哈工大PLC教學(xué)課件

1、 第1頁(yè)，共45頁(yè)。學(xué)習(xí)情境一 S7200可編程控制器基本模塊的使用1.1 概述1.2 PLC的硬件組成1.3 PLC的軟件系統(tǒng)1.4 PLC的工作過(guò)程1.5 建立PLC與計(jì)算機(jī)的連接 （STEP-7 MICRO/WIN入門）第2頁(yè)，共45頁(yè)。1.1 概述 PLC在早期是一種開(kāi)關(guān)邏輯控制裝置，被稱為可編程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱PLC。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，PLC采用微處理器作為其控制核心，它的功能已不再局限于邏輯控制的范疇。因此，1980年美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)(NEMA)將其命名為Programmable Controller(

2、PC)，但為避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱PC混淆，習(xí)慣上仍將其稱為PLC。第3頁(yè)，共45頁(yè)。1.1.1 PLC的定義 國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）于 1982年11月1985年1月對(duì)可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過(guò)數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)”。第4頁(yè)，共45頁(yè)。PLC的定義

3、 PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制裝置。第5頁(yè)，共45頁(yè)。PLC的產(chǎn)生與發(fā)展PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 PLC與繼電接觸器控制系統(tǒng)的比較 PLC與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較PLC 的特點(diǎn)請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合右邊的主題寫一篇關(guān)于PLC在某個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的綜述第6頁(yè)，共45頁(yè)。PLC的基本組成PLC主要由CPU模塊、輸入/輸出模塊、電源模塊和外部設(shè)備組成 第7頁(yè)，共45頁(yè)。整體式組合式 PLC的基本分類小型機(jī)常采用整體式中、大型機(jī)常采用組合式1.2 認(rèn)知PLC的硬件組成第8頁(yè)，共45頁(yè)。輸出設(shè)備輸入設(shè)備 I/O擴(kuò)展 單元 特殊功 能單元主機(jī)輸出單元輸入單元

4、電 源外設(shè)接口I/O擴(kuò)展口存 儲(chǔ) 器 系統(tǒng)程序 存儲(chǔ)器 C P U 用戶程序 存儲(chǔ)器盒式磁帶機(jī)打印機(jī)EPROM寫入器 上位計(jì)算機(jī) PLC編程器可編程終端PT 整體式 PLC的基本組成框圖第9頁(yè)，共45頁(yè)。 組合式 PLC的基本組成框圖 系 統(tǒng) 總 線通信單元 控 制 系 統(tǒng) 現(xiàn) 場(chǎng) 過(guò) 程CPU單元輸出單元 編程器PLC或上位計(jì)算機(jī)智能I/O單元輸入單元第10頁(yè)，共45頁(yè)。 輸入并存儲(chǔ)用戶程序、顯示輸入內(nèi)容和地址； CPU指揮PLC完成各種預(yù)定的功能 檢查、校驗(yàn)用戶程序，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤即報(bào)警； 執(zhí)行用戶程序、驅(qū)動(dòng)外部輸出設(shè)備動(dòng)作； 診斷故障、記憶故障信息并報(bào)警。1.2.1 CPU單元第11頁(yè)，共45

5、頁(yè)。CPU的種類PLC中所采用的CPU通常有三種 ：（1）通用處理器：8086、80286、80386（2）單片機(jī)芯片：8031、8096（3）位片式微處理器：AMD-2900小型PLC多采用8位微處理器或單片機(jī)作為CPU中型PLC多采用16位微處理器或單片機(jī)作為CPU大型PLC多采用高速位片式微處理器第12頁(yè)，共45頁(yè)。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)系統(tǒng)系統(tǒng)程序用戶程序存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)系統(tǒng)用戶程序工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù) 2. 存儲(chǔ)器第13頁(yè)，共45頁(yè)。RAM：存儲(chǔ)各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào) 試的程序。ROM：存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序。 存儲(chǔ)器第14頁(yè)，共45頁(yè)。 PLC與外部設(shè)備聯(lián)系的

6、橋梁 開(kāi)關(guān)量輸入單元 開(kāi)關(guān)量輸出單元 直流輸入單元 交流輸入單元晶體管輸出單元晶閘管輸出單元繼電器輸出單元 1.2.2. I/O單元第15頁(yè)，共45頁(yè)。 輸入、輸出接口：采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。輸出接口作用：將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行電路的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離。輸出三種形式：繼電器 - 低速大功率 可控硅 - 高速大功率 晶體管 - 高速小功率輸入接口作用：將按鈕、行程開(kāi)關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。第16頁(yè)，共45頁(yè)。（1）輸入接口電路：采用光電耦合器，防

