組態(tài)與plc實(shí)際應(yīng)用

1、16.07.2020,1,周美蘭 周封 王岳宇 編著 2003.3,plc電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì),16.07.2020,2,可編程序控制器問世于1969年。是美國汽車制造工業(yè)激烈競爭的結(jié)果。更新汽車型號(hào)必然要求加工生產(chǎn)線改變。正是從汽車制造業(yè)開始了對(duì)傳統(tǒng)繼電器控制的挑戰(zhàn)。1968年美國general motors公司，要求制造商為其裝配線提供一種新型的通用程序控制器，并提出10項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)。這就是著名的gm 10條。,第一章 可編程控制器的基本知識(shí),第一節(jié) 可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展,一、可編程控制器的產(chǎn)生,16.07.2020,3,編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序； 可靠性高于繼電器控制柜； 體積小于繼電

2、器控制柜； 維護(hù)方便，最好是插件式； 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)； 在成本上可與繼電器控制柜競爭； 輸入可以是交流115v； 輸出為交流115v、2a以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥等； 在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只需很小變更； 用戶程序存貯器容量至少能擴(kuò)展到4k。,gm10條是可編程序控制器出現(xiàn)的直接原因：,16.07.2020,4,可編程控制器的發(fā)展及定義 1969年，美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司(dec)研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器，并成功地應(yīng)用在gm公司的生產(chǎn)線上。這一時(shí)期它主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱plc(programmable logic controller)。 70年

3、代后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使plc從開關(guān)量的邏輯控制擴(kuò)展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制領(lǐng)域，真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡稱pc(programmable controller)。但由于pc容易和個(gè)人計(jì)算機(jī) (personal computer)相混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用plc作為可編程控制器的縮寫。,16.07.2020,5,1985年1月國際電工委員會(huì)的定義： “可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為工業(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，用來在內(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、模擬式的輸入和

4、輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？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)充的原則設(shè)計(jì)”。,16.07.2020,6,plc與傳統(tǒng)的繼電器邏輯相比 可靠性高、邏輯功能強(qiáng)、體積小。 在需要大量中間繼電器、時(shí)間繼電器及計(jì)數(shù)繼電器的場合，plc 無需增加硬設(shè)備。 隨著要求的變更plc對(duì)程序修改方便。繼電器線路要想改變控制功能，必須變更硬接線，靈活性差。 具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可附加高性能模塊對(duì)模擬量進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜控制功能。,16.07.2020,7,plc與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比 plc繼承了繼電器系統(tǒng)的基本格式和習(xí)慣，對(duì)于有繼電器系統(tǒng)方面知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的人來說，尤其是

5、現(xiàn)場的技術(shù)人員，學(xué)習(xí)起來十分方便。 plc一般是由電氣控制器的制造廠家研制生產(chǎn)，各廠家的產(chǎn)品不通用。工業(yè)控制機(jī)是由通用計(jì)算機(jī)推廣應(yīng)用發(fā)展起來的，一般由微機(jī)廠、芯片及板卡制造廠開發(fā)生產(chǎn)。它在硬件結(jié)構(gòu)方面的突出優(yōu)點(diǎn)是總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，產(chǎn)品兼容性強(qiáng)。 plc的運(yùn)行方式與工業(yè)控制機(jī)不同，微機(jī)的許多軟件不能直接使用。工業(yè)控制機(jī)可使用通用微機(jī)的各種編程語言，對(duì)要求快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、模型復(fù)雜的工業(yè)對(duì)象的控制占有優(yōu)勢。但它要求使用者具有一定的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)。,16.07.2020,8,plc和工業(yè)控制機(jī)都是專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境而設(shè)計(jì)的。 都具有很高的可靠性。 plc一般具有模塊結(jié)構(gòu)，可以針對(duì)不同的對(duì)象進(jìn)行組合和

6、擴(kuò)展。,16.07.2020,9,第二節(jié) 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) plc的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),16.07.2020,10,plc各部分的作用 cpu 診斷plc電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯(cuò)誤。 采集現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送人plc的寄存器中。 逐條讀取指令，完成各種運(yùn)算和操作。 將處理結(jié)果送至輸出端。 響應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)求。,16.07.2020,11,plc各部分的作用 存儲(chǔ)器 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器：用以存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。plc出廠前已將其固化在只讀存儲(chǔ)器rom或prom中，用戶不能更改。 用戶存儲(chǔ)器：包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。這類存儲(chǔ)器一般由低功耗的c

