可編程控制器概述專題培訓(xùn)課件

可編程控制器概述本章主要內(nèi)容3.1PLC的產(chǎn)生和定義3.2PLC的主要功能及特點(diǎn)3.3PLC的應(yīng)用和發(fā)展3.4PLC的分類3.5PLC的系統(tǒng)組成3.6PLC與其它控制系統(tǒng)的區(qū)別3.7PLC的工作原理3.8PLC的編程語(yǔ)言12/4/20197/29/202323．1．1PLC的產(chǎn)生--GM10條(1)編程簡(jiǎn)單，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序；(2)維修方便，最好是插件式結(jié)構(gòu)；(3)可靠性高于繼電器控制裝置；(4)體積小于繼電器控制裝置；(5)數(shù)據(jù)可以直接輸入管理計(jì)算機(jī)；(6)可以直接用交流115V；(7)輸出為交流115V,容量要求2A以上,可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等負(fù)載；(8)通用性強(qiáng)，易擴(kuò)展，擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)只需很少變更；(9)用戶存貯器容量大于4KB；(10)性能價(jià)格比可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)。3．1PLC的產(chǎn)生與定義12/4/20197/29/20233

3.1.2PLC的定義

早期的可編程控制器主要是用來(lái)替代繼電器控制系統(tǒng)的，因此功能較為簡(jiǎn)單，只能進(jìn)行開(kāi)關(guān)量邏輯控制，稱為可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）,簡(jiǎn)稱PLC。“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì).它采用了可編程序的存儲(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)算等操作的指令，并通過(guò)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(guò)程。而有關(guān)的外圍設(shè)備,都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體,易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì).”可以認(rèn)為PLC實(shí)質(zhì)是一臺(tái)工業(yè)控制用計(jì)算機(jī)。12/4/20197/29/20234(一)PLC的功能1.開(kāi)關(guān)邏輯和順序控制2.模擬控制（A/D和D/A控制）3.定時(shí)/計(jì)數(shù)控制4.步進(jìn)控制5．運(yùn)動(dòng)控制6.數(shù)據(jù)處理7.通信聯(lián)網(wǎng)

3．2PLC的功能特點(diǎn)12/4/20197/29/20235

（二）PLC的特點(diǎn)1.編程簡(jiǎn)單,易于使用；2．可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；3.控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)；4.功能完善；5.設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試的周期短；6.體積小、重量輕、功耗低，維護(hù)操作方便；7.易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。12/4/20197/29/20236硬件方面措施：(1)隔離(2)濾波(3)在PLC內(nèi)部對(duì)CPU供電電源采取屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施.(4)內(nèi)部設(shè)置連鎖、故障檢測(cè)與診斷等電路，一旦發(fā)生故障就報(bào)警。(5)外部采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)惡劣環(huán)境。軟件方面措施：設(shè)置數(shù)字濾波、故障檢測(cè)與診斷程序，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤立即處理（封鎖輸出、報(bào)警、保護(hù)數(shù)據(jù)）.12/4/20197/29/202373.3PLC的應(yīng)用與發(fā)展3.3.1PLC的發(fā)展?fàn)顩r3.3.2PLC的發(fā)展趨勢(shì)1.向小型化、專業(yè)化、低成本方向發(fā)展;2.向大容量,高速度方向發(fā)展;3.智能型I/O模塊的發(fā)展;4.基于PC的編程軟件取代編程器;5.PLC編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化;6.PLC通信的易用化;7.組態(tài)軟件與PLC的軟件化;8.PLC與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合12/4/20197/29/20238一方面向著大型化的方向發(fā)展，一方面則向著小型化的方向發(fā)展。PLC向大型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在大中型PLC高功能、大容量、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，使之能與計(jì)算機(jī)組成集成控制系統(tǒng)，對(duì)大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合的自動(dòng)控制。PLC向小型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：為了減小體積、降低成本，向高性能的整體型發(fā)展；在提高系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上，產(chǎn)品的體積越來(lái)越小，功能越來(lái)越強(qiáng)；應(yīng)用的專業(yè)性，使得控制質(zhì)量大大提高?？删幊绦蚩刂破鞯陌l(fā)展趨勢(shì)12/4/20197/29/20239常用PLC的生產(chǎn)廠家日本立石（OMRON）公司的C系列可編程序控制器；日本三菱（MITSUBISHI）公司的F、F1、F2、FX2系列可編程序控制器；日本松下（PANASONIC）電工公司的FP1系列可編程序控制器；美國(guó)通用電氣（GE）公司的GE系列可編程序控制器；美國(guó)艾論—布拉德利（A--B）公司的PLC-5系列可編程序控制器；德國(guó)西門(mén)子（SIEMENS）公司的S5、S7系列可編程序控制器。12/4/20197/29/202310國(guó)產(chǎn)P111G-MC2型PLC國(guó)產(chǎn)SOC-48NE2型PLC

