PLC基础知识培训1

Page:1/70PLC基础知识1.基本内容：PLC简介、基本功能、特点、应用范围、工作方式。2.重点：定义、基本功能、工作方式。Page:2/70第一节PLC基础知识一、PLC的产生与历史二、可编程控制器的定义三、PLC的特点四、PLC的基本功能Page:3/70一、PLC的产生与历史世界上第一台PLC1969年由美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GE）的要求研制成功。背景：1968年美国通用汽车公司（GE），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。Page:4/70近年来PLC发展迅速PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，已成为自动化工程的核心设备。PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。Page:5/70PLC三大流派•欧洲：德国的西门子(SIEMENS)、AEG及法国的TI公司•美国：A-B（Allen-Bradly）(其产品约占美国PLC市场50％的份额。•)、GE（GeneralElectric）、莫迪康(MODICON)公司、德州仪器(T1)公司、歌德(Gould)公司、西屋公司•日本：三菱电机（MitsubishiElectric）、欧姆龙（OMRON）、FUJI（日本主要发展中小型PLC，在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70％的份额。在中国，OMRON产品的销量居首位。）•目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品；现在市场上出现了系列化的国产PLC，其价格相对低廉，性价比较高。Page:6/70西门子PLC外形图S7-200系列PLCS7-300系列PLCS7-400系列PLCPage:7/70三菱PLC外形图Q系列PLCFX2N系列PLCFX1N系列PLCFX1S系列PLCPage:8/70欧姆龙PLC外形图C200H系列PLCCPM1A、CPM2A系列PLCPage:9/70PLC的国内外状况1974年我国开始仿制美国的第二代PLC产品，但因元器件质量和技术问题等原因未能推广。直到1977年，我国才研制出第一台具有实用价值的PLC，并开始批量生产和应用于工业过程的控制。主要厂家有：北京和利时，科迪纳，张前苏。洛阳易达，无锡信捷，南京嘉华，兰州全志，广州科赛恩，中山智达，恒日等。Page:10/70Page:11/70•通用性强，使用方便•功能强，适应面广•可靠性高，抗干扰能力强•控制程序可变具有很好的柔性•编程方法简单，容易掌握•PLC控制系统的设计、安装、调试和维修工作少.极为方便。控制程序变化方便.具有很好的柔性。•体积小、重量轻、功耗低二、PLC的特点Page:12/70三、PLC的基本功能1逻辑控制功能2定时控制功能3计数控制功能4步进控制功能5数据处理功能6回路控制功能7通讯联网功能8监控功能9停电记忆功能10故障诊断功能Page:13/70第二节PLC基本原理•2.1PLC内部硬件框图及各部分作用•2.2PLC工作过程特点及主要性能指标Page:14/702.1PLC内部硬件框图及各部分作用2.1.1PLC的组成PLC由四部分组成：中央处理单元（CPU板）、存储部件、输入输出（I/O）部件和电源部件。Page:15/70•PLC的基本组成与一般的微机系统类似：是一种以微处理器为核心的、用于控制的特殊计算机•PLC的基本组成包括硬件与软件两部分•PLC的硬件：中央处理器（CPU）、存储器、输入接口、输出接口、通信接口、电源等•PLC的软件：系统程序和用户程序Page:16/702.1.2PLC内部主要部件功能1.PLC中的CPU作用及分类CPU的作用：按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作。归纳起来主要有以下五个方面：1）接收并存储编程器或其它外设输入的用户程序或数据2）诊断电源、PLC内部电路故障和编程中的语法错误等3）接收并存储从输入单元（接口）得到现场输入状态或数据4）逐条读取并执行存储器中的用户程序，将运算结果存入存储器5）根据运算结果，更新有关标志位和输出内容，通过输出接口实现控制、制表打印或数据通讯等功能Page:17/70存储器的作用：PLC中，存储器主要用于系统程序、用户程序、数据存储器的类型：①可读/写操作的随机存储器RAM②只读存储器ROM、PROM、EPROM、E2PROM2.系统程序存贮器Page:18/70系统程序:系统程序，完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用、管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能。系统程序，由PLC的制造厂家编写的，在PLC使用过程中不会变动，它和PLC的硬件组成有关，它关系到PLC的性能。系统程序，由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改。2.1.3PLC的软件系统1系统程序；2用户程序；3编程语言Page:19/70◆用户程序:•用户程序是用户根据控制对象生产工艺及控制的要求而编制的应用程序。它是由PLC控制对象的要求而定的。•为便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。•为防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在EPROM中。•现在有许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。Page:20/70PLC的编程语言在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。