7、mos-ram構(gòu)成，其中的存儲(chǔ)內(nèi)容可讀出并更改。 注意： plc產(chǎn)品手冊(cè)中給出的“存儲(chǔ)器類型”和“程序容量”是針對(duì)用戶程序存儲(chǔ)器而言的。,16.07.2020,12,plc各部分的作用 輸入輸出接口電路 輸入接口電路：采用光電耦合電路，將限位開關(guān)、手動(dòng)開關(guān)、編碼器等現(xiàn)場輸入設(shè)備的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成cpu所能接受和處理的數(shù)字信號(hào)。,plc的輸入接口電路（直流輸入型）,16.07.2020,13,plc各部分的作用 輸出接口電路：采用光電耦合電路，將cpu處理過的信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥等外部設(shè)備的通斷電。有三種類型：,繼電器輸出型,繼電器輸出型：為有觸點(diǎn)輸出方式，用于接

8、通或斷開開關(guān)頻率較低的直流負(fù)載或交流負(fù)載回路。,16.07.2020,14,（b） 晶閘管輸出型,（c） 晶體管輸出型 （npn集電極開路）,（d） 晶體管輸出型 （pnp集電極開路）,晶體管輸出型：為無觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較高的直流電源負(fù)載。,晶閘管輸出型：為無觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較高的交流電源負(fù)載。,16.07.2020,15,電源 plc的電源是指將外部輸入的交流電處理后轉(zhuǎn)換成滿足plc的cpu、存儲(chǔ)器、輸人輸出接口等內(nèi)部電路工作需要的直流電源電路或電源模塊。許多plc的直流電源采用直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，不僅可提供多路獨(dú)立的電壓供內(nèi)部電路使用，而且還可為輸入設(shè)

9、備提供標(biāo)準(zhǔn)電源。,16.07.2020,16,手持編程器 手持編程器采用助記符語言編程，具有編輯、檢索、修改程序、進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置、內(nèi)存監(jiān)控等功能?？梢粰C(jī)多用，具有使用方便、價(jià)格低廉的特點(diǎn)。 缺點(diǎn)：不夠直觀 可通過plc的rs232外設(shè)通訊口(或rs422口配以適配器)與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，利用專用工具軟件（npstgr、fpsoft、fpwingr）對(duì)plc進(jìn)行編程和監(jiān)控。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程和監(jiān)控比手持編程工具更加直觀和方便。,16.07.2020,17,輸入輸出i0擴(kuò)展接口 若主機(jī)單元的io點(diǎn)數(shù)不能滿足需要時(shí)，可通過此接口用扁平電纜線將io擴(kuò)展單元與主機(jī)相連，以增加io點(diǎn)數(shù)。plc的最大擴(kuò)展能力主要受

10、cpu尋址能力和主機(jī)驅(qū)動(dòng)能力的限制。,16.07.2020,18,第三節(jié) 可編程控制器的原理及 技術(shù)性能 plc的基本工作原理 微機(jī)：等待命令的工作方式 plc：循環(huán)掃描的工作方式 cpu從第一條指令開始按指令步序號(hào)作周期性的循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令,則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。,16.07.2020,19,一個(gè)掃描周期主要分為三個(gè)階段： 輸入刷新階段 程序執(zhí)行階段 輸出刷新階段,plc的掃描工作過程,16.07.2020,20,plc的基本工作原理 由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進(jìn)行的，所以

11、亦將這兩個(gè)階段統(tǒng)稱為io刷新階段。實(shí)際上，除了執(zhí)行程序和io刷新外，plc還要進(jìn)行各種錯(cuò)誤檢測(自診斷功能)并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱為“監(jiān)視服務(wù)”。一般在程序執(zhí)行后進(jìn)行。 掃描周期的長短主要取決于程序的長短。 由于每一個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次i0刷新，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象。這對(duì)于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)不但不會(huì)造成影響，反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。但對(duì)于控制時(shí)間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時(shí)采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后。,16.07.2020,21,plc的主要技術(shù)指標(biāo) 輸入輸出點(diǎn)數(shù)（i/o點(diǎn)數(shù)） 內(nèi)存容量 注意： “內(nèi)存容量”實(shí)際