國(guó)產(chǎn)JH120H型PLC

日本FX型PLC美國(guó)通用PLC日本松下PLC合資產(chǎn)品歐姆龍PLC德國(guó)西門(mén)子PLC12/4/20197/29/2023113.3.3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、紡織、環(huán)保和娛樂(lè)等行業(yè)。PLC的應(yīng)用范圍可分成5種類型。（1）順序控制如印刷機(jī)械、包裝機(jī)械、機(jī)床裝配生產(chǎn)線及電梯控制等。（2）運(yùn)動(dòng)控制PLC把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。（3）過(guò)程控制PLC還能控制大量的過(guò)程參數(shù)，如溫度、流量、壓力和液位。一個(gè)具有PID控制能力的PLC可用于過(guò)程控制。（4）數(shù)據(jù)處理在機(jī)械加工中,PLC作為主要的控制與管理系統(tǒng)可以完成大量的數(shù)據(jù)處理工作。（5）通信網(wǎng)絡(luò)12/4/20197/29/202312PLC的應(yīng)用領(lǐng)域傳送帶生產(chǎn)線控制灌裝及包裝機(jī)械木材加工電梯控制空調(diào)控制紡織機(jī)械印刷機(jī)械12/4/20197/29/2023133.4 PLC的分類一、按點(diǎn)數(shù)和功能分類（1）超小型機(jī) ：I/O點(diǎn)數(shù)為64點(diǎn)以內(nèi)，內(nèi)存容量為256～1000字節(jié)；（2）小型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)為64～256，內(nèi)存容量為1～3.6K字節(jié)；（3）中型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)為256～1024，內(nèi)存容量為3.6～13K字節(jié)；（4）大型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)為1024以上，內(nèi)存容量為13K字節(jié)以上；12/4/20197/29/202314二、按結(jié)構(gòu)形式分類（1）整體式結(jié)構(gòu)一般的小型及超小型PLC多為整體式結(jié)構(gòu)，這種可編程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及與編程器或EPROM寫(xiě)入器相連的接口、輸入/輸出端子、電源、指示燈等都裝配在一起的整體裝置。西門(mén)子公司的S7-200系列PLC為整體式結(jié)構(gòu)。（2）模塊式結(jié)構(gòu)模塊式結(jié)構(gòu)又叫積木式。這種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)是把PLC的每個(gè)工作單元都制成獨(dú)立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、通信模塊等。常見(jiàn)產(chǎn)品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西門(mén)子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。12/4/20197/29/20231512/4/20197/29/202316

3.5PLC的系統(tǒng)組成

PLC專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，它主要是由CPU、電源、存儲(chǔ)器和專門(mén)設(shè)計(jì)的輸入/輸出接口電路等組成。PLC的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示：

圖3.1PLC結(jié)構(gòu)框圖12/4/20197/29/202317

1.中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片上。CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入/輸出接口電路相連接。它的主要功能有以下幾點(diǎn)：①接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；②用掃描方式接收輸入設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)；③監(jiān)測(cè)和診斷電源、PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和用戶程序編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤；④執(zhí)行用戶程序，完成各種數(shù)據(jù)的運(yùn)算、傳遞和存儲(chǔ)等功能；⑤根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器表的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。PLC常用的CPU芯片有通用微處理器、單片機(jī)和位片式微處理器。PLC的檔次越高，所用的CPU的位數(shù)也越多，運(yùn)算速度也越快，功能越強(qiáng)。12/4/20197/29/202318

2.存儲(chǔ)器

PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩部分。系統(tǒng)存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)程序，并固化到ROM內(nèi)，用戶不能直接更改。它使PLC具有基本功能，能夠完成PLC設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。其內(nèi)容主要包括三部分。第一部分為系統(tǒng)管理程序；第二部分為用戶指令解釋程序；第三部分為標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用。用戶存儲(chǔ)器用來(lái)存放用戶編制的控制程序。它包括用戶程序存儲(chǔ)器（程序區(qū)）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。PLC常用的存儲(chǔ)器類型三種：（1）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）（2）只讀存儲(chǔ)器（ROM）（3）可電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EPROM、EEPROM12/4/20197/29/202319

3.輸入/輸出單元

PLC的輸入/輸出信號(hào)類型可以是開(kāi)關(guān)量和模擬量。輸入單元接收來(lái)自用戶設(shè)備的各種控制信號(hào)，通過(guò)接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識(shí)別和處理的信號(hào)，并存到輸入映像寄存器。運(yùn)行時(shí)CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備的執(zhí)行元件。常用開(kāi)關(guān)量輸入/輸出接口電路有：（1）輸入接口電路通常PLC的輸入類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內(nèi)部提供。

12/4/20197/29/202320圖3.2直流輸入接口電路圖3.3交流輸入接口電路12/4/20197/29/202321(2)輸出接口電路輸出接口電路按輸出開(kāi)關(guān)器件的種類分通常有三種類型:繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。每種輸出電路都采用電氣隔離技術(shù)，電源由外部提供，輸出電流一般為0.5～2A。它只能帶直流負(fù)載，屬于直流輸出方式，直流電源由用戶提供。特點(diǎn)：壽命長(zhǎng)、無(wú)噪音、可靠性高、可以高速通斷，頻率響應(yīng)快，響應(yīng)時(shí)間為0.2ms能滿足一些直流負(fù)載的特殊要求.如直流電機(jī)、電器和高速電磁閥的驅(qū)動(dòng)等，但其價(jià)格高，過(guò)載能力差。①晶體管輸出：如圖示12/4/20197/29/202322

