ch3-PLC概述及基本原理

一、可編程控制器的產(chǎn)生3.1可編程控制器概述使用數(shù)千個(gè)繼電器制成的8位計(jì)算機(jī)1、繼電器接觸器控制系統(tǒng)存在的問題=體積大=接線復(fù)雜=動(dòng)作速度慢=功能弱=可靠性差20世紀(jì)20年代起一、可編程控制器的產(chǎn)生3.1可編程控制器概述1、繼電器接觸器控制系統(tǒng)存在的問題=靈活性差，生產(chǎn)工藝改變或?qū)ο蟾淖儠r(shí)須重新接線或更換控制柜M2M1UVWUVWKM1KM2FR1FR2KM1KTKM2FR1FR2SB1KM1KTKM2SB2KM1一、可編程控制器的產(chǎn)生3.1可編程控制器概述IBM1800數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)（50萬美元）2、小型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)存在的問題=價(jià)格高=輸入、輸出電路信號(hào)及容量不匹配=編程技術(shù)復(fù)雜20世紀(jì)60年代末一、可編程控制器的產(chǎn)生3.1可編程控制器概述3、第一臺(tái)PLC的誕生1968年GE公司液壓自動(dòng)分部工廠招標(biāo)使用PDP-8計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程DEC公司

PDP-14編程方式：二進(jìn)制代碼提出了10項(xiàng)指標(biāo)1969年控制單元

一、可編程控制器的產(chǎn)生3.1可編程控制器概述DECPDP-14中的模塊3、第一臺(tái)PLC的誕生M740instructiondecoder&controlM741majorstates&timingM745PDP-8interface一、可編程控制器的產(chǎn)生3.1可編程控制器概述DECPDP-14中的模塊3、第一臺(tái)PLC的誕生M743KinterfacecontrolM744registercomparecircuitM742switch&powercontrol一、可編程控制器的產(chǎn)生3.1可編程控制器概述3、第一臺(tái)PLC的誕生BedfordAssociate公司084型PLC及其研制者1969年11月誕生采用梯形圖編程被GE公司貼牌生產(chǎn)為GEPC-45其特性成為PLC工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)二、可編程控制器的定義3.1可編程控制器概述1、美國電氣制造協(xié)會(huì)（NEMA）1980年是一種數(shù)字式電子儀器，可以存儲(chǔ)某些邏輯、定序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和四則運(yùn)算等特殊功能指令，用以控制機(jī)械和生產(chǎn)過程。2、國際電工委員會(huì)（IEC）1987年是一種數(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)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(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)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程。二、可編程控制器的定義3.1可編程控制器概述3、定義中的三個(gè)概念PLC是什么PLC有什么功能（能干什么）PLC及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則定義強(qiáng)調(diào)了PLC直接用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。三、可編程控制器的特點(diǎn)3.1可編程控制器概述可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)通用性強(qiáng)，使用方便采用模塊化結(jié)構(gòu)，接口種類多，便于現(xiàn)場連接、擴(kuò)充編程、程序修改方便，易掌握維護(hù)調(diào)試方便（I/O指示）三、可編程控制器的特點(diǎn)3.1可編程控制器概述抗干擾硬件措施：屏蔽：對(duì)PLC的電源變壓器、內(nèi)部CPU、編程器等主要部件采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防止外界的電磁干擾。濾波：對(duì)PLC的輸入輸出線路采用了多種形式的濾波，以消除或抑制高頻干擾。隔離：在PLC內(nèi)部的微處理器和輸入輸出電路之間，采用了光電隔離措施。模塊式結(jié)構(gòu)：快速更換故障模塊，修復(fù)系統(tǒng)。三、可編程控制器的特點(diǎn)3.1可編程控制器概述抗干擾軟件措施：故障檢測：設(shè)計(jì)故障檢測軟件定期地檢測外界環(huán)境，如掉電、欠電壓信號(hào)等，以便及時(shí)處理。信息保護(hù)和恢復(fù)：信息保護(hù)和恢復(fù)軟件使PLC偶爾發(fā)生故障條件出現(xiàn)時(shí)，將PLC內(nèi)部信息進(jìn)行保護(hù)以免遭破壞。故障條件消失，則恢復(fù)工作。設(shè)置監(jiān)視定時(shí)器WDT：如PLC程序每次循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過WDT規(guī)定的時(shí)間，預(yù)示程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報(bào)警。對(duì)程序進(jìn)行檢查和檢驗(yàn)：一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警并停止執(zhí)行。四、可編程控制器的應(yīng)用范圍3.1可編程控制器概述1、順序控制PLC取代傳統(tǒng)的繼電器構(gòu)成順序控制系統(tǒng)，是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。2、運(yùn)動(dòng)控制PLC制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。