7、止強(qiáng)電干擾。COM光電三極管發(fā)光二極管直流電源輸入端子+PLCIn+24V發(fā)光二極管第17頁(yè)，共45頁(yè)。 直流輸入電路M+5VLEDSR3R1AR2CT 內(nèi) 部 電 路濾波 光電耦合 外部開(kāi)關(guān) 輸入點(diǎn)的狀態(tài)顯示 輸入點(diǎn) 公共端 第18頁(yè)，共45頁(yè)。 交流輸入電路LED+5VAR2MSCR1 內(nèi) 部 電 路R3濾波 光電耦合 輸入點(diǎn)的狀態(tài)顯示 外部開(kāi)關(guān) 輸入點(diǎn) 第19頁(yè)，共45頁(yè)。繼電器輸出（2）輸出接口電路：以繼電器形式為例：PLC內(nèi)部電路內(nèi)部電路K+交流電源或直流電源QL+-第20頁(yè)，共45頁(yè)。 晶體管輸出電路T2LEDDFU+5V內(nèi) 部 電 路T1R1R2R3負(fù)載光電耦合 輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示

8、 公共端 輸出點(diǎn) 第21頁(yè)，共45頁(yè)。 晶閘管輸出電路LEDR2 C TFU內(nèi) 部 電 路R1負(fù)載光電耦合 輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示 公共端 輸出點(diǎn) 第22頁(yè)，共45頁(yè)。 繼電器輸出電路LED K R內(nèi) 部 電 路負(fù)載輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示 繼電器 機(jī)械觸點(diǎn) 公共端 輸出點(diǎn) 第23頁(yè)，共45頁(yè)。 PLC由開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源為內(nèi)部電路供電抗干擾性能好 有的PLC能向外部提供24V的直流電源 可作為輸入單元連接的外部設(shè)備的電源 開(kāi)關(guān)電源輸入電壓范圍寬體積小重量輕效率高 1.2.3 電源單元第24頁(yè)，共45頁(yè)。電源單元把外部供應(yīng)的電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各單元所需的電源。有的電源單元還向外提供24v隔離直流電源，可供開(kāi)關(guān)量

9、輸入單元連接的現(xiàn)場(chǎng)無(wú)源開(kāi)關(guān)等使用。 第25頁(yè)，共45頁(yè)。PLC的供電第26頁(yè)，共45頁(yè)。 各種接口、高功能模塊：便于擴(kuò)展 小型機(jī)：一體機(jī)。有接口可擴(kuò)展。 第27頁(yè)，共45頁(yè)。Power in a Small Package!電源模塊CPU模塊IO模塊底 板中、大型機(jī)：模塊式。可根據(jù)需要在主板上隨意組合。第28頁(yè)，共45頁(yè)。PLC的外部設(shè)備主要有：編程設(shè)備觸摸屏操作面板文本顯示器打印機(jī) 等 1.2.4 外部設(shè)備第29頁(yè)，共45頁(yè)。 編程設(shè)備PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTLWLORRWRANYWYSTXWXSRC(-)

10、OP(BIN)K/HSCCTCEVTMTSVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR第30頁(yè)，共45頁(yè)。 編程器是對(duì)PLC進(jìn)行操作的工具 專 用 編 程 器 在裝有專用編程軟件的計(jì)算機(jī)上編程 簡(jiǎn)易編程器 直插式、便攜式 計(jì)算機(jī)輔助編程 圖形編程器 編程工具第31頁(yè)，共45頁(yè)。1.3 PLC的軟件系統(tǒng)1.3.1 系統(tǒng)程序 系統(tǒng)程序是由PLC的制造者采用匯編語(yǔ)言編寫的，固化于ROM型系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中，用于控制PLC本身的運(yùn)行，用戶不能更改。 系統(tǒng)程序分為：1.系統(tǒng)管理程序2.用戶指令解釋程序3.標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用程序 第32頁(yè)，共45頁(yè)。PLC的軟件系

11、統(tǒng)1.3.2 用戶程序 用戶程序又稱為應(yīng)用程序，是用戶為完成某一控制任務(wù)而利用PLC的編程語(yǔ)言編制的程序。用戶程序是線性地存儲(chǔ)在系統(tǒng)程序制定的存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)。1用戶環(huán)境 用戶環(huán)境是由系統(tǒng)程序生成的，它包括用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、用戶元件區(qū)、用戶程序存儲(chǔ)區(qū)、用戶參數(shù)、文件存儲(chǔ)區(qū)等。2用戶程序結(jié)構(gòu) 用戶程序結(jié)構(gòu)大致可以分為三種：（1）線性程序（2）分塊程序（3）結(jié)構(gòu)化程序3用戶程序語(yǔ)言 PLC的編程語(yǔ)言有多種，其中梯形圖、語(yǔ)句表、功能塊圖是三種基本語(yǔ)言。 第33頁(yè)，共45頁(yè)。1.4 PLC的工作過(guò)程PLC的循環(huán)掃描工作過(guò)程 接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制 第34頁(yè)，共45頁(yè)。1.4.1 接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制 繼

