LC應用技術-第一單元 認識LCppt課件

1、第一單元第一單元 認識認識PLC任務一任務一 PLC控制器常識控制器常識 任務二任務二 PLC的內(nèi)部結構和控制系統(tǒng)的內(nèi)部結構和控制系統(tǒng) 任務三任務三 一個簡單的一個簡單的PLC系統(tǒng)系統(tǒng) 異步電動機點動運行電路異步電動機點動運行電路 任務一任務一 PLC控制器常識控制器常識 一、一、PLC的產(chǎn)生和應用的產(chǎn)生和應用 自20世紀60年代起，各種生產(chǎn)流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器接觸器控制系統(tǒng)構成的，產(chǎn)品的每一次改型都直接導致繼電器接觸器控制系統(tǒng)的重新設計和安裝。1969年，美國數(shù)字設備公司DEC研制出第一臺PLCProgrammable Logic Controller），用它取代傳統(tǒng)的繼電

2、器接觸器控制系統(tǒng)在美國通用汽車公司的汽車自動裝配線上使用，取得了巨大成功。 這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快在其他工業(yè)領域推廣應用。 國際電工委員會IEC在1987年2月頒布的可編程控制器標準草案的第三稿中將PLC定義為：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制器系統(tǒng)連成一個整體、易于擴充

3、其功能的原則設計?！?圖1-1是四臺PLC通信聯(lián)網(wǎng)的示意圖，圖1-2和圖1-3是兩個應用實例。圖1-1 PLC的通信聯(lián)網(wǎng) 圖1-2 選用GE公司PLC的某開關量控制盤 圖1-3 選用A-B公司PLC的某造紙廠控制柜二、常用的二、常用的PLC控制器控制器目前，世界上PLC產(chǎn)品可按地域分成三大流派：美國、歐洲和日本產(chǎn)品。 1美國PLC產(chǎn)品圖1-4 GE公司90-30模塊式PLC 圖1-5 GE公司90-70模塊式PLC 2歐州PLC產(chǎn)品圖1-8 西門子S7-200 PLC 圖1-9 西門子S7-300 PLC 圖1-10 西門子S7-400 PLC 3日本PLC產(chǎn)品 圖1-12 FX1N系列PLC

4、 圖1-13 FX1S系列PLC圖1-15 FX2N系列PLC4我國PLC產(chǎn)品圖1-22 24點混合型通用PLC 圖1-25 凱迪恩PLC 任務二任務二 PLC的內(nèi)部結構和控制系統(tǒng)的內(nèi)部結構和控制系統(tǒng) 一、一、PLC的內(nèi)部結構的內(nèi)部結構 PLC主要由主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源和編程模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源和編程器或編程軟件組成，器或編程軟件組成，CPU模塊通過輸入模塊將外部控制現(xiàn)模塊通過輸入模塊將外部控制現(xiàn)場的控制信號讀入場的控制信號讀入CPU模塊的存儲器中，經(jīng)過用戶程序處理后，模塊的存儲器中，經(jīng)過用戶程序處理后，再將控制信號通過輸出模塊來控制外部控制現(xiàn)場的執(zhí)行機構。如再

5、將控制信號通過輸出模塊來控制外部控制現(xiàn)場的執(zhí)行機構。如圖圖1-26是是PLC控制系統(tǒng)的示意圖?？刂葡到y(tǒng)的示意圖。圖1-26 PLC控制系統(tǒng)的示意圖 1CPU模塊 PLC的CPU模塊由CPU芯片和存儲器組成。 CPU是PLC的核心部件，整個PLC的工作過程都是在CPU的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進行的，CPU的主要任務： 1） 接收從編程軟件或編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，并存儲在存儲器中。 2用掃描方式接收現(xiàn)場輸入設備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存入相應的數(shù)據(jù)寄存器或輸入映像寄存器。 3監(jiān)測電源、PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和用戶程序編制過程中的語法錯誤。 4在PLC的運行狀態(tài)，執(zhí)行用戶程序，完成用戶程序規(guī)定的各種算術邏輯

6、運算、數(shù)據(jù)的傳輸和存儲等。 5按照程序運行結果，更新相應的標志位和輸出映像寄存器，通過輸出部件實現(xiàn)輸出控制、制表打印和數(shù)據(jù)通信等功能。 PLC的存儲器有兩種，一種是存放系統(tǒng)程序的存儲器，另一種是存放用戶程序的存儲器。系統(tǒng)程序存儲器用只讀存儲器ROM、PROM、EPROM、EEPROM實現(xiàn)。用戶程序存儲器一般用隨機存儲器RAM實現(xiàn)，以方便用戶修改程序，為了使在RAM中的信息不丟失，RAM都有后備電池。固定不變的用戶程序和數(shù)據(jù)也可固化在只讀存儲器中。 2開關量輸入/輸出接口 PLC與工業(yè)過程相連接的接口即為I/O接口，I/O接口有兩個要求：一是接口有良好的抗干擾能力，二是接口能滿足工業(yè)現(xiàn)場各類信號

