plc概述實用教案

1、電磁繼電器基本電磁繼電器基本(jbn)結構及工作原理結構及工作原理 電磁電磁(dinc)(dinc)繼電器工作狀態(tài)繼電器工作狀態(tài)線圈得電狀態(tài)線圈得電狀態(tài) 產生磁場，銜鐵受力，常開產生磁場，銜鐵受力，常開觸點閉合，常閉觸點斷開觸點閉合，常閉觸點斷開線圈失電狀態(tài)線圈失電狀態(tài) 磁場消失，銜鐵在拉力彈簧磁場消失，銜鐵在拉力彈簧作用下復位，常開觸點斷開，常作用下復位，常開觸點斷開，常閉觸點接通。閉觸點接通。第1頁/共55頁第一頁，共56頁。繼電器實圖（一）繼電器實圖（一） 第2頁/共55頁第二頁，共56頁。繼電器實圖（二）繼電器實圖（二） 第3頁/共55頁第三頁，共56頁。繼電器在控制系統繼電器在控制系

2、統(kn zh x tn)(kn zh x tn)中的作用中的作用 （一）（一）功率放大（通過功率放大（通過(tnggu)弱電控制強電）弱電控制強電）第4頁/共55頁第四頁，共56頁。繼電器在控制系統繼電器在控制系統(kn zh x tn)(kn zh x tn)中的作用中的作用 （二）（二）電氣(dinq)隔離第5頁/共55頁第五頁，共56頁。繼電器在控制系統繼電器在控制系統(kn zh x tn)(kn zh x tn)中的作用中的作用 （三）（三） 邏輯運算（與、或、非、復雜(fz)運算）三相(sn xin)異步電機正反轉繼電器控制電路第6頁/共55頁第六頁，共56頁。電磁電磁(dinc

3、)繼電器控制系統繼電器控制系統 第7頁/共55頁第七頁，共56頁。繼電器控制系統繼電器控制系統(kn zh x tn)的優(yōu)點的優(yōu)點 單個繼電器較可靠 簡單控制系統(kn zh x tn)使用繼電器較少時，成本低；系統反應速度尚可；維修方便 第8頁/共55頁第八頁，共56頁。繼電器控制系統存在的問題繼電器控制系統存在的問題(wnt)及缺陷及缺陷 復雜控制系統使用大量繼電器，導線連接復雜 繼電器內物理觸點存在過流、發(fā)熱及氧化問題，導致觸點接觸不良或熔化燒結，可靠性低 查找和排除故障困難，如大海撈針，耗時巨大( jd) 控制柜內部安裝接線工作量大 工藝要求發(fā)生變化，控制柜內部的元件及接線需要作相應的

4、變動，改造工期長，費用高 繼電器級聯數量較多時，反應速度慢 繼電器控制柜體積大，能耗高第9頁/共55頁第九頁，共56頁?，F代制造業(yè)對控制系統現代制造業(yè)對控制系統(kn zh x tn)要求要求 現代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速反應，生產出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質量的產品 傳統的繼電器控制系統成為實現這一目標的巨大障礙 需要尋求一種新的控制裝置(zhungzh)來取代老式的繼電器控制系統，使電氣控制系統的工作更加可靠、更容易維修和適應經常變化的工藝條件 PLC則是順應這一要求出現的第10頁/共55頁第十頁，共56頁。研發(fā)研發(fā)(yn f)PLC(yn f)PLC的提出的提出1968

5、1968年年 對PLC的基本要求：能夠用于工業(yè)生產現場能改變(gibin)其控制邏輯，而不需要變動組成它的元件和修改內部接線出現故障時易于診斷和維修第11頁/共55頁第十一頁，共56頁。PLCPLC的發(fā)展的發(fā)展(fzhn)(fzhn)歷程歷程分立元件及數字集成電路PLC 1968年美國DEC公司研制 特點：實現開關量邏輯控制，功能有限以微處理器和計算機系統為核心的PLC 20世紀70年代開始伴隨微處理器出現 特點：功能強、速度快、體積小，可靠性高，成本低；編程方便易學；不僅實現開關量邏輯控制，而且能夠完成數學運算、數據處理、運動控制、模擬量PID控制、聯網(lin wn)通訊等功能。 第12頁