3、過程控制PLC能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。常用到PID模塊

。

四、可編程控制器的應(yīng)用范圍3.1可編程控制器概述4、數(shù)據(jù)處理隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，已把支持順序控制的PLC和CNC的設(shè)備緊密地結(jié)合了起來。5、通信和聯(lián)網(wǎng)通過多臺(tái)PLC之間的聯(lián)網(wǎng)通信組建工廠自動(dòng)化系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)及集散控制系統(tǒng)。

五、可編程控制器的發(fā)展?fàn)顩r3.1可編程控制器概述1、可編程控制器分類（1）按I/O點(diǎn)數(shù)容量I/O點(diǎn)數(shù)用戶程序存儲(chǔ)器容量小型＜256點(diǎn)＜2K中型256點(diǎn)-2048點(diǎn)2K-8K大型＞2048點(diǎn)＞8K五、可編程控制器的發(fā)展?fàn)顩r3.1可編程控制器概述1、可編程控制器分類（2）按結(jié)構(gòu)形式整體式特點(diǎn)：基本單元上設(shè)有擴(kuò)展端口，通過擴(kuò)展電纜與擴(kuò)展單元（模塊）相連?；締卧ㄖ鳈C(jī)）可獨(dú)立工作；多見于微型、小型PLCPLC體積小，成本低，安裝方便。五、可編程控制器的發(fā)展?fàn)顩r3.1可編程控制器概述1、可編程控制器分類（2）按結(jié)構(gòu)形式模塊式特點(diǎn)：多見于中型、大型PLC模塊式結(jié)構(gòu)的PLC由一些模塊單元構(gòu)成，這些標(biāo)準(zhǔn)模塊有CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、各種功能模塊等。像堆積木一樣，使用時(shí)將這些模塊插在框架上或基板上即可。各模塊功能是獨(dú)立的，外形尺寸統(tǒng)一，可根據(jù)需要靈活配置。由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、各種功能模塊等標(biāo)準(zhǔn)模塊組成。各模塊功能獨(dú)立，外形尺寸統(tǒng)一，可根據(jù)需要靈活配置，插在框架或基板上使用。五、可編程控制器的發(fā)展?fàn)顩r3.1可編程控制器概述2、廠商及產(chǎn)品（1）國內(nèi)上海東屋電氣有限公司：CF系列杭州機(jī)床電器廠：DKK及D系列大連組合機(jī)床研究所：S系列蘇州電子計(jì)算機(jī)廠：YZ系列臺(tái)達(dá)電通股份有限公司：ES/EX/SS系列DVP-PLC（中、小型PLC）五、可編程控制器的發(fā)展?fàn)顩r3.1可編程控制器概述2、廠商及產(chǎn)品（2）國外三菱西門子ABB歐姆龍256點(diǎn)以下1K點(diǎn)以下1萬點(diǎn)以下FX系列AnS、Q、Q、nA等S7-200S7-300S7-400MicrologixSCL500PLC5MiniSk20、CPM1A等C200、SYSMAC、CQM1CVN1、CV500-2000六、可編程控制器的發(fā)展趨勢3.1可編程控制器概述1、小型化、專用化、低成本化2、大容量、高速度、信息化3、模塊智能化（自帶CPU）4、人機(jī)界面（接口）人性化（1）編程工具更強(qiáng)大（2）人機(jī)界面硬件功能更強(qiáng)大、價(jià)格更低廉（3）基于PC的組態(tài)軟件六、可編程控制器的發(fā)展趨勢3.1可編程控制器概述5、更具安全性、冗余性6、開放性和標(biāo)準(zhǔn)化（IEC61131）7、通信聯(lián)網(wǎng)功能增強(qiáng)和易用化8、軟PLC概念和PAC（可編程自動(dòng)化控制器）概念的出現(xiàn)9、PLC與現(xiàn)場總線技術(shù)的結(jié)合3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成PLC在組成上與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本相同一、CPU3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成1、CPU的主要任務(wù)（1）接收、存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)，顯示程序的內(nèi)容和地址（2）檢查、校驗(yàn)用戶程序（3）接收、調(diào)用現(xiàn)場信息（4）執(zhí)行用戶程序（5）故障診斷2、CPU的芯片（1）通用芯片（2）專用芯片二、存儲(chǔ)器3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成1、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器（1）系統(tǒng)管理程序（2）用戶指令解釋程序（3）標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序用于存儲(chǔ)PLC廠家編寫的系統(tǒng)程序，包括：2、用戶程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)用戶編寫的程序3、工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)。如用戶程序中使用的ON/OFF狀態(tài)、數(shù)值數(shù)據(jù)等。