plc基本原理教程

1可编程逻辑控制器（PLC）介绍•FEDepartment:•JoyWang瑞中電子2课程主要内容•可编程序控制器的基础知识•三菱PLC指令系统•PLC控制系统设计•三菱PLC及编程工具简介3第一部分.关于PLC的几个基本问题一、PLC是什么？二、PLC由来和发展？三、PLC有何独特之处？四、PLC的应用领域？4一、PLC是什么？•可编程序控制器定义ProgrammableLogicalController(1985年，国际电工委员会)可编程序控制器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。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。•PC、PLC、个人计算机、工业PC的区别？5PC、PLC、个人计算机、工业PC的区别？•继电器控制系统的明显缺点：体积大，可靠性低，查找故障困难，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成系统，所以接线复杂，对生产工艺变化的适应性差。•继电器控制系统的优点：简单易懂、操作方便、价格便宜•计算机系统的优点：功能完备、灵活性、通用性好6二、PLC由来和发展•1968年，美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司（GM公司）提出设想。•1969年，美国数字设备公司研制出了世界上第一台PC，型号为PDP-14。•第一代：从第一台可编程控制器诞生到70年代初期。其特点是：CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器；•第二代：70年代初期到70年代末期。其特点是：CPU采用微处理器，存储器采用EPROM；•第三代：70年代末期到80年代中期。其特点是：CPU采用8位和16位微处理器，有些还采用多微处理器结构，存储器采用EPROM、EAROM、CMOSRAM等；•第四代：80年代中期到90年代中期。PC全面使用8位、16位微处理芯片的位片式芯片，处理速度也达到1us/步；•第五代：90年代中期至今。PC使用16位和32位的微处理器芯片，有的已使用RISC芯片。7二、PLC由来和发展•1．向高速度、大存储容量方向发展CPU处理速度进一步加快==》使用64bitRISC芯片，多CPU并行、分时、分任务处理，这样可使速度达到ns级。大中型PLC的扫描速度可达0.2ms/K步左右。例如:GE公司90系列331、771等为0.4ms／K步，欧姆龙公司C1000H、C2000H为0.4ms／K步，三菱公司A3N、A3H为0.2ms／K步，A3A高达0.15ms／K步，8二、PLC由来和发展•1．向高速度、大存储容量方向发展CPU处理速度进一步加快存储容量进一步扩大目前大型PLC是几百K字节，最高可达几兆字节例如:A-B公司PLC-3的程序存储容量为2M字节，西门子公司的S5-155U为2M字节9二、PLC由来和发展•1．向高速度、大存储容量方向发展CPU处理速度进一步加快存储容量进一步扩大•2．控制系统将分散化分散控制、集中管理的原则。•3．可靠性进一步提高随着PLC进入过程控制领域，对可靠性的要求进一步提高。硬件冗余的容错技术将进一步应用。•4．控制与管理功能一体化PLC将广泛采用计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使PLC系统的生产控制功能和信息管理功能融为一体。10三、PLC有何独特之处？1.灵活、通用-----PLC是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的，如果控制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。2.可靠性高、抗干扰能力强平均无故障时间一般可达3～5万小时-----PLC采用的是微电子技术，大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的，因此不会出现继电器控制系统中的接线老化、脱焊、触点电弧等现象。-----PC还采取了以下主要措施来提高其可靠性。1)硬件措施：对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，均采用严格措施进行屏蔽，以防外界干扰；2)软件措施监控程序定期地监测外界环境；死循环报警；停电时利用后备电池供电。“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”3.编程简单、使用方便-----用微机实现控制，使用的是汇编语言，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。而PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。4.接线简单5.功能强6.体积小,重量轻,易于实现机电一体化——————————————11开关量的逻辑控制----开关量的逻辑控制使PC的最基本控制功能。目前，PLC首用的目标，就是用于开关量的控制。四、PLC的应用领域？模拟量的闭环控制----PLC具有A/D、D/A转换及算术运算等功能，因此可以实现模拟量控制。数字量的智能控制----利用PLC能接受和输出高速脉冲的功能，在配备了相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺服装置（如环型分配器、功放、步进电机）就能实现数字量的智能控制。数据采集与监控----利用PLC自检信号多的特点实现自诊断的式的监控，减少系统的故障，提高累计平均无故障运行时间，同时可减低故障修复时间，提高系统的可靠性。通信、联网及集散控制----利用PLC的强大的通信联网功能，把PLC分布到控制现场，并实现各站间的通信，上、下层间的通信，达到分散控制、集中管理，即构成了现在的PCS系统。12PLC应用的典型例子电梯数控机床厂矿控制路口红绿灯四、PLC的应用领域？13第二部分.PLC的控制原理•采用继电器控制•采用PLC控制•PLC的控制原理141.采用继电器控制控制功能如下：按下启动按钮SB1，电机M1开始运转，过10秒钟后，电机M2开始运转；按下停止按钮SB2，电机M1、M2同时停止运转。152.采用PLC控制·外部接線圖163.PLC的控制等效电路图17a)当按下SB1时，输入继电器X000的线圈通电，X000的常开触点闭合，使输出继电器Y000的线圈得电，Y000对应的硬输出触点闭合，KM1得电M1开始运转，同时Y000的一个常开触点闭合并自锁。