13自动化-电器及可编程序控制器-5可编程控制器概述

1电器及可编程序控制器第二篇可编程控制器技术第五章可编程控制器概述第六章三菱FX2N系列可编程控制器及其基本指令的应用第七章FX2N系列可编程控制器步进指令及状态编程法第八章FX2N系列可编程控制器应用指令及编程方法第九章可编程控制系统设计第十章FX2N系列PLC的特殊功能模块及通信2电器及可编程序控制器第二篇可编程控制器技术①了解可编程序控制器的基本结构和基本工作过程；②掌握PLC内部等效继电器电路的等效思路；③熟悉PLC的指令系统；④掌握PLC的编程方法和开发步骤。掌握指令系统与编程方法。①PLC的梯形图与一般继电器控制原理电路图的异、同点；②各指令的使用场合和注意点；③现场器件的常闭触点在梯形图中的使用。基本要求重点难点3电器及可编程序控制器第五章可编程控制器概述5.1可编程控制器的基本概念5.2可编程控制器的特点及应用5.3可编程控制器的发展5.4可编程控制器的组成及其各部分功能5.5可编程控制器的结构及软件5.6可编程控制器的工作原理5.7可编程控制器系统与继电接触器系统工作原理的差别4电器及可编程序控制器5.1可编程控制器的基本概念1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM)，为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标，在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。①编程方便，可在现场修改程序；②维护方便，最好采用插件式结构；③可靠性高于继电器控制装置；④数据可直接输入管理计算机；⑤体积小于继电器控制装置；⑥成本可与继电器控制装置竞争；⑦输入电源可为市电（交流115V）；⑧输出电源可为市电，负载电流要求在2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等；⑨扩展时，原系统要求变更最少；⑩用户程序存储器容量大于4K字节。可编程序控制器的历史5电器及可编程序控制器5.1可编程控制器的基本概念1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为可编程序控制器（ProgrammableController），简称PC。由于可编程序控制器最初只具备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继电接触器控制，相当于可编程序逻辑控制器（PLC），另一方面，为了与个人计算机（PC）相区别，因此可编程序控制器简称为PLC。可编程序控制器的历史6电器及可编程序控制器5.1可编程控制器的基本概念国际电工委员会(IEC)于82年11月、85年1月和87年2月分别颁发了可编程序控制器标准草稿第一、二稿和第三稿，对可编程序控制器作了如下的定义：“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命令，并通过数字式或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，易于扩充功能的原则而设计”。可编程序控制器的定义7电器及可编程序控制器5.2可编程控制器的特点及应用①通用性强；②功能强；③可靠性高；④体积小、耗电少、价格便宜；⑤编程和接线可同步进行；⑥扩展灵活、维修方便；⑦编程语言简单、易掌握；⑧抗干扰能力强、可靠性高；⑨输入输出接口电路已设计好，输出驱动能力强。