6、/共55頁第十二頁，共56頁。國內外主要國內外主要(zhyo)(zhyo)廠家廠家PLCPLC產品簡介產品簡介 目前(mqin)，世界上有300多家PLC廠商，1000多品種的PLC產品。PLC產品可按地域分成三大流派：美國產品歐洲產品日本產品 目前(mqin)國內市場還有韓國、臺灣等PLC產品第13頁/共55頁第十三頁，共56頁。日本日本PLCPLC主要主要(zhyo)(zhyo)生產廠家及產品生產廠家及產品l日本三菱電機(dinj)公司（Mitsubishi Electric） l 小型機：F1F2FX系列l(wèi) 大中型機：A系列、QnA系列、Q系列 l日本立石（OMRON）公司PLC l S

7、YSMAC C系列PLCl 整體式結構微型PLC機C20P，中型機C200Hl日本松下公司PLCl FPO微型機，FP1整體式小型機，l FP3中型機，FP20大型機l富士、日立、光洋等公司第14頁/共55頁第十四頁，共56頁。美國美國PLCPLC主要主要(zhyo)(zhyo)生產廠家及產品生產廠家及產品l 美國通用電氣公司GE系列(xli)PLC l 小型機:GE-1、GE-1/J、GE-1/P l 中型機:GE- ，大型機:GE- l 美國A-B（Allen-Bradly）公司 l SLC500 系列(xli)第15頁/共55頁第十五頁，共56頁。德國西門子（德國西門子（SIEMENSS

8、IEMENS）公司）公司(n (n s)PLCs)PLC 超小型：SIMATIC S7-200 PLC 小型機：SIMATIC S7-300 PLC 中型機：SIMATIC S7-400 PLC 工業(yè)通訊(tngxn)網絡 （SIMATIC NET） 人機界面（HMI）硬件 SIMATIC S7工業(yè)軟件 ：編程工具、基于PC的控制軟件、人機界面軟件。第16頁/共55頁第十六頁，共56頁。國產國產PLCPLC主要主要(zhyo)(zhyo)生產廠家及產品生產廠家及產品 中國科學院自動化研究所的PLC-0088 北京聯想計算機集團公司的GK-40 上海機床電器廠的CKY-40 上海起重(q zhn

9、)電器廠的CF-40MR/ER 蘇州電子計算機廠的YZ-PC-001A， 北京機械工業(yè)自動化研究所MPC-00l/20、KB-20/40 杭州機床電器廠的DKK02 天津中環(huán)自動化儀表公司DJK-S-84/86/480， 上海香島機電制造有限公司ACMY-S系列 無錫華光電子工業(yè)公司（合資）SR-10、SR-20/21。 第17頁/共55頁第十七頁，共56頁。20072007年國內外品牌年國內外品牌(pn pi)(pn pi)在中國在中國PLCPLC市場份額市場份額 第18頁/共55頁第十八頁，共56頁。1.2 PLC1.2 PLC的基本的基本(jbn)(jbn)概念與基概念與基本本(jbn)

10、(jbn)結構結構1.2.1 PLC1.2.1 PLC的基本概念的基本概念國際電工委員會（國際電工委員會（IECIEC）對）對PLCPLC的定義：的定義：PLCPLC是一種數字運算是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用操作的電子系統，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用(ciyng)(ciyng)可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類

11、型的機械或生產過程。械或生產過程。PLCPLC及其有關設備，都應按易于使工業(yè)控制及其有關設備，都應按易于使工業(yè)控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則來設計。系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則來設計。從上述定義可以看出，從上述定義可以看出，PLCPLC是一種用程序來改變控制功能的是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計算機，除了能夠完成各種各樣的控制功能外，工業(yè)控制計算機，除了能夠完成各種各樣的控制功能外，還有與其它計算機智能設備通信聯網的功能。還有與其它計算機智能設備通信聯網的功能。第19頁/共55頁第十九頁，共56頁。1.2.2 PLC1.2.2 PLC的基本組成的基本組成(z chn

12、)(z chn)結構結構PLC主要由CPU模塊(m kui)、輸入模塊(m kui)、輸出模塊(m kui)、電源模塊(m kui)和編程器等五部分組成第20頁/共55頁第二十頁，共56頁。SIEMENS S7-200CN PLC 第21頁/共55頁第二十一頁，共56頁。PLCPLC實圖（德國西門子實圖（德國西門子S7-200S7-200系列系列(xli)(xli)） 第22頁/共55頁第二十二頁，共56頁。PLCPLC實圖（日本實圖（日本(r bn)(r bn)三菱三菱FXFX系列）系列）第23頁/共55頁第二十三頁，共56頁。模塊模塊由微處理器（由微處理器（CPUCPU芯片芯片(xn (x