4.PLC的控制原理简述b)时间继电器T0的线圈通电开始延时，10秒后T0的常开触点闭合，输出继电器Y001的线圈得电，Y001对应的硬输出触点闭合，KM2得电M2开始运转。c)当按下SB2时，输入继电器X001的线圈通电，X001得常開觸點閉合，程式內常閉觸點斷開，T0的线圈断电，Y001的线圈也断电。Y000、Y001两个硬输出触点随之断开，KM1、KM2断电，M1、M2停转。18省配线端子台QY42TROT（晶体管）19省配线端子台DY32RT-ST（继电器）20第三部分.PLC的基本组成与各部分的作用I.PLC的基本组成------按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类•整体式PLC•组合式PLC211.整体式PLC的组成示意图222.组合式PLC的组成示意图23II.各部分的作用1．中央处理单（CPU）2．存储器3.I/O单元4.智能单元5．电源6．扩展口7.编程工具8．其它外部设备24•中央处理单元功能：•接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；•诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误；•用扫描的方式接收输入信号，送入PLC的数据寄存器保存起来；•PLC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作；•将用户程序的执行结果送至输出端。25•中央处理单元现代PLC使用的CPU主要有以下几种：•通用微处理器，如8080、6800、Z80A、8086等。通用微处理器的价格便宜，通用性强。•单片机，如8051等。单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好，很适合在小型PLC上使用，也广泛地用于PLC的智能I/O模块。•位片式微处理器，如AMD2900系列等。位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。它主要追求运算速度快，它以4位为一片。用几个位片级联，可以组成任意字长的微处理器。26•存储器•根据存储器在系统中的作用，可以把它们分为以下3种:a)系统程序存储器b)用户程序存储器c)工作数据存储器27•I/O单元常用的I/O单元•开关量输入单元（1）直流输入单元（2）交流输入单元•开关量输出单元（1）晶体管输出单元（2）双向晶闸管输出单元（3）继电器输出单元，28（1）直流输入电路29（2）交流输入电路30（1）晶体管输出电路无触点输出方式，适用于高频小功率直流负载31（2）双向晶闸管输出电路无触点输出方式，适用于高速大功率交流负载32（3）继电器输出电路有触点输出方式，适用于低频大功率直流或交流负载33----智能单元本身是一个独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器，及与外界过程相连的接口。•智能单元•目前已开发的常用的智能单元有：A/D单元、D/A单元、高速计数单元、位置控制单元、PID控制单元、温度控制单元和各种通信单元等。34•编程工具-----主要用来编辑程序、调试程序和监控程序的执行，还可以在线测试PLC的内部状态和参数，与PLC进行人机对话。•专用编程器(1)简易编程器(2)图形编程器•计算机辅助编程35•其它外部设备（1）人机接口--又叫操作员接口，用来实现操作员和PLC之间的对话和交互作用。（2）外存储器（3）打印机（4）EPROM写入器36第四部分PLC的工作原理•PLC的循环扫描工作过程•PLC的I/O滞后现象•PLC对输入点计数的频率问题371.PLC的循环扫描工作过程I.PLC的工作过程（1）公共处理(硬件检查、异常报警)（2）输入信号处理（3）程序执行（4）输出信号处理（5）外设端口服务38图1.12II.信号传递过程(从输入到输出)a.I/O刷新阶段---CPU从输入电路的输出端读出各路状态，并将其写入输入映像寄存器；b.程序执行阶段--CPU从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出各继电器的状态，并根据此状态执行用户程序，执行结果再写入元件映像寄存器中；c.紧接着的下一个I/O刷新阶段---将输出映像寄存器的状态写入输出锁存电路，再经输出电路传递到输出端子，从而控制外接器件动作。39III.死循环自诊断功能•PLC内部设置了一个监视定时器WDT,其定时时间可由用户设置为大于用户程序的扫描周期，PLC在每个扫描周期的公共处理阶段将监视定时器复位。•正常情况下，监视定时器不会动作，如果由于CPU内部故障使程序执行进入死循环，那么，扫描周期超过监视定时器的定时时间时，监视定时器动作，运行停止，以示用户40扫描时间41扫描时间数据的存储422.PLC的响应延时a.响应延时现象的原因（1）输入滤波器有时间常数（2）输出继电器有机械滞后（3）PLC循环操作时，进行公共处理、I/O刷新和执行用户程序等产生扫描周期（4）程序语句的安排，也影响响应时间。43----从输入触点闭合到输出触点闭合有一段延迟时间，称为I/O响应时间(1)最小I/O响应时间(2)最大I/O响应时间•I/O响应时间44输入输出方式•直接方式•刷新方式控制方式取决于使用的CPU组件型号45直接方式46刷新方式•为了对部分输入/输出组件存储区以直接方式存取可使用SEG（部分刷新）指令47在直接方式下•对应的输入组件状态变化后，输出组件的状态变化最多延时一个扫描时间48在刷新方式下•对应的输入组件状态变化后，输出组件的状态变化最多延时两个扫描时间49直接和刷新交替•输入与输出均在直接方式时50•输入为直接方式输出为刷新方式51•输入输出均在刷新方式523.PLC对输入点计数的频率问题PLC计数有两种方式:(1)高速计数--------在高速计数方式下，输入信号不经输入滤波器直接送到CPU，计数不受输入滤波器时间常数、扫描周期的影响，计数频率可以很高。53第五部分PLC的编程语言•梯形图•语句表541.梯形图----PLC的主要编程语言•PLC梯形图在形式上类似于继电器控制梯形图552.语句表---一种与汇编语言类似的助记符编程表达式•语句表使用的助记符LD00000OR01000•PLC的语句：操作码+操作数5657第六部分各种软元件58输入X输出Y59输入X60输出Y61内