代中期。●CPU使用8或16位微处理器甚至多微处理器，采用半导体存储器EPROM、CMOSRAM等。●增加浮点数运算，平方、三角函数等运算。●增加查表、列表功能。●自诊断及容错技术提高。●梯形图语言及语句表成熟。●小型PLC体积减小、可靠性提高、成本下降。●大型PLC向模块化、多功能方向发展。6第四代：80年代中期到90年代中期。第五代：90年代中期之后。●增加高速计数、中断、A/D、D/A、PID等功能。●处理速度进一步提高（1s/步）。●连网功能增强。●编程语言进一步完善，开发了编程软件。●CPU使用16位或32位微处理器。●PLC的I/O点增加，最多可达32K个I/O点。●处理速度进一步提高（1ns/步）。●PLC都可以与计算机通信。●具有强大的数值运算、函数运算、大批量数据处理的功能。●开发了大量的特殊功能模块。●编程软件功能更强大。●不断开发出功能强大可编程终端。7PLC及其控制系统的发展趋势PLC的性能对小型PLC对大中型PLC向着更大容量、更高速度、更多的功能、更高的可靠性、易于连络通信的方向发展。使之更利于对大规模、复杂系统的控制。向着体积更小、速度更高、功能增强、价格低廉的方向发展。使之更利于取代继电器控制。8★I/O模块将直接安装在现场，CPU与现场I/O通过数据通信实现控制，使系统控制更有效、可靠性更高；★进一步应用计算机的信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使系统的产生控制功能与信息管理功能一体化。PLC控制系统的性能★随着硬件冗余技术的应用，各种单元、甚至整个系统都可应用冗余技术，使系统具有更高的可靠性；9101.通用性和灵活性强；2.抗干扰能力强，可靠性高；3.编程语言简单易学；4.与外部设备的连线简单、使用方便；5.功能强、功能的扩展能力强；6.控制系统设计、调试周期短；7.体积小、重量轻、易于机电一体化；8.PLC控制系统的故障少、维修方便。1112整体式组合式PLC的基本分类小型机常采用整体式中、大型机常采用组合式13OMRON公司的整体式PLCC28P14CPM2A15CPM1A16CQM1OMRON公司的组合式PLC17C200HEOMRON公司的组合式PLC18CVM1底版OMRON公司的组合式PLC19输出设备输入设备I/O扩展单元特殊功能单元主机输出单元输入单元电源外设接口I/O扩展口存储器系统程序存储器CPU用户程序存储器盒式磁带机打印机EPROM写入器上位计算机PLC编程器可编程终端PT…整体式PLC的基本组成框图20组合式PLC的基本组成框图系统总线通信单元控制系统现场过程CPU单元输出单元编程器PLC或上位计算机……智能I/O单元输入单元21★输入并存储用户程序、显示输入内容和地址；CPU指挥PLC完成各种预定的功能★检查、校验用户程序，发现错误即报警；★执行用户程序、驱动外部输出设备动作；★诊断故障、记忆故障信息并报警。1.CPU单元22系统程序存储器——存储系统系统程序用户程序存储器——存储系统用户程序工作数据存储器——存储工作数据2.存储器23PLC与外部设备联系的桥梁开关量输入单元开关量输出单元直流输入单元交流输入单元晶体管输出单元晶闸管输出单元继电器输出单元3.输入/输出单元24直流输入电路COM+5VLEDSR3R1AR2C→→T内部电路滤波光电耦合外部开关输入点的状态显示输入点公共端25交流输入电路LED+5VA→→R2T～COMSCR1内部电路R3滤波光电耦合输入点的状态显示外部开关输入点26晶体管输出电路COMT2LED→→DFU+5V内部电路T1R1R2R3负载光电耦合输出点的状态显示公共端输出点27晶闸管输出电路COMLEDR2C→→TFU～内部电路R1负载光电耦合输出点的状态显示公共端输出点28继电器输出电路COMLEDJ～R内部电路负载输出点的状态显示继电器机械触点公共端输出点29PLC由开关式稳压电源为内部电路供电抗干扰性能好有的PLC能向外部提供24V的直流电源可作为输入单元连接的外部设备的电源开关电源输入电压范围宽体积小重量轻效率高4.电源单元30I/O扩展端口5.I/O扩展端口C28P31I/O扩展端口CPM1A的外设端口和I/O扩展端口32I/O扩展单元A/D转换单元I/O扩展端口可以连接的设备举例33CPM1A主机与I/O扩展器的连接主机I/O扩展器连接电缆34I/O扩展端口连接扩展器的示意图356.外设端口外设端口盒式磁带机打印机EPROM写入器上位计算机PLC可编程终端PT编程器…36编程器是对PLC进行操作的工具专用编程器在装有专用编程软件的计算机上编程简易编程器直插式、便携式计算机辅助编程图形编程器7.编程工具37显示屏工作方式选择开关编程位主机监控位运行位编程器38指令键数字键编辑键清除键39显示屏工作方式选择开关40CPM1A主机与编程器的连接41CPM1A主机与编程器的连接42计算机编程软件PLC专用电缆计算机编程软件PLC通信适配器RS-232电缆43智能单元本身是一个独立的系统CPU、系统程序、存储器、与外界相连的接口它们有自己的：对组合式PLC：智能单元是PLC系统的一个模块与CPU单元通过系统总线相连接在CPU单元的协调管理下独立地进行工作对整体式PLC：主机通过I/O扩展接口与智能单元连接8.智能单元4445PLC的编程语言逻辑功能图梯形图逻辑方程式语句表461.梯形图编程语言两种梯形图的继电器符号图对照物理继电器PLC继电器常开常闭触点线圈梯形图编程语言是一种图形语言47000000100001000PLC控制00001SB2KMKM继电器控制SB12.两种控制的梯形图比较线圈线圈常开触点常开触点常闭触点常闭触点48物理继电器继电器需硬接线连接触点个数有限PLC继电器继电器用程序软连接触点个数无限继电器的接线改变——控制功能改变PLC的用户程序改变——控制功能改变3.