13、n pin)pin)）和存儲器組成）和存儲器組成 CPU模塊的作用： 采用周期性循環(huán)掃描、分時操作的工作方式，不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(xtng)輸出。第24頁/共55頁第二十四頁，共56頁。CPUCPU每次掃描要完成以下每次掃描要完成以下(yxi)(yxi)工作工作l 輸入處理(chl)（輸入采樣）l 將現場的開關量輸入信號和數據分別讀入輸入映像寄存器和數據寄存器。l 程序執(zhí)行l(wèi) 逐條讀入和解釋用戶程序，產生相應的控制信號去控制有關的電路，完成數據的存取、傳送和處理(chl)工作，并根據運算結果更新各有關寄存器的內容。l 輸出處理(chl)（輸出刷新）l 將輸出映像寄存器的

14、內容送給輸出模塊，去控制外部負載。第25頁/共55頁第二十五頁，共56頁。存儲器存儲器 l 作用：存儲系統程序、用戶程序和各種數據。l 按用途分類：系統程序存儲器l 用戶程序存貯器l 系統程序相當于個人計算機的操作系統，它使PLC具有基本(jbn)的智能，能夠完成PLC設計者規(guī)定的各項工作。系統程序由PLC生產廠家固化在ROM中，用戶不能直接存取。l 用戶程序由用戶設計，它決定了PLC的輸入信號與輸出信號之間的具體關系。用戶程序一般儲存于RAM或E2PROM中，用戶程序存儲器容量一般以字（每個字由二進制16位組成）為單位（一般指令和操作數各占一個字節(jié)），有的PLC將字稱為步，每一步儲存一條指令

15、。 第26頁/共55頁第二十六頁，共56頁。2 2I/OI/O模塊模塊(m kui)(m kui)l I/O模塊(m kui)是系統的眼、耳、手、腳，是聯系外部現場和CPU模塊(m kui)的橋梁。PLC通過I/O模塊(m kui)與工業(yè)生產過程現場聯系。l 傳遞信號l I/O模塊(m kui)的三大作用 電平變換l 噪聲隔離l 模擬量I/O模塊(m kui)l I/O模塊(m kui)分類 數字量I/O模塊(m kui)l 特殊I/O模塊(m kui)第27頁/共55頁第二十七頁，共56頁。輸入輸入(shr)模塊模塊 輸入模塊用來接收和采集輸入信號。PLC通過輸入模塊檢測被控對象或被控生產過

16、程的各種參數，以這些現場數據作為PLC對被控對象進行控制(kngzh)的信息依據。開關量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關、限位開關、接近開關、光電開關、壓力繼電器等來的開關量輸入信號。模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流或電壓信號。第28頁/共55頁第二十八頁，共56頁。輸出模塊輸出模塊輸出模塊將PLC處理結果送給被控設備或工業(yè)生產過程，以實現控制。開關量輸出模塊用來(yn li)控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等輸出設備。模擬量輸出模塊用來(yn li)控制調節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行機構。第29頁/共55頁第二十九頁，共56頁。I

17、/OI/O模塊的電平模塊的電平(din pn)(din pn)變換作用變換作用 PLC提供了多種操作電平和驅動(q dn)能力的I/O模塊單元，有各種各樣功能的I/O單元供用戶選用。 外部設備傳感器和執(zhí)行機構所需信號電平多種多樣（如DC24V或AC220V/380V），而PLC中CPU模塊處理的信息只能是標準數字信號電平（5V工作電壓），所以I/O模塊需實現這種轉換。第30頁/共55頁第三十頁，共56頁。I/OI/O模塊模塊(m kui)(m kui)的噪聲隔離作用的噪聲隔離作用I/O 模塊從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使PLC不能正常工作(gngzu)，所以C

18、PU模塊不能直接與外部I/O裝置直接相連，需要在I/O模塊電路中進行濾波、光電隔離等抗干擾隔離處理措施。常用噪聲隔離措施：I/O回路濾波電路去除干擾信號I/O回路光電耦合器傳遞信號，去除干擾I/O回路繼電器傳遞信號，回路物理隔離第31頁/共55頁第三十一頁，共56頁。3.3.編程器編程器l作用：l生成用戶程序；編輯、檢查、修改、調試用戶程序；監(jiān)視用戶程序執(zhí)行情況。l分類：l專用簡易編程器：只能輸入指令，不能圖形編程，體積小，價廉，功能簡單，通用性差l專用圖形編程器：支持指令及圖形編程，功能較強，通用性差，價貴l通用計算機編程：使用專業(yè)軟件編程，通過通信電纜(dinln)與PLC交換數據，功能強

