第1部分 PLC基本概念

教学要求1、了解可编程序控制器的由来及其特点2、熟悉PLC的应用领域3、重点掌握PLC发展趋势欧姆龙PLC外形图C200H系列PLCCPM1A、CPM2A系列PLC1969年时被称为可编程逻辑控制器，简称PLC(ProgrammableLogicController)。70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，称其为可编程控制器，简称PC(ProgrammableController)。但由于PC容易和个人计算机(PersonalComputer)相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。可编程控制器的名称演变（1987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，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，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，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器定义可编程控制器的产生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。编程控制器运行演示PLC，时间继电器，继电器，直流电源，两个直流电动机，按钮，若干导线。可编程控制器控制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。原理图主电路原理图PLC控制原理图原理图传统的继电接触控制原理图问题提出:传统的继电接触控制系统，只能改变某些硬件接线，才能完成上述的两种控制方式，而可编程控制器控制系统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，何况汽车生产流水线的控制系统？思考:可编程控制器的基本特点是什么?可编程控制器的基本特点1.灵活、通用-----PC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10万小时左右-----PC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PC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PC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PC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PC系统的生产控制功能和信息管理功能融为一体。可编程控制器的发展趋势开关量的逻辑控制----开关量的逻辑控制使PC的最基本控制功能。目前，PC首用的目标，就是用于开关量的控制。四、PC的应用领域？模拟量的闭环控制----PC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PC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PC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PC的强大的通信联网功能，把PC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。第二讲可编程控制器系统构成教学要求1、了解可编程序控制器的物理结构分类2、熟悉PLC的基本结构3、重点掌握存储器及PLC的I/O模块第二章可编程控制器的系统构成可编程控制器由哪几部分组成？可编程控制器怎样分类？可编程控制器由哪几部分组成？硬件软件存储器CPUI/O口编程器电源系统程序用户程序中央处理单元（CPU）(1)诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。(2)采集现场的状态或数据，并送入PLC的寄存器中。(3)逐条读取指令，完成各种运算和操作。(4)将处理结果送至输出端。(5)响应各种外部设备的工作请求。存储器（ROM/RAM）（1）系统程序存储器（ROM）用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据，PLC出厂前已将其固化在只读存储器ROM或PROM中，用户不能更改。（2）用户存储器（RAM）包括用户程序存储区和工作数据存储区。这类存储器一般由低功耗的CMOS-RAM构成，其中的存储内容可读出并更改。掉电会丢失存储的内容，一般用锂电池来保持。注意：PLC产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。可编程控制器输入端口电路开关量输入接口电路：采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。PLC的输入接口电路（直流输入型）可编程控制器输出接口电路开关量输出接口电路：采用光电耦合电路，将CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。有三种类型：第一:继电器输出型：为有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路。可编程控制器输出接口电路第二:晶闸管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载可编程控制器输出接口电路第三:晶体管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。可编程控制器模拟量接口电路（3）模拟量输入接口：把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合PLC内部处理的有若干位二进制数字表示的信号标准的模拟量信号：电流信号：4~20mA电压信号：0~10V（4）模拟量输出接口：将PLC运算处理的若干位数字量信号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制的要求信号（5）智能输入输出接口：自带CPU，由专门的处理能力，与主CPU配合共同完成控制任务，可减轻主CPU工作负担，又可提高系统的工作效率电源PLC的电源是指将外部输入的交流电处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备（传感器）提供标准电源。编程器编程器：专用的手持式、台式；电脑+编程软件。作用：编程，调试，监控。可编程控制器怎样分类？按硬件的结构类型分类:整体式、模块式、叠装式。按I/O点数的多少分类：小型PLC、中型PLC、大型PLC。第三讲PLC的工作原理和系统构成教学目标1、了解可编程序控制器与继电器及微型计算机控制系统的区别2、熟悉PLC的系统配置3、重点掌握PLC的工作原理可编程控制器是如何工作的？继电器控制系统：硬逻辑并行运行的方式计算机控制系统：采用等待命令的工作方式，如键盘扫描方式或I/O扫描方式可编程控制器控制系统：循环扫描工作方式，即系统工作任务管理及应用程序执行都是按循环扫描方式完成的可编程控制器工作原理开机内部处理通讯服务输入刷新程序执行输出刷新可编程控制器在开机后，完成内部处理、通信处理、输入刷新、程序执行、输出刷新五个工作阶段，称为一个扫描周期。完成一次扫描后，又重新执行上述过程，可编程控制器这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。信号传递过程(从输入到输出)输入端输入电路输入映像寄存器a.输入刷新阶段---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；I0.0I0.1b.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.紧接着的输出刷新阶段---将输出映像寄存器的状态写入输出锁存电路，再经输出电路传递输出端子，从而控制外接器件动作。I0.0Q0.0Q0.0Q0.1元件映像寄存器读写输出锁存器输出电路输出端Q0.0Q0.1读写扫描周期和I/O滞后时间I/O滞后时间又称为系统响应时间，是指可编程控制器外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的间隔。可编程控制器在运行工作状态时，执行一次扫描操作所需要的时间称为扫描周期。其典型值为1~100ms。I/O滞后现象的原因（1）输入滤波器有时间常数（2）输出继电器有机械滞后（3）PC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，也影响响应时间精品课件！精品课件！PLC输入输出响应时间说明:输入信号在第一个扫描周期的输入采样阶段之后才出现，故在第一个扫描周期内，各映像寄存器的均为“0”状态，使Y0、Y1、Y2输出端的状态为OFF（“0”）状态Q0.1Q0.0I0.0Q0.1Q0.0Q0.2输入信号I0.0Q0.1Q0.2Q0.0输入采样程序执行输出处理出现信号第一周期输入采样程序执行输出处理第二周期说明:在第二个扫描周期的输入采样阶段，输入继电器X0的状态为ON（“1”）状态，程序执行阶段，Y1、Y2依次接通，故Y1、Y2输出端的状态为ON（“1”）状态。输入采样程序执行输出处理第三周期说明:在第三个扫描周期的程序执行阶段，由于Ｙ１的接通使Ｙ０接通，可见从外部输入触点接通到Ｙ０驱动的负载接通，程序执行阶段，响应延迟达两个多扫描周期．