两种控制中继电器的区别49用PLC控制——外部接线不变，改变用户程序。用继电器控制——要改变控制电路的实际接线。KMQFUKHM3~SB1SB2KMKHKM继电器控制接线PLC控制外部接线输入设备PLC~SB1SB2KHKM输出设备欲改变控制功能：主电路相同例如50二、语句表编程语言用助记符表示指令的功能多条指令语句的组合构成了语句表程序指令语句是PLC用户程序的基础元素LD00000OR01000ANDNOT00001OUT0100000000010000100000001梯形图程序语句表程序5152一、PLC采用循环扫描工作方式扫描工作分为5个阶段公共处理阶段程序执行阶段扫描周期计算阶段I/O刷新阶段外设端口处理阶段53设置各异常继电器异常：(ERR/ALM)LED灯亮警告：(ERR/ALM)LED闪烁异常或警告？无有异常检查结果正常？扫描周期监视时间预置执行用户程序程序结束？(END命令？)NoYes扫描周期固定值设定检查有固定值设置？等待设定扫描周期到计算扫描周期I/O刷新正常异常警告接通电源初始化I/O外设端口服务初始化I/O、内部辅助、特殊辅助、辅助记忆继电器区域清零定时器预置识别扩展单元公共处理执行用户程序扫描周期计算处理刷新硬件、用户程序内存检查外设端口服务接通电源初始化硬件检查正常？异常报警异常处理扫描周期监视执行用户程序程序结束？扫描周期检查有固定设置？等待扫描周期计算I/O刷新外设端口服务异常公共处理执行用户程序扫描周期计算刷新端口服务5400002010000000100002010001.PLC扫描工作各环节的功能①PLC上电后，首先检查硬件是否正常。②按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。对输入的数据进行处理，将结果存入元件映象寄存器。③计算扫描周期。若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。母线④I/O刷新阶段。⑤外设端口服务。读输入点的状态并写入输入映像寄存器。将元件映像寄存器的状态经输出锁存器、输出电路送到输出点。访问外设端口连接的外部设备。55读读读写写执行用户程序I/O刷新I/O刷新I/O刷新I/O刷新2.PLC执行用户程序的过程0100101000000000000101000输入端子输入电路用户输入设备输入映像寄存器输出电路输出端子元件映像寄存器输出锁存器用户输出设备563.PLC控制的原理等效电路图SB1SB2ST公共端公共端输入部分输出端子输入端子用户程序输出部分主电路KMFUKHM3~Q~KM01000PLCCOM00000000000000100002≈0000001000000010000201000COM0000100002PLC~SB1SB2KMST00000000010000201000COMCOM57~KM线圈通电SB1闭合00000闭合接点闭合KMFUKHM3~QKM通电KM通电触点闭合电动机转触点闭合PLCCOM00000000000000100002≈0000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLC~SB1SB2KMST00000000010000201000COMCOM58~KM线圈断电00001断开接点断开KMFUKHM3~QKM通电KM断电触点断开电动停转触点断开PLCCOM00000000000000100002≈0000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLC~SB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMSB2闭合594.PLC执行用户程序的特点①按梯形图自左向右、自上而下逐次执行程序②执行程序时所需数据取自于：输入映像寄存器元件映像寄存器③输入映像寄存器和元件映像寄存器中的数据元件映像寄存器：在一个扫描周期中可读可写输入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变④每个扫描周期I/O刷新阶段集中读入/读出数据601.产生I/O滞后现象的原因二、PLC的I/O滞后现象（1）由于PLC采用循环扫描的工作方式。PLC只在每个扫描周期的I/O刷新阶段集中输入/输出，导致输出信号相对输入信号滞后。（2）输入滤波器对信号的延迟作用。滤波器时间常数越大，对输入信号的延迟作用越强。有的PLC其输入电路滤波器的时间常数可以调整。61——输出ON延时。（3）输出继电器的动作延迟（继电器输出型PLC）。从输出锁存器ON、到输出触点ON经历一定时间（4）用户程序的长短及语句编排。要求有较快响应的场合最好不要使用继电器输出型PLC。I/O滞后现象，对慢速控制系统影响不大。要求快速响应的场合，需要解决I/O速度问题。622.I/O响应时间的估算以20点的继电器输出型CPM1A为例。设输入ON延时为8毫秒公共处理和I/O刷新时间为2毫秒执行用户程序时间为14毫秒输出ON延时为15毫秒输入状态经过一个扫描周期后在输出得到响应——最小I/O响应时间输入状态经过两个扫描周期后在输出得到响应——最大I/O响应时间63最小I/O响应时间的计算最小I/O响应时间=输入ON延时+（公共处理+I/O刷新时间）+执行程序时间+输出ON延时=8+2+14+15=39ms输入触点输入滤波输出锁存输出触点刷新执行程序其他刷新执行程序其他扫描周期(Ts)扫描周期(Ts)输入ON延时输出ON延时I/O响应时间64输入ON延时最大