19、大，通用性強第32頁/共55頁第三十二頁，共56頁。日本三菱日本三菱FXFX系列系列(xli)PLC(xli)PLC手持式手持式簡易編程器簡易編程器 第33頁/共55頁第三十三頁，共56頁。日本三菱日本三菱F1F1系列系列(xli)PLC(xli)PLC簡易編程器簡易編程器 第34頁/共55頁第三十四頁，共56頁。日本日本(r bn)(r bn)三菱三菱F1F1系列系列PLCPLC圖形編程器圖形編程器 第35頁/共55頁第三十五頁，共56頁。編程器的發(fā)展編程器的發(fā)展(fzhn)現狀現狀目前大多數PLC都具有智能通信(tng xn)接口和強大的通信(tng xn)功能，使用編程軟件可用在計算機屏

20、幕上直接生成和編輯梯形圖程序或指令表程序，并可實現不同編程語言之間的轉換。程序編譯后通過通信(tng xn)電纜下載到PLC,或將PLC中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，還可以實現遠程編程和傳送。目前絕大多數PLC均可使用便攜電腦完成程序的開發(fā)、現場監(jiān)控、調試及維護工作，而不必專門購置專用編程器。 第36頁/共55頁第三十六頁，共56頁。S7-200CN PLC S7-200CN PLC 連接(linji)(linji)到編程 PC PC 第37頁/共55頁第三十七頁，共56頁。4.4.電源模塊電源模塊PLC使用AC220V或DC24V電源。內部的開關電源為各模塊提供不同電壓等級(dn

21、gj)的直流電源。小型PLC可以為輸入電流或外部電子傳感器提供DC24V直流電源。驅動PLC負載（現場執(zhí)行機構）的直流電源一般由用戶提供。第38頁/共55頁第三十八頁，共56頁。1.3 PLC1.3 PLC的特點的特點(tdin)(tdin)及應用領域及應用領域1.3.1 PLC的特點：1.編程方法簡單易學程序結構使用企業(yè)中電氣技術人員熟悉并易于掌握的梯形圖語言。電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似(xin s)，程序控制過程形象直觀，使用的指令數量少，易學易懂，易于為熟悉梯形圖控制電路的電氣技術人員學習和掌握。第39頁/共55頁第三十九頁，共56頁。2.2.功能功能(gngnng)(gn

22、gnng)強、性價比高強、性價比高 一臺小型PLC內部有成百上千個可供用戶使用的編程元件（如存儲器、定時器、計數器等），有很強的功能，可以實現非常復雜的控制功能。與相同功能的繼電器控制系統相比，具有很高的性價比。 PLC可以通過通信聯網(lin wn)，組成DCS集散控制系統，實現分散控制，集中管理。第40頁/共55頁第四十頁，共56頁。3.3.硬件配套硬件配套(pi to)(pi to)齊全、用戶使用方便、適齊全、用戶使用方便、適應性強應性強 PLC產品已經標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統。 用戶不必自

23、己設計制作硬件裝置，只需確定PLC的硬件配置和設計外部接線圖即可。 PLC的安裝接線方便，一般用接線端子連接外部接線。 PLC有較強的帶負載能力，可以直接(zhji)驅動一般的電磁閥和小型交流接觸器。 PLC的硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應工藝條件的變化。 第41頁/共55頁第四十一頁，共56頁。4.4.可靠性高，抗干擾能力強可靠性高，抗干擾能力強 可靠性是自動控制系統穩(wěn)定工作的重要指標。是用戶選擇自動控制裝置的首要條件。 傳統(chuntng)的繼電器控制系統使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現故障。 PLC用軟件代替了繼電器系統中容易出現故障

24、的大量觸點和接線，外部僅剩下輸入和輸出相關的少量硬件元件，接線大量減少，因觸點接觸不良的故障大為減少。第42頁/共55頁第四十二頁，共56頁。PLCPLC完善完善(wnshn)(wnshn)的抗干擾措施的抗干擾措施 PLC采取了一系列硬件和軟件方面的抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，可以直接使用于有強烈干擾的工業(yè)生產現場，是公認的最可靠的工業(yè)自動控制設備之一。 如：三菱F1系列PLC在幅度為1000V、寬度為1uS的脈沖干擾下能夠可靠地工作，其工作環(huán)境溫度為055，不需要(xyo)強迫風冷。第43頁/共55頁第四十三頁，共56頁。PLCPLC的故障的故障(gzhng)(gzhng)分類分類 永