三、輸入/輸出接口3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成1、輸入接口（1）開關(guān)量輸入接口來自按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器、接近開關(guān)、光電開關(guān)等。按鈕開關(guān)等按鈕開關(guān)等PNP型集電極開路輸出的傳感器NPN型集電極開路輸出的傳感器漏型接法源型接法三、輸入/輸出接口3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成1、輸入接口（2）模擬量輸入接口來自電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器。三、輸入/輸出接口3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成2、輸出接口（1）開關(guān)量輸出接口繼電器輸出回路三、輸入/輸出接口3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成2、輸出接口（1）開關(guān)量輸出接口晶體管NPN回路接線法晶體管PNP回路接線法三、輸入/輸出接口3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成2、輸出接口（2）模擬量輸出接口分為輸出電壓和輸出電流四、電源3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成五、各種接口3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成接口：擴(kuò)展接口、通信接口、I/O接口等DVP-SX2CPU模塊外形示意圖五、各種接口3.2可編程控制器的硬件構(gòu)成RS485的連接IEC61131標(biāo)準(zhǔn)：希望統(tǒng)一編程語言3.3可編程控制器的編程語言梯形圖（LadderDiagram,LD）功能塊（FunctionBlockDiagram,FBD）順序功能圖（SequentialFunctionChart,SFC）指令列表（InstructionList,IL）結(jié)構(gòu)化文本（StructureText,ST）圖形語言文本語言一、梯形圖3.3可編程控制器的編程語言源自繼電器控制系統(tǒng)原理圖特點(diǎn)：直觀、清晰電氣邏輯關(guān)系的表示方法基本思想一致符號(hào)和表達(dá)方式有一定區(qū)別應(yīng)用：邏輯順序控制聯(lián)系與區(qū)別：二、指令列表語言3.3可編程控制器的編程語言類似于匯編語言，按順序編寫PLC控制程序并逐條列出指令。LDX1ORY1ANIX3ANIY2OUTY1LDX2ORY2ANIX4ANIY1OUTY2END三、順序功能圖3.3可編程控制器的編程語言可以對(duì)具有并行、選擇等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進(jìn)行編程，適合于復(fù)雜的順序控制系統(tǒng)。三要素：狀態(tài)（步）與狀態(tài)相關(guān)的動(dòng)作與狀態(tài)相關(guān)的轉(zhuǎn)移交通燈控制的SFC四、功能塊圖3.3可編程控制器的編程語言類似于使用各種門電路，同時(shí)加上輸入、輸出，通過邏輯連接實(shí)現(xiàn)邏輯控制?？砂押瘮?shù)（FUN）和功能塊（FB）連接到電路中，完成復(fù)雜的功能和計(jì)算。用戶可自定義函數(shù)（FUN）和功能塊（FB）。五、結(jié)構(gòu)化文本3.3可編程控制器的編程語言隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，為了增強(qiáng)PLC的運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理及通信等功能，以上編程語言不能滿足要求。近年來推出的PLC，尤其是大型PLC，都可用高級(jí)語言，如BASCIC語言、C語言、PASCAL語言等進(jìn)行編程。一、工作方式3.4可編程控制器的工作原理繼電器-接觸器控制系統(tǒng)并行工作方式PLC控制系統(tǒng)串行工作方式（順序掃描式）二、工作過程3.4可編程控制器的工作原理開機(jī)內(nèi)部處理通信服務(wù)輸入刷新程序執(zhí)行輸出刷新上電和掉電處理、自診斷和出錯(cuò)處理等外設(shè)、CPU、總線等之間的通信掃描過程：掃描周期：執(zhí)行一次掃描操作所需要的時(shí)間掃描周期取決于I/O點(diǎn)數(shù)的多少和程序長度讀掃秒周期：通過讀取內(nèi)部的寄存器D1010測掃秒周期：通過每個(gè)掃描周期觸發(fā)輸出，測輸出脈沖的周期估算秒周期：根據(jù)每個(gè)指令的執(zhí)行時(shí)間二、工作過程3.4可編程控制器的工作原理（1）輸入刷新（輸入信號(hào)再生）集中輸入方式：將外部輸入信號(hào)的On/Off狀態(tài)一次性讀入輸入映像存儲(chǔ)區(qū)。（2）程序執(zhí)行從左到右、從上到下掃描各條指令讀輸入映像區(qū)、裝置映像區(qū)寫裝置映像區(qū)執(zhí)行期間，輸入映像區(qū)內(nèi)的狀態(tài)不隨外部輸入信號(hào)狀態(tài)變化（3）輸出刷新（輸出信號(hào)再生）集中輸出方式：執(zhí)行完畢后，將裝置映像存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)Y的狀態(tài)輸出到輸出映像區(qū)鎖存（實(shí)際輸出）二、工作過程3.4可編程控制器的工作原理（4）I/O滯后時(shí)間PLC的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻至它控制的有關(guān)外部輸出發(fā)生變化的時(shí)刻之間的間隔。原因：輸入濾波器的時(shí)間常數(shù)