②晶閘管輸出：如圖示晶閘管輸出也是無(wú)觸點(diǎn)輸出，它采用光觸發(fā)型雙向晶閘管。它屬于交流輸出方式，只能帶交流負(fù)載。交流電源由用戶提供。特點(diǎn)：響應(yīng)速度快,響應(yīng)時(shí)間為1ms以下,壽命長(zhǎng),可驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載,但過(guò)載能力差.特點(diǎn):它耐受電壓范圍寬,導(dǎo)通壓降小,價(jià)格便宜。即可控制交流負(fù)載，也可控制直流負(fù)載，但其機(jī)械觸點(diǎn)壽命短，轉(zhuǎn)換頻率低，響應(yīng)時(shí)間平均為10ms，觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)有電弧產(chǎn)生，容易產(chǎn)生干擾。③繼電器輸出:如圖示4.電源部件

5.編程器6.擴(kuò)展接口7.通信接口8.其它部件12/4/20197/29/2023231.控制邏輯繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，而PLC采用存儲(chǔ)器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故稱為“軟接線”。2.工作方式前者屬于并行工作方式，PLC屬于串行工作方式。3.可靠性和可維護(hù)性4.控制速度5.定時(shí)控制6.設(shè)計(jì)和施工PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較PLC與單片機(jī)的比較PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的比較3.6PLC與其他控制系統(tǒng)的區(qū)別12/4/20197/29/2023243.7PLC的工作原理3.7.1PLC的工作方式與運(yùn)行框圖

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PLC是以分時(shí)操作方式來(lái)處理各項(xiàng)任務(wù)的,程序的執(zhí)行是按順序依次完成相應(yīng)各電器的動(dòng)作,它屬于串行工作方式.PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)順序掃描的方式工作的,每一次掃描所用的時(shí)間為掃描周期或工作周期.PLC工作的全過(guò)程可用如圖3-7所示的運(yùn)行框圖來(lái)表示.一個(gè)掃描周期的五個(gè)階段：內(nèi)部處理→與編程器等的通信處理→輸入掃描→執(zhí)行用戶程序→輸出處理。PLC運(yùn)行正常時(shí),掃描周期與CPU的運(yùn)算速度、I/O點(diǎn)的情況、用戶應(yīng)用程序的長(zhǎng)短等有關(guān)。12/4/20197/29/202326PLC的運(yùn)行框圖:12/4/20197/29/2023273.7.2PLC工作過(guò)程的中心內(nèi)容輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新這三個(gè)階段是PLC工作過(guò)程的中心內(nèi)容。PLC典型的掃描工作過(guò)程如圖所示：輸入采樣階段程序執(zhí)行階段輸出刷新階段掃描周期12/4/20197/29/202328

1.輸入采樣階段：在輸入采樣階段，PLC以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘?hào)狀態(tài)（“0”或“1”，表現(xiàn)在接線端子上是否承受外加電壓）讀入輸入映像寄存器中，這個(gè)過(guò)程稱為對(duì)輸入信號(hào)的采樣，接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在輸入采樣階段結(jié)束后，即使輸入信號(hào)狀態(tài)發(fā)生改變，輸入映像寄存器中的狀態(tài)也不會(huì)發(fā)生改變。12/4/20197/29/2023292．程序執(zhí)行階段:

在程序執(zhí)行階段，PLC對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描，又稱程序處理階段。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、先左后右的順序?qū)τ山狱c(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng)RAM區(qū)對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。在程序執(zhí)行階段，只有輸入映像寄存器區(qū)存放的輸入采樣值不會(huì)發(fā)生改變，其他各種元素在輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能隨著程序的執(zhí)行隨時(shí)發(fā)生改變。3.輸出刷新階段：當(dāng)程序執(zhí)行后進(jìn)入輸出刷新階段。此時(shí)將輸出映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，再通過(guò)輸出端驅(qū)動(dòng)用戶輸出設(shè)備（負(fù)載）。12/4/20197/29/2023303.7.3PLC對(duì)輸入、輸出的處理原則PLC在輸入/輸出處理方面必須遵守的一般原則：(1)輸入映像寄存器中的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子板上各輸入點(diǎn)在上一刷新期間的接通和斷開(kāi)的狀態(tài)。(2)程序執(zhí)行結(jié)果取決于用戶所編程序和輸入/輸出映像寄存器的內(nèi)容及其他各元件映像寄存器的內(nèi)容。(3)輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸出指令的執(zhí)行結(jié)果。(4)輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一個(gè)掃描周期輸出刷新階段輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定。(5)輸出端子的接通和斷開(kāi)狀態(tài)，由輸出鎖存器決定。12/4/20197/29/2023313.8PLC的編程語(yǔ)言3.8.1