7、的匹配要求，所以接口電路一般都包含光電隔離電路和RC濾波電路。 （1開關量輸入接口 開關量輸入電路的作用是將現(xiàn)場的開關量信號變成PLC內(nèi)部處理的標準信號。開關量輸入電路可分為三類：直流輸入接口，交流輸入接口，交直流輸入接口。 1直流輸入接口 圖1-29 直流輸入接口 2交直流輸入接口圖1-30 交直流輸入接口 3交流輸入接口圖1-31 交流輸入接口 （2開關量輸出接口 開關量輸出電路的作用是將PLC的輸出信號傳送到用戶輸出設備負載），開關量輸出電路可分為三類：直流輸出接口，交流輸出接口，交直流輸出接口。按輸出開關器件的種類不同，開關量輸出電路也可分為三類：晶體管輸出型，繼電器輸出型，雙向晶閘管

8、輸出型。1直流輸出接口晶體管型）圖1-32 直流輸出接口 2交直流輸出接口繼電器型）圖1-33 交直流輸出接口 3交流輸出接口雙向晶閘管型）圖1-34 交流輸出接口 二、二、PLC的控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng) 1接線程序控制系統(tǒng)接線程序控制系統(tǒng) 在傳統(tǒng)的繼電器和電子邏輯控制系統(tǒng)中，完成控制任務的在傳統(tǒng)的繼電器和電子邏輯控制系統(tǒng)中，完成控制任務的邏輯控制部分是將繼電器、接觸器、電子元件等用導線連接起邏輯控制部分是將繼電器、接觸器、電子元件等用導線連接起來的。這種控制系統(tǒng)稱為接線程序控制系統(tǒng)，邏輯程序就在導來的。這種控制系統(tǒng)稱為接線程序控制系統(tǒng)，邏輯程序就在導線連接中，所以也稱為接線程序，如圖線連接中，所

9、以也稱為接線程序，如圖1-35所示。在接線程序所示。在接線程序控制系統(tǒng)中，控制功能的更改必須通過改變導線的連接才能實控制系統(tǒng)中，控制功能的更改必須通過改變導線的連接才能實現(xiàn)?，F(xiàn)。 圖1-35 繼電器控制系統(tǒng) 2存儲程序控制系統(tǒng) 所謂存儲程序控制，就是將控制邏輯以程序語言的形式存放在存儲器中，通過執(zhí)行存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。在存儲程序控制系統(tǒng)中，控制功能的更改只需改變程序而不必改變導線的連接就能實現(xiàn)?？删幊炭刂葡到y(tǒng)就是存儲程序控制系統(tǒng)，如圖1-36所示。它由輸入設備、可編程序控制器內(nèi)部控制電路、輸出設備三部分組成。圖1-36 PLC構成的控制系統(tǒng) 對用戶來說，不必考慮PLC內(nèi)部由CPU

10、、RAM、ROM等組成的復雜的電路，只要將PLC看成內(nèi)部由許多“軟繼電器組成的控制器，以便用梯形圖編程?！败浝^電器的線圈和觸點的符號如圖1-37所示。所謂“軟繼電器”，實質(zhì)上是存儲器中的每一位觸發(fā)器(統(tǒng)稱為映像寄存器)，該位觸發(fā)器為“1形狀，相當于繼電器接通；該位觸發(fā)器為“0形狀，相當于繼電器斷開。圖1-37 軟繼電器的線圈和觸點 任務三任務三 一個簡單的一個簡單的PLC系統(tǒng)系統(tǒng) 異步電動機點動運行電路異步電動機點動運行電路 一、任務提出一、任務提出 如圖如圖1-38所示是電動機點動運行電路，所示是電動機點動運行電路， SB為啟動按鈕，為啟動按鈕， KM為交流接觸器，按下啟動按鈕為交流接觸器，

11、按下啟動按鈕SB，KM的線圈通電吸合，主的線圈通電吸合，主觸點閉合，電動機開始運行，觸點閉合，電動機開始運行， SB被放松后，被放松后，KM的線圈斷電釋的線圈斷電釋放，主觸點斷開，使電機放，主觸點斷開，使電機M停止運行。本任務研究利用停止運行。本任務研究利用PLC來來實現(xiàn)點動控制電路。實現(xiàn)點動控制電路。圖1-38 電動機點動運行電路 二、原理分析二、原理分析 為了將這個控制關系用為了將這個控制關系用PLC控制器實現(xiàn)，控制器實現(xiàn)，PLC需要一個輸入觸點、一個需要一個輸入觸點、一個輸出觸點，輸入輸出點分配見表輸出觸點，輸入輸出點分配見表1-2。表表1-2 輸入輸出點分配表輸入輸出點分配表輸 入輸

