PLC基础及应用(技师培训)

主讲教师范国强技师培训-----PLC基础及应用第一章可编程控制器概述1、可编程的结构、特点与应用•可编程控制器的产生可编程控制器（ProgrammableLogicController)简称PLC。自1969年第一台PLC面世以来，已成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。与机器人、CAD/CAM并称为工业生产自动化的三大支柱。1968年美国通用汽车公司提出的替代继电器控制系统的新型控制器的十项指标：1）编程简单、现场可修改程序；2）维护方便、采用插件式结构；3）可靠性高于继电器控制系统；4）体积小于继电器控制系统；5）数据可以直接送入计算机；6）成本可与继电器系统竟争；7）输入可为市电；8）输出可为市电，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；9）通用性强、易于扩展；10）用户存储器大于4K。1968年美国通用汽车公司提出的替代继电器控制系统的新型控制器的十项指标：国际电工委员会（IEC）PLC的定义：•可编程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指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC的特点•可靠性高，抗干扰能力强。•编程直观、简单。•环境要求低，适应性好。•功能完善，接口功能强。PLC的应用和发展•早期的PLC改造原有的继电接触器控制系统。•目前广泛应用于各种控制系统中，如各种顺序控制等。主要用于有大量开关量和少数模拟量的控制系统。•PLC的发展趋势：1、小型化、专用化和低价格；2、大型、高速、多功能和分布式全自动网络化。三菱PLC外形图Q系列PLC可编程主流产品三菱PLC外形图FX2N系列PLC可编程主流产品工作状态开关三菱PLC外形图FX1N系列PLC可编程主流产品工作状态开关三菱PLC外形图FX1S系列PLC可编程主流产品西门子PLC外形图S7-200系列PLCS7-300系列PLCS7-400系列PLC可编程主流产品欧姆龙PLC外形图C200H系列PLCCPM1A、CPM2A系列PLC可编程主流产品2、可编程控制器工作原理微机：等待命令的工作方式PLC：循环扫描的工作方式(教材P7)PLC的CPU从第一条指令开始按指令步序号作周期性的循环扫描，如果无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。内部处理----通信服务----输入采样----程序执行----输出刷新PLC处于运行状态------RUNPLC处于停止状态------STOP内部处理----通信服务1、在内部处理阶段，进行PLC自检，检查内部硬件是否正常，对监视定时器（WDT）复位以及完成其它一些内部处理工作。2、在通信服务阶段，PLC与其它智能装置实现通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等。•一个扫描周期主要分为三个阶段：1）输入刷新阶段2）程序执行阶段3）输出刷新阶段PLC的扫描工作过程扫描周期的长短主要取决于程序的长短。由于每一个扫描周期只进行一次I／0刷新，故使系统存在输入、输出滞后现象。这对于一般的开关量控制系统不但不会造成影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。但对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞后。PLC的分类按输入（INPUT）和输（OUTPUT）点数多少，分为：超小型、小型、中型、大型和超大型。第二章可编程的硬件•（1）小型PLCI/O点数为256点以下的为小型PLC。其中，I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC。•（2）中型PLCI/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC。•（3）大型PLCI/O点数为2048以上的为大型PLC。其中，I/O点数超过8192点的为超大型PLC。•2.6PLC的分类–按结构形式分类•整体式•模块式–按功能分类•低档机•中档机•高档机•（1）低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。•（2）中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。•（3）高档PLC除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。2-2PLC的组成组成：•中央处理单元（CPU）•存储器•输入输出单元（I/O单元）•电源单元•编程器2-2PLC的组成编程器中央处理单元（CPU）输出电路输入电路系统程序存储器用户程序存储器电源•中央处理单元（CPU）•通用微处理器；•FX2系列采用可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。•存储器：包括系统存储器和用户存储器。•系统存储器存放系统管理程序。•用户存储器存放用户编制的控制程序。•输入输出单元（I/O）：是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。输入部件：开关、按钮、传感器等。输出部件：电磁阀、接触器、继电器等。