12、電接觸器控制系統(tǒng)，又稱為接線程序控制系統(tǒng)，是通過(guò)電器元器件的固定接線來(lái)實(shí)現(xiàn)控制邏輯，完成控制任務(wù)的。第35頁(yè)，共45頁(yè)。接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制 在PLC控制系統(tǒng)中，用戶根據(jù)控制要求編制出相應(yīng)的控制程序，并寫入PLC的程序存儲(chǔ)器中。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，PLC將程序執(zhí)行結(jié)果輸出給相應(yīng)的輸出設(shè)備，控制被控對(duì)象工作。 這種控制稱為存儲(chǔ)程序控制。第36頁(yè)，共45頁(yè)。1.4.2 PLC 的循環(huán)掃描工作過(guò)程 掃描工作分為 5 個(gè)階段 公 共 處 理 階 段 程 序 執(zhí) 行 階 段 掃描周期計(jì)算階段 I/O 刷 新 階 段 外設(shè)端口處理 階段第37頁(yè)，共45頁(yè)。 PLC的循環(huán)掃描工作過(guò)程 掃描工作一般分為：讀輸入

13、、執(zhí)行程序、處理通信請(qǐng)求、自診斷檢查和寫輸出等過(guò)程，CPU反復(fù)不停地分階段處理上述各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為循環(huán)掃描。 執(zhí)行用戶程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分，用戶程序不運(yùn)行時(shí)，PLC也在掃描，只不過(guò)在一個(gè)周期中去除了執(zhí)行用戶程序和讀輸入、寫輸出的內(nèi)容。 PLC最主要的工作方式是循環(huán)掃描（周期掃描） PLC在運(yùn)行工作狀態(tài)，執(zhí)行如上所述的一次掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為1100ms。掃描周期與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和CPU的運(yùn)算速度有很大的關(guān)系。用戶程序較長(zhǎng)時(shí)，指令執(zhí)行的時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。 第38頁(yè)，共45頁(yè)。設(shè)置各異常繼電器異常：(ERR/A

14、LM)LED燈亮警告：(ERR/ALM)LED閃爍異?；蚓?？ 無(wú)有異常檢查結(jié)果正常？掃描周期監(jiān)視 時(shí)間預(yù)置執(zhí)行用戶程序 程序結(jié)束？(END命令？)NoYes掃描周期固定值設(shè)定檢查 有固定值設(shè)置？等待設(shè)定掃描周期到 計(jì)算掃描周期 I/O 刷 新正常異常警告 接通電源初始化I/O外設(shè)端口 服務(wù)初始化I/O、內(nèi)部輔助、特殊輔助、輔助記憶繼電器區(qū)域清零定時(shí)器預(yù)置識(shí)別擴(kuò)展單元公 共 處 理執(zhí)行用戶 程序掃 描 周 期 計(jì) 算 處 理刷新硬件、用戶程序內(nèi)存檢 查 外設(shè)端口服務(wù)循環(huán)掃描工作流程PLC 接通電源 初始化 硬件檢查 正常？異常報(bào)警異常處理掃描周期監(jiān)視執(zhí)行用戶程序 程序結(jié)束？掃描周期檢查有固定設(shè)

15、置？ 等待掃描周期計(jì)算 I/O刷新外設(shè)端口服務(wù) 異常 公共處理 執(zhí)行用戶程序掃描周期計(jì)算 刷 新端口服務(wù)第39頁(yè)，共45頁(yè)。 (1) PLC掃描工作各環(huán)節(jié)的功能 PLC上電后，首先檢查硬件是否正常。 按自上而下的順序，逐條讀用戶程序并執(zhí)行。對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 將結(jié)果存入元件映象寄存器。 計(jì)算掃描周期。若正常，則進(jìn)行下一步；若不正常，則報(bào)警并作處理。母線 I/O刷新階段。 外設(shè)端口服務(wù)。讀輸入點(diǎn)的狀態(tài)并寫入輸入映像寄存器。將元件映像寄存器的狀態(tài)經(jīng)輸出鎖存器、輸出電路送到輸出點(diǎn)。訪問(wèn)外設(shè)端口連接的外部設(shè)備。第40頁(yè)，共45頁(yè)。讀讀讀寫寫 執(zhí)行用戶程序 I/O刷新 I/O刷新 I/O刷新 I/O刷新 (2) PLC執(zhí)行用戶程序的過(guò)程第41頁(yè)，共45頁(yè)。(3) PLC控制的原理 等效電路圖SB1SB2ST公共端公共端輸入部分輸出端子輸入端子用戶程序輸出部分主電路KMFUFR M 3 QKMPLCSB1SB2KMST