12、出輸入繼電器輸入元件作用輸出繼電器輸出元件作用X0SB啟動按鈕Y0KM控制電動機用交流接觸器圖1-40 PLC控制器實現(xiàn)的異步電動機點動控制電路將圖1-40改畫成圖1-41來說明系統(tǒng)的工作過程 。圖1-41 PLC實現(xiàn)的點動電路工作原理三、知識鏈接三、知識鏈接 1PLC的工作原理的工作原理 （1循環(huán)掃描工作方式循環(huán)掃描工作方式 PLC用戶程序的執(zhí)行采用循環(huán)掃描工作方式。它有兩種基本的工作模式，運轉用戶程序的執(zhí)行采用循環(huán)掃描工作方式。它有兩種基本的工作模式，運轉RUN模式和停止模式和停止STOP方式，如圖方式，如圖1-42所示。所示。圖1-42 PLC基本的工作模式 在運行模式，PLC要完成輸入

13、采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段的工作，如圖1-43所示。 PLC重復地執(zhí)行上述三個階段，每重復一次的時間就是一個掃描周期也稱一個工作周期）。在每次掃描中，可編程控制器只對輸入采樣一次，輸出刷新一次，這可以確保在程序執(zhí)行階段，輸入映像寄存器和輸出鎖存電路中的內(nèi)容保持不變。圖1-43 程序執(zhí)行過程 （2PLC對輸入輸出的處理規(guī)則 將圖1-43所示的執(zhí)行過程畫成流程圖的形式如圖1-44所示，可以更形象地說明輸入輸出的處理規(guī)則。圖1-44 程序執(zhí)行過程流程圖（3輸入輸出滯后時間 PLC由于采用掃描工作方式，消除了復雜電路的內(nèi)部競爭，但這也帶來了輸入輸出的響應滯后問題。 輸入輸出滯后時間是指PLC的外

14、部輸入信號發(fā)生變化的時刻至它所控制的外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間間隔，它由輸入模塊濾波時間、輸出模塊的滯后時間和掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時間這三部分組成。 1輸入模塊的RC濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾，消除因外接輸入觸點動作時產(chǎn)生的抖動，濾波電路的時間常數(shù)決定了輸入濾波時間的長短，典型值約為10ms。 2輸出模塊的滯后時間與模塊類型有關，繼電器型約為10ms，晶體管型一般在1ms以下，雙向晶閘管型在負載通電時的滯后時間約為1ms，負載由通電到斷電時的最大滯后時間約為10ms。 3由掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時間最大可達兩個多掃描周期。掃描周期與用戶程序的長短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令

15、的速度有關，典型值約為1100ms。滯后現(xiàn)象對于一般的工業(yè)設備是完全允許的，但對某些需要輸出對輸入作出快速響應的實時控制設備，滯后現(xiàn)象又是必須克服的，此時在硬件上可采用快速響應模塊、高速計數(shù)模塊等，在軟件上可采用改變信息刷新方式、運用中斷處理、調(diào)整輸入濾波器等措施。 2編程元件 不同廠家、不同系列的PLC，其內(nèi)部軟繼電器編程元件的功能和編號也不相同，因此在編制程序時，必須熟悉所選用PLC的每條指令涉及編程元件的功能和編號。 （1輸入繼電器X） 輸入繼電器與輸入端相連，它是專門用來接受PLC外部開關信號的元件。PLC通過輸入接口將外部輸入信號狀態(tài)接通時為“1”，斷開時為“0”）讀入并存儲在輸入映

16、象寄存器中。輸入繼電器必須由外部信號驅(qū)動，不能用程序驅(qū)動，所以在程序中不可能出現(xiàn)其線圈。由于輸入繼電器X為輸入映象寄存器中的狀態(tài)，所以其觸點的使用次數(shù)不限。FX系列PLC的輸入繼電器以八進制進行編號，F(xiàn)X2N輸入繼電器的編號范圍為X000X267184點）。 （2輸出繼電器Y） 輸出繼電器是用來將PLC內(nèi)部信號輸出傳送給外部負載用戶輸出設備）。輸出繼電器線圈是由PLC內(nèi)部程序的指令驅(qū)動，其線圈狀態(tài)傳送給輸出單元，再由輸出單元對應的硬觸點來驅(qū)動外部負載。每個輸出繼電器在輸出單元中都對應有唯一一個常開硬觸點，但在程序中供編程的輸出繼電器，不管是常開還是常閉觸點，都可以無數(shù)次使用。FX系列PLC的輸出繼電器也是八進制編號，其中FX2N編號范圍為Y000Y267184點）。 3. 編程語言和指令 （1梯形圖 梯形圖語言是在傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達符號的基礎上演變而來的。它與電器控制線路圖相似，繼承了傳統(tǒng)電器控制邏輯中使用的框架結構、邏輯運算方式和輸入輸出形式，具有形象、直觀、實