•可编程控制器输入端口和输出接口电路（1）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）•（2）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。•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•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。（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：1~10V（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。•外部设备（1）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。（2）其他外部设备：盒式磁带机；打印机；Eprom写入器；图形监控器。3．可编程控制器程序设计基础3－1PLC编程语言的介绍顺序功能图（SFC）梯形图语言(LD)功能块图(FBD)指令表(IL)结构文本(ST)其中梯形图、指令助记符语言最为常用。PLC的设计和生产至今尚无国际统一标准，不同厂家所用语言和符号也不尽相同。但它们的梯形图语言的基本结构和功能是大同小异的。二、梯形语言–梯形图是在原继电器—接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。它是目前用得最多的PLC编程语言。–注意：梯形图表示的并不是一个实际电路而只是一个控制程序，其间的连线表示的是它们之间的逻辑关系，即所谓“软接线”。–常开触点：–常闭触点：–线圈：–注意：它们并非是物理实体，而是“软继电器”。每个“软继电器”仅对应PLC存储单元中的一位。该位状态为“1”时，对应的继电器线圈接通，其常开触点闭合、常闭触点断开；状态为“0”时，对应的继电器线圈不通，其常开、常闭触点保持原态。三相异步电动机正反转控制电路梯形图的基本电路PLC外接线图PLC梯形图•基本数据结构1．位元件X：输入继电器，接收外部触点和电子开关输入给PLC的开关量信号。Y：输出继电器，用于从PLC输出开关量信号，去控制外部负载。M（辅助继电器）和S（状态继电器）：PLC内部的运算标志。用二进制数1和0来表示位元件的两种状态。3－2FX系列PLC梯形图中的编程元件基本数据结构2．字元件8个连续的二进制位组成一个字节（Byte），16个连续的二进制位组成一个字（Word），两个连续的字元件组成一个双字（DoubleWord）。字的最高位（第15位）为符号位，正数的符号位为0，负数的符号位为1。3－2FX系列PLC梯形图中的编程元件1.输入继电器X输入继电器是可编程序控制器接收外部输入的开关量信号的窗口。可编程序控制器通过光电耦合器，将外部信号的状态读入并存储在输入映像寄存器内，外部输入电路接通时对太的映像寄存器为ON（“1”状态）。输入端可以外接常开触点或常闭触点，也可以接多个触点组成的串并联电路。在梯形图中，可以多次使用输入继电器的常开触点和常闭触点。3－2FX系列PLC梯形图中的编程元件外接的输入触点电路接通时，该映像寄存器为“1”状态，断开时为“0”状态。输入继电器的状态惟一地取决于外部输入信号的状态，不可能受用户程序的控制，因此在梯形图中绝对不能出现输入继电器的线圈。•地址（编号）为8进制X0---X7X10---X17…….•触点无限多•不能出现输入继电器的线圈•惟一地取决于外部输入信号的状态3－2FX系列PLC梯形图中的编程元件2.输出继电器（Y）输出继电器是可编程序控制器向外部负载发送信号的窗口。输出继电器用来将可编程序控制器的输出信号传送给输出模块，再由后者驱动外部负载功率。Y0的线圈“通电”，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的触点闭合，使外部负载工作。输出模块中的每一个硬件继电器仅有一对常开触点。•地址（编号）为8进制Y0---Y7Y10---Y17…….•触点无限多(软触点)•惟一地可对外部输出信号的元件3－2FX系列PLC梯形图中的编程元件输出继电器（Y）输入继电器X3－2FX系列PLC梯形图中的编程元件Y43.辅助继电器M辅助继电器也是用软件实现的，它们实质是一些存储单元，可以由PLC内部各继电器的触点驱动，并且也带有常开与常闭触点供编程使用。它不能接收外部的输入信号，也不能驱动外部负载，相当于继电器控制系统中的中间继电器。•地址（编号）为10进制M0---M9M10---M19…….•触点无限多(软触点)3－2FX系列PLC梯形图中的编程元件1．通用辅助继电器（教材P29、33）没有停电保持功能，在PLC运行中受程序控制，停电后服位。2．有保持功能的辅助继电器具有停电保持功能，在PLC运行中受程序控制，停电后保持停电瞬间的状态。3．特殊辅助继电器它用来表示PLC的某些状态，提供时钟脉冲和标记，设定PLC运行方式等。特殊辅助继电器分为二类一、触点利用型二、线圈驱动型3－2FX系列PLC梯形图中的编程元件一、触点利用型利用PLC的系统程序来驱动其线圈，用户程序直接利用其触点来控制其他元件。M8000(运行监视)：RUN模式时为ON；STOP模式为OFF。M8002(初始化脉冲)：仅在M8000由OFF变为ON状态时的一个扫描周期内为ON。M8011～M8014分别是10ms、100ms、1s和1min时钟脉冲。M8005(锂电池电压降低)。3－2FX系列PLC梯形图中的编程元件3－2FX系列PLC梯形图中的编程元件断电保持功能触点利用型波形图二、线圈驱动型由用户程序直接驱动器线圈，使PLC执行特殊的操作，用户不能利用它的触点。M8030的线圈－－“通电”，“电池降低”发光二极管熄灭M8033的线圈－－“通电”，PLC进入