PLC第1-2章教程

可编程控制器原理及应用EXIT三菱FX系列第1章概述主要内容可编程控制器的产生及定义可编程控制器的特点可编程控制器的分类可编程控制器的技术性能指标可编程控制器的发展EXIT什么是可编程控制器？传统的继电器控制系统EXIT输入单元（开关、传感器等）输出单元（控制对象）（声光、电机等）控制单元（继电器、接触器等）可编程控制系统输入单元（开关、传感器等）输出单元（控制对象）（声光、电机等）控制单元（可编程控制器）【例子】电动机的顺序启动方式一：按下启动按钮，由可编程控制器控制电动机M1，M2先后启动运行，按下停止按钮，两个电动机停止工作。方式二：按下启动按钮，由可编程控制器控制电动机M2，M1先后启动运行，按下停止按钮，两个电动机停止工作。EXIT主电路原理图继电接触器控制原理图可编程控制器电气原理图EXIT传统的继电接触器线路控制电动机的顺序启动与PLC控制系统的比较继电接触器线路按照如上的两种方式对电动机进行控制，只能改变某些硬件接线。可编程控制器可在不改变硬件接线的情况下，通过修改程序而实现控制顺序的变化。控制两个电动机的顺序运行，控制复杂程度不高，如用继电接触控制系统已够费时的了，何况复杂的控制系统？EXIT1.1可编程控制器的产生和定义*20世纪20年代以来，继电器控制曾一度占据工业控制领域的主导地位。*继电器控制系统的弱点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差，等。尤其是可靠性差、不具有通用性、灵活性。*1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM）拟定了十项公开招标的技术要求*1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程控制器（PDP-14型）1.1.1可编程控制器的产生EXIT十项技术要求1.编程简单方便，可在现场修改程序；2.硬件维护方便，最好是插件式结构；3.可靠性要高于继电器控制装置；4.体积小于继电器控制装置;5.可将数据直接送入管理计算机；6.成本上可与继电器柜竞争；7.输入可以是交流115V；8.输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀；9.扩展时，原有系统只需做很小的改动；10.用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。EXIT核心思想用计算机代替继电器控制盘用程序代替硬接线输入/输出电平可与外部设备直接相连结构易扩展EXIT1.1.2可编程控制器的定义可编程控制器（ProgrammableController）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是将计算机技术应用于工业控制领域的新产品。早期的可编程控制器主要用来代替继电器实现逻辑控制，因此称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC。随着技术发展，现代可编程控制器的功能已经超过了逻辑控制的范围。PLC实质上是一种工业控制计算机EXIT1985年1月国际电工委员会的定义：“可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，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，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充的原则设计”。EXIT可靠性高，抗干扰能力强采用LSI（大规模集成电路)，开关是无触点的，而硬继电器用的是机械触点开关，可靠程度无法比拟。软硬件抗干扰措施：硬件：器件筛选和老化。电路采用光电隔离器，隔断I/O电路与内部电路的直流通路，抑制外部干扰源的影响。电源采取屏蔽、稳压、保护等措施。设置“看门狗”（watchdog）电路，能把走飞程序拉回来（自动恢复）。结构上采用耐热、密封、防潮、防尘和抗振的外壳封装,适应恶劣工业环境。软件：数字滤波、故障检测与诊断，自动扫描，出错自动处理(报警、保护数据和封锁输出)。采用EEPROM（电擦除可编程只读存储器）保护断电后用户程序和数据不会丢失。采用循环扫描的方式。1.2PLC的特点EXIT编程简单、直观、易学从清晰直观的继电器控制线路演化过来的梯形图程序易学易懂，易修改，深受电气工作人员的欢迎。适应性好，使用方便生产工艺或设备改变时，不必改变硬设备，只需改变相应的软件就可满足新的控制要求。产品已标准化、系列化和模块化，以适应不同的控制要求。功能完善，接口功能强除基本单元外，还可选配各种特殊适配器，满足不同的需要，如数字量/模拟量输入输出，定时计数，A/D与D／A转换，数据处理，通信联网等功能。1.2PLC的特点EXIT安装简单、调试方便、维护工作量小安装方便：具有DIN标准导轨安装用卡扣。连接方便：具有输入/输出端子排，只要用螺丝刀就可以与不同的控制设备连接。调试方便：输入信号可用开关来模拟，输出信号可观察面板发光二极管。维护方便：完善的自诊断功能和运行故障指示装置。体积小、能耗低产品结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低。如FX1S－20MT型PLC：外形尺寸：75mm×90mm×87mm，重量：400g，功耗：20W。这种迷你型PLC很容易嵌入机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.2PLC的特点EXITPLC与传统的继电器逻辑相比EXIT1.可靠性高、逻辑功能强、体积小。2.在需要大量中间继电器、时间继电器及计数继电器的场合，PLC无需增加硬设备。3.随着要求的变更PLC对程序修改方便。继电器线路要想改变控制功能，必须变更硬接线，灵活性差。4.具有网络通讯功能，可附加高性能模块对模拟量进行处理，实现各种复杂控制功能。PLC与工业控制计算机相比EXIT1.PLC继承了继电器系统的基本格式和习惯，对于有继电器系统方面知识和经验的人来说，尤其是现场的技术人员，学习起来十分方便。