一、可编程序控制器的特点二、可编程序控制器的应用1、开关量逻辑控制2、运动控制3、过程控制4、数据处理5、通信联网8电器及可编程序控制器5.3可编程控制器的发展①向高速度、大存储容量方向发展②向多品种方向发展和提高可靠性（超大型和超小型）③产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的PLC）④分散型、智能型、与现场总线兼容的I/0⑤加强联网和通信的能力⑥控制的开放和模块化的体系结构可编程序控制器的发展方向9电器及可编程序控制器5.4可编程控制器的组成及其各部分功能系统程序存储器用户程序存储器存储器I/O扩展口外设接口输入单元输出单元用户输出设备中央处理单元（CPU）电源用户输入设备I/O扩展单元特殊功能单元主机编程器盒式磁带机打印机EPROM写入器上位计算机PLC可编程终端PT…整体式PLC组成示意图⑤外部设备①②③③③⑤④③⑤①中央处理单元②存储器③输入/输出单元(模块)④电源10电器及可编程序控制器5.4可编程控制器的组成及其各部分功能装有CPU的单元称为CPU模块，其他称为扩展模块。CPU与各扩展模块间通过电缆连接。中、大型机常采用组合式PLC。组合式PLC组成示意图各单元分别做成相应的电路板或模块，插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。11电器及可编程序控制器5.4可编程控制器的组成及其各部分功能中央处理单元是PLC的主要组成部分，是系统的控制中枢。它的主要功能是：接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并诊断用户程序的语法错误。不同厂家、不同产品的CPU也不一样。一般有三类：通用微处理机、单片机芯片、位处理器。一、中央处理单元(CPU)12电器及可编程序控制器5.4可编程控制器的组成及其各部分功能1．系统程序存储器系统程序是厂家根据其选用的CPU的指令系统编写的，它决定了PLC的功能。系统程序存储器是只读存储器，用户不能更改其内容。2．用户程序存储器根据控制要求而编制的应用程序称为用户程序。不同机型的PLC的用户程序存储器的容量可能差异较大。根据生产过程或工艺的要求，用户程序经常需要改动，所以用户程序存储器必须可读写。二、存储器13电器及可编程序控制器5.4可编程控制器的组成及其各部分功能输入/输出模块：(一)开关量I/O模块1.开关量输入模块①直流输入；②交流/直流输入；③交流输入。2.开关量输出模块①继电器输出（交流/直流驱动）；②晶体管输出（直流驱动）；③双向晶闸管输出（交流驱动）。(二)模拟量I/O模块(三)其他功能I/O模块三、输入/输出模块14电器及可编程序控制器5.4可编程控制器的组成及其各部分功能(一)开关量I/O模块1.开关量输入模块②交流/直流输入电路三、输入/输出模块①直流输入电路③交流输入电路15电器及可编程序控制器5.4可编程控制器的组成及其各部分功能(一)开关量I/O模块2.开关量输出模块②晶体管输出电路（直流驱动）③双向晶闸管输出电路（交流驱动）①继电器输出电路（交流/直流驱动）三、输入/输出模块16电器及可编程序控制器5.4可编程控制器的组成及其各部分功能(一)开关量I/O模块3.开关量I/O模块的外部接线为什么输出端采用分组式或分隔式？实际的接线如何？三、输入/输出模块17电器及可编程序控制器5.4可编程控制器的组成及其各部分功能模拟量输入模块结构框图(二)模拟量I/O模块1.模拟量输入模块三、输入/输出模块18电器及可编程序控制器5.4可编程控制器的组成及其各部分功能模拟量输出模块结构框图(二)模拟量I/O模块2.模拟量输出模块三、输入/输出模块19电器及可编程序控制器5.4可编程控制器的组成及其各部分功能(二)模拟量I/O模块光耦合器隔离A/D转换器滤波内部回路模拟量输入单元框图信号转换内部回路光耦合器隔离D/A转换器模拟量输出单元框图三、输入/输出模块20电器及可编程序控制器5.4可编程控制器的组成及其各部分功能电源部件将交流电源转换成PLC的中央处理器、存储器等电路工作所需要的直流电源。电源部件还能使PLC向外部提供24V的直流电源，给输入单元所连接的外部开关或传感器供电。四、电源编程器编程器分为以下三类：①简易编程器②图形编程器③工业控制计算机作为编程器其它外部设备五、外部设备21电器及可编程序控制器5.5可编程控制器的结构及软件一、可编程序控制器的结构1.按结构分类整体式：①单元式组合式：②模块式③叠装式2.按控制规模分类①微型机控制点数在100点左右。②小型机控制点数在250点左右。