25、久性故障：系統的某些元件損壞(snhui)或失效而引起，不可恢復。PLC周期性地檢測系統硬件，發(fā)現永久性故障時，查明故障種類，自動采取相應措施，盡可能減輕故障對系統的影響，同時通知操作人員。 可恢復性故障：大多由電磁干擾引起，干擾往往以窄脈沖的形式從電源線或I/O引線進入PLC內部，瞬時出現的干擾脈沖可能使PLC偏離正常的程序執(zhí)行路線，導致系統癱瘓。第44頁/共55頁第四十四頁，共56頁。PLCPLC硬件硬件(yn jin)(yn jin)抗干擾措施抗干擾措施 為了削弱和消除干擾對系統的影響，PLC采取了很多硬件抗干擾措施，以切斷干擾進入PLC的途徑：濾波：電源及I/O接口(ji ku)電路使

26、用濾波措施隔離：I/O模塊電路一般用光電耦合器來傳 遞信號；或用繼電器實現隔離。屏蔽：用導磁材料屏蔽電源變壓器和CPU模 塊，消除生產現場的空間電磁干擾。第45頁/共55頁第四十五頁，共56頁。監(jiān)控監(jiān)控(jin kn)(jin kn)定時器（定時器（Watch DogWatch Dog） 若強烈干擾進入PLC的CPU模塊，使PLC偏離正常的工作狀態(tài)而死機，可通過監(jiān)控定時器（Watch Dog）使PLC自動恢復正常的工作狀態(tài)。 監(jiān)控定時器（Watch Dog）：一種硬件定時器，其定時時間(shjin)大于PLC的最大掃描工作周期。PLC在正常工作時，每次掃描都將其復位，使它重新開始定時，它不會因

27、定時時間(shjin)到而動作。如果干擾使PLC不再執(zhí)行正常的掃描程序，監(jiān)控定時器不再被周期性地復位，當它的定時時間(shjin)到時，產生一個輸出脈沖重新啟動系統，使PLC重新恢復正常工作。第46頁/共55頁第四十六頁，共56頁。軟件方面軟件方面(fngmin)抗干擾措施抗干擾措施 干擾可能使PLC的用戶程序遭到破壞，導致控制系統癱瘓 軟件(run jin)方面采取措施：求和檢查、奇偶校驗等進行診斷 對故障系統采取停機保護、啟動冗余備用系統、告警等措施，保證生產過程順利進行，避免安全事故發(fā)生，造成經濟損失和人身傷害第47頁/共55頁第四十七頁，共56頁。5 5系統系統(xtng)(xtng)

28、設計、安裝、調設計、安裝、調試工作量少試工作量少 PLC用軟件代替了繼電器系統中容易出現故障的大量觸點和接線，外部僅剩下輸入和輸出相關的少量硬件元件，接線大量減少，因觸點接觸不良的故障大為減少。 大多數PLC用戶程序采用順序控制設計法設計，編程方法規(guī)律性強，容易掌握，程序設計時間較繼電器控制系統設計短。 PLC的用戶程序可在實驗室開發(fā)(kif)和模擬調試，大大縮短現場調試時間和工作量，系統調試時間較繼電器控制系統少得多。第48頁/共55頁第四十八頁，共56頁。6.6.維修維修(wixi)(wixi)工作量少、維修工作量少、維修(wixi)(wixi)方便方便PLC故障率低，且有完善的自診斷和顯

29、示(xinsh)功能，發(fā)生故障時可以根據PLC的發(fā)光二極管或編程設備提供的信息快速查明故障點及其原因，用更換模塊的方法可以迅速排除故障。第49頁/共55頁第四十九頁，共56頁。7.7.體積小，能耗低，易于體積小，能耗低，易于(yy)(yy)集成集成PLC用軟件替代了大量中間繼電器和時間繼電器，節(jié)省大量配件(pijin)和接線，減少大量安裝接線工作量，控制柜體積小，能耗低，易于同被控設備集成，實現機電一體化。第50頁/共55頁第五十頁，共56頁。1 13.2 PLC3.2 PLC與其它與其它(qt)(qt)計算機控制裝置的計算機控制裝置的比較比較 個人計算機：有較強的數據處理功能和圖形顯示功能，有豐富的軟件支持，但主要為辦公自動化和家庭設計，對環(huán)境要求高，抗干擾能力不強，不能直接用于工業(yè)生產現場。 單片機：只是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O信號相連。要專門設計和制作配套的I/O接口電路，硬件設計、制作和程序設計的工作量相當大，要求設計者具有(jyu)較強的計算機專業(yè)知識和電路設計及制作能力。 工控機：專為工業(yè)控制而設計，控制功能強大，速度快，可靠性高，數據處理能力強，圖形顯示功能好。價格高。外部接線多采用多芯扁平電纜和插頭插座直接從各種印制電路板卡引出，接線不如PLC