程序的表达方式基本有四种：梯形图（Ladderdiagram）、指令表（STL－STatementList）、逻辑功能块（FBD－FunctionBlockDiagram）和高级语言。梯形图是当前使用最广泛的一种编程方法。除了的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。与、或、非、异与、异或，加减乘除、各种移位指令多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。Page:21/701.梯形图编程语言两种梯形图的继电器符号图对照梯形图（Ladderdiagram）编程语言是一种图形语言,类似于继电器控制线路图的一种编程语言，它面向控制过程，直观易懂，是PLC编程语言中应用最多的一种语言。物理继电器PLC继电器常开常闭触点线圈Page:22/70(1)名词解释——软继电器PC的继电器不是物理的电器，它是PC内部的寄存器位，因为它具有与物理继电器相似的功能，常称之为“软继电器”。PLC每一个继电器都对应着内部的一个寄存器位，该位为“1”态时，相当于继电器接通；为“0”态时，则相当于继电器断开。常闭触点线圈常开触点说明：Page:23/70000000100001000PLC控制00001SB2KMKM继电器控制SB1线圈线圈常开触点常开触点常闭触点常闭触点(2)两种控制的梯形图比较Page:24/70（3）顺序功能图顺序功能图常用来编制顺序控制程序，它包括步、动作、转换三个要素。顺序功能图法可以将一个复杂的控制过程分解为一些小的工作状态。对于这些小状态的功能依次处理后再把这些小状态依一定顺序控制要求连接成组合整体的控制程序。步1步2步3动作1动作2转换1转换2图顺序功能图Page:25/70ORANDSRS1Q1RI1I2I3I4I5Q1功能块图（4）功能块图功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方块左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入端、输出端的小圆点表示“非”运算，信号自左向右流动。类似于电路一样，方框被“导线”连接在一起。Page:26/70PLC基本指令编程举例振荡电路当输入X000接通时，输出Y000闪烁，接通与断开交替运行，接通时间为1s由定时器T0设定，断开时间为2s由定时器T1设定。保持电路当X000接通一下，辅助继电器M500接通并保持，Y000有输出。停电后再通电，Y000仍有输出，只有X001接通，其常闭触点断开，才能使M500自保持清除，使Y000无输出。Page:27/702.2可编程控制器工作过程特点及主要性能指标当PLC运行时，需要进行众多的操作，而PLC的CPU不可能同时去执行多个操作，每一刻只能执行一个操作。解决的办法：采用分时操作原理扫描工作方式：由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时完成的，这种分时操作的方法称为扫描工作方式。2.2.1循环扫描工作方式Page:28/70PLC采用“顺序扫描、不断循环”工作方式，这个过程可分输入采样，程序执行、输出刷新三个阶段，整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。输入端子输入锁存器输入状态寄存器输出锁存器输出状态寄存器输出端子程序执行读读写输入采样程序执行输出刷新Page:29/70检查CPU等内部硬件，对监视定时器（WDT）复位以及其它工作与其它智能装置（如编程器、计算机等）实现通信按顺序对所有输入端的状态进行采样，并存入相应寄存器对用户程序扫描执行，并将结果存入相应的寄存器将寄存器中与输出有关状态，转到输出锁存器，输出驱动外部负载2.2.2PLC的工作过程分自诊断、与编程器或计算机等通信、输入采样、程序执行和输出刷新五个阶段。Page:30/7000002010000000100002010002.2.2PLC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Page:31/70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从输入端子到输出端子的信号传递过程(3)PC的循环扫描工作过程（信号传递过程）Page:32/70输入继电器（X）（西门子用I）类似于按钮在PLC内部，与输入端子相连的输入继电器是光电隔离的电子继电器，采用八进制编号，用无数个常开和常闭触点。输入继电器不能用程序驱动。三菱PLC软元件（逻辑元件）Y0COMX0X0COM1Y0X0X1Y0Y0Y0X0X0常开触点常闭触点输入信号输入端子梯形图电源公共端输入继电器输出继电器公共端输出端子输出负载Y0COMX0X0COM1Y0X0X1Y0Y0Y0X0X0常开触点常闭触点输入信号输入端子梯形图电源公共端输入继电器输出继电器公共端输出端子输出负载Page:33/70输出继电器（Y）（西门子用Q）类似于线圈输出继电器采用八进制编号，有内部触点和外部输出触点（继电器触点、双向可控硅、晶体管等输出元件）之分，由程序驱动。在PLC内部，外部输出触点与输出端子相连，向外部负载输出信号，且一个输出继电器只有一个常开型外部输出触点。输出继电器有无数个内部常开和常闭触点，编程时可随意使用。Page:34/70辅助继电器（M）（类似于中间继电器）由内部软元件的触点驱动,常开和常闭触点使用次数不限，但不能直接驱动外部负载,采用十进制编号。1.通用辅助继电器M0～M499（500点）2.掉电保持辅助继电器M500～M1023（524点）3.特殊辅助继电器M8000～M8255（256点）只能利用其触点的特殊辅助继电器可驱动线圈的特殊辅助继电器1.通用辅助继电器与2.掉电保持用辅助继电器的比例，可通过外设设定参数进行调整。Page:35/70定时器（T）类似时间继电器定时器实际是内部脉冲计数器，可对内部1ms、10ms和100ms时钟脉冲进行加计数，当达到用户设定值时，触点动作。定时器可以用用户程序存储