③中型机控制点数在500～1000点。④大型机控制点数在1000点以上。⑤超大型机控制点数可达上万点，甚至于几万点。3.按生产厂家分类①德国：西门子公司、…②日本：三菱公司、OMRON公司、…③美国：GE公司、AB公司、…22电器及可编程序控制器5.5可编程控制器的结构及软件一、可编程序控制器的结构西门子S7-20023电器及可编程序控制器5.5可编程控制器的结构及软件一、可编程序控制器的结构西门子S7-30024电器及可编程序控制器5.5可编程控制器的结构及软件一、可编程序控制器的结构西门子S7-40025电器及可编程序控制器5.5可编程控制器的结构及软件S7系列的网络结构④过程测量与控制级③过程监控级②工厂与过程管理级①公司管理级金字塔由4级组成一、可编程序控制器的结构26电器及可编程序控制器5.5可编程控制器的结构及软件三菱FX2N系列一、可编程序控制器的结构27电器及可编程序控制器5.5可编程控制器的结构及软件三菱Q系列一、可编程序控制器的结构28电器及可编程序控制器5.5可编程控制器的结构及软件三菱Q系列应用举例一、可编程序控制器的结构29电器及可编程序控制器5.5可编程控制器的结构及软件三菱Q系列应用举例一、可编程序控制器的结构30电器及可编程序控制器5.5可编程控制器的结构及软件三菱Q系列应用举例一、可编程序控制器的结构31电器及可编程序控制器5.5可编程控制器的结构及软件三菱Q系列应用举例一、可编程序控制器的结构32电器及可编程序控制器5.5可编程控制器的结构及软件二、可编程序控制器的软件(一)可编程控制器的软件分类1．系统软件系统管理程序用以完成机内运行相关时间分配、存储空间分配管理及系统自检等工作。用户指令解释程序用以完成用户指令变换为机器码的工作。系统软件在用户使用可编程控制器之前就已装入机内，并永久保存，在各种控制工作中并不需要做什么调整。2．应用软件（用户软件）是用户为达到某种控制目的，采用PLC厂家提供的编程语言自主编制的程序。33电器及可编程序控制器5.5可编程控制器的结构及软件二、可编程序控制器的软件(二)应用软件编程语言的表达方式应用程序编制需使用可编程控制器生产厂提供的编程语言。至今为止没有能适合于各种可编程控制器的通用编程语言。国际电工委员会(IEC)于1994年5月公布了可编程序控制器标准(IEC1131)，其中的第三部分是可编程序控制器的编程语言标准(IEC1131-3)。可编程序控制器的五种编程语言34电器及可编程序控制器5.5可编程控制器的结构及软件二、可编程序控制器的软件(二)应用软件编程语言的表达方式1．梯形图(LD)梯形图语言是一种以图形符号及其在图中的相互关系表示控制关系的编程语言，是从继电器电路图演变过来的。梯形图是PLC编程语言中使用最广泛的一种语言。2．指令表(IL)指令表也叫语句表。由语句指令依一定的顺序排列而成。类似于单片机程序中的汇编语言。3．顺序功能图(SFC)顺序功能图常用来编制顺序控制类程序。体现了一种编程思想，在程序的编制中有很重要的意义。35电器及可编程序控制器5.5可编程控制器的结构及软件二、可编程序控制器的软件(二)应用软件编程语言的表达方式4．功能块图(FBD)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，熟悉数字电路的人比较容易掌握。5．结构文体(ST)为了增强PLC的数学运算、数据处理、图表显示、报表打印等功能，许多大中型PLC都配备了PASCAL、BASIC、C语言等高级编程语言。这种编程方式叫作结构文本。36电器及可编程序控制器5.6可编程控制器的工作原理一、等效电路PLC控制接线图PLC控制等效电路图（PLC的I/O配置图）继电器-接触器控制电路图注意SB2→X1输入电路输出电路梯形图37电器及可编程序控制器5.6可编程控制器的工作原理一、等效电路PLC的I/O配置图电机控制电路相似相差常用少用38电器及可编程序控制器5.6可编程控制器的工作原理二、扫描方式①读①写②读㈠㈢②写①读③读指令表0LDX01ORY02ANIX13OUTY04OUTT0K1007