2.PLC一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，各厂家的产品不通用。工业控制机是由通用计算机推广应用发展起来的，一般由微机厂、芯片及板卡制造厂开发生产。它在硬件结构方面的突出优点是总线标准化程度高，产品兼容性强。3.PLC的运行方式与工业控制机不同，微机的许多软件不能直接使用。工业控制机可使用通用微机的各种编程语言，对要求快速、实时性强、模型复杂的工业对象的控制占有优势。4.PLC和工业控制机都是专为工业现场应用环境而设计的。都具有很高的可靠性。5.PLC一般具有模块结构，可以针对不同的对象进行组合和扩展。PLC与集散型控制系统的比较EXIT可编程控制器与集散型控制系统DCS(DistributionControlSystem)都是应用于工业现场的自动控制设备，都可完成工业生产中的控制任务。两者的区别：发展基础不同发展方向不同由微型计算机为主构成的集散型控制系统将被PLC构成的集散型控制系统取而代之.1.3PLC的分类EXIT1.3PLC的分类1.按I/O点数容量分类EXIT微型PLC：I/O点数小于32超小型PLC：I/O点数在32～128之间小型PLC：I/O点数在128～256之间中型PLC：I/O点数在256～1024之间大型PLC：I/O点数在1024～4000之间超大型PLC：I/O点数大于4000整体式模块式特点电源,CPU,I/O集中在一个机箱内由机架和各种模块组成优点结构紧凑,价格低,体积小配置灵活,装配方便,便于扩展维修2.按结构形式分类EXIT整体式模块式PowerinaSmallPackage!!电源模块CPU模块IO模块底板EXIT3.按功能分类EXIT低挡PLC：以逻辑控制为主，适用于开关控制场合。中档PLC：兼有开关量和模拟量控制，适用于小型连续生产过程的复杂逻辑控制和闭环调节控制。高档PLC：可与其他PLC、上位计算机构成分布式生产过程综合控制管理系统。PLC的技术性能指标EXIT1.I/O点数指PLC输入信号和输出信号的数量,也就是输入、输出的端子数总和。I/O总点数是描述PLC性能的重要指标。2.内存容量指用户程序存储器的容量,即用户RAM的存储容量。3.扫描速度指PLC执行一步指令所需的时间，用μs/步为单位。PLC的技术性能指标EXIT4.内部寄存器PLC内部寄存器用以存放输入/输出变量的状态、逻辑运算的中间结果、定时器/计数器的数据。内部寄存器的种类多少、容量大小,将影响到用户编程的效率。5.编程语言与指令系统有梯形图、助词符、SFC（SequentialFunctionChart）以及高级语言等。在PLC的指令系统中,包含的指令种类越多,其功能就越强。6.特殊功能模块PLC除了基本单元外,还可选配各种特殊功能模块。特殊功能模块的种类多少、功能强弱是衡量PLC技术水平高低的一个重要指标。PLC的发展历程EXITPLC的发展历程EXITPLC的发展趋势1、在系统构成规模上向大、小两个方向发展；2、功能不断增强，各种应用模块不断推出；3、产品更加规范化、标准化。EXITPLC著名品牌美国A－B公司（Allen－Bradley）德国西门子公司（Siemens）美国GE－Fanuc公司美国的莫迪康（Modicon）和法国的TE电器公司日本欧姆公司（OMRON）日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI）日本富士电机株式会社（FujiElectric）日本东芝公司（TOSHIBA）日本的光洋电子（KOYO）和中国的华光电子(CKE）日本松下电工株式会社（MEW）：MatsushitaElectricWorksLtdEXIT传送带生产线控制灌装及包装机械木材加工电梯控制空调控制纺织机械印刷机械EXIT第2章可编程控制器基本组成及工作原理主要内容可编程控制器的基本组成可编程控制器的工作原理EXIT2.1PLC的基本组成EXIT硬件+软件PLC的实质就是工业控制计算机，属于过程控制计算机的一个分支。可编程控制器的主机由中央微处理器(CPU)、存储器(RAM、EPROM、E2PROM)、输入/输出(INPUT/OUTPUT)模块、外设I/O接口、I/O通道接口、编程器及电源部分等组成。对于整体式PLC主要部件都在同一机壳内，对于PLC为模块式的机型，各功能单元可独立封装，构成模块，各模块通过框架或连接电缆组合在一起。编程器是可编程控制器的外围设备。PLC的硬件结构编程器或其他编程设备SBSQSAHLYVKM微处理器存储器输入单元输出单元电源EXIT2.1.1中央处理器（CPU）EXITCPU由控制器和运算器组成主要任务：(1)诊断功能：诊断PLC电源、内部工作电路的工作状态和所存储的用户程序中的语法错误。(2)接收并存储用户程序。(3)以扫描方式接收现场输入装置输入的状态或数据，并存入相应的数据存储区。(4)执行监控程序和用户程序，完成数据和信息的逻辑运算，产生相应的控制信号，完成用户指令规定的各种操作。(5)响应各种外部设备(如编程器、上位机、打印机等)的工作请求可编程控制器采用的CPUEXIT通用微处理器单片机芯片位片式微处理器小型PLC大多采用8位微处理器或单片机作为CPU中型PLC大多采用16位微处理器或单片机作为CPU大型PLC大多采用位片式微处理器有些大中型PLC采用了冗余技术，即采用双CPU或三CPU工作方式，进一步提高了系统的可靠性。采用冗余技术的PLC平均无故障工作时间可达几十万小时以上2.1.2存储器系统程序存储器用户程序存储器存储器1．系统程序存储器存放：监控程序用户指令解释标准程序模块系统调用管理程序系统参数系统程序关系到PLC的性能，不能由用户访问和修改。EXIT2．用户程序存储器用户程序区数据区系统区用户程序存储器用户程序工作数据系统参数系统参数（CPU组态数据）：*输入输出组态*功能的设置EXIT2.1.3输入/输出接口PLC的CPU与现场I/O装置或其他外部设备之间连接的接口部件编程器或其他编程设备SBSQSAHLYVKM微处理器存储器输入单元输出单元电源电平转换功率放大光电耦合电平转换光电耦合EXI