12、是指用戶程序容量，不包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器的容量。 掃描速度 (單位：msk或s/步。 ) 指令條數(shù) 內(nèi)部繼電器和寄存器數(shù)目 編程語言及編程手段 高級(jí)模塊 主控模塊可實(shí)現(xiàn)基本控制功能，高級(jí)模塊可實(shí)現(xiàn)一些特殊的專門功能。如ad和da轉(zhuǎn)換模塊等 。,16.07.2020,22,plc的內(nèi)存分配及io點(diǎn)數(shù) i0繼電器區(qū)： i0區(qū)的寄存器可直接與plc外部的輸入、輸出端子傳遞信息，具有“繼電器”的功能，有自己的“線圈”和“觸點(diǎn)”。故常稱為“i0繼電器區(qū)”。 內(nèi)部通用繼電器區(qū)：只能在plc內(nèi)部使用，其作用與中間繼電器相似，在程序控制中可存放中間變量。 數(shù)據(jù)寄存器區(qū) ：只能按字使用，不能按位使用。一般只用來存

13、放各種數(shù)據(jù)。 特殊繼電器、寄存器區(qū) ：被系統(tǒng)內(nèi)部占用，專門用于某些特殊目的，一般不能由用戶任意占用。 系統(tǒng)寄存器區(qū)：用來存放各種重要信息和參數(shù)。通過用戶程序，不能讀取和修改系統(tǒng)寄存器的內(nèi)容。,16.07.2020,23,第四節(jié) plc的分類及功能 plc的分類 按結(jié)構(gòu)形式分類 整體式 模塊式 按功能分類 低檔機(jī) 中檔機(jī) 高檔機(jī),3. 按io點(diǎn)數(shù)和程序容量分類,16.07.2020,24,plc的主要功能 條件控制功能 定時(shí)計(jì)數(shù)控制功能 數(shù)據(jù)處理功能 步進(jìn)控制功能 ad與da轉(zhuǎn)換功能 運(yùn)動(dòng)控制功能 過程控制功能 擴(kuò)展功能 遠(yuǎn)程i0功能 通信聯(lián)網(wǎng)功能 監(jiān)控功能,16.07.2020,25,第五節(jié)

14、plc的特點(diǎn)、應(yīng)用場合和發(fā)展趨勢 plc的主要特點(diǎn) 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。主要有以下幾個(gè)方面： 隔離(采用光電耦合器 ) 濾波 對(duì)plc的內(nèi)部電源采取了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施。 設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷、watchdog等電路。 利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測。 對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份。 采用密封、防塵、抗振的外殼封裝結(jié)構(gòu)。 以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過程不依賴于機(jī)械觸點(diǎn)。采用循環(huán)掃描的工作方式，也提高了抗干擾能力。,16.07.2020,26,可實(shí)現(xiàn)三電一體化 將電控(邏輯控制)、電儀(過程控制)和電結(jié)(運(yùn)動(dòng)控制)集于一體，可以方便、靈活地組

15、合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)。 編程簡單、使用方便、柔性好 體積小、重量輕、功耗低,16.07.2020,27,plc的應(yīng)用場合 邏輯控制 ：可取代傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)和順序控制器。如各種機(jī)床、自動(dòng)電梯、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線、運(yùn)輸和檢測等的控制。 運(yùn)動(dòng)控制 ：可用于精密金屬切削機(jī)床、機(jī)械手、機(jī)器人等設(shè)備的控制。 過程控制 ：通過配用ad、da轉(zhuǎn)換模塊及智能pid模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)控制。 數(shù)據(jù)處理 多級(jí)控制 ：利用plc的網(wǎng)絡(luò)通信功能模塊及遠(yuǎn)程io控制模塊實(shí)現(xiàn)多臺(tái)plc之間、plc與上位計(jì)算機(jī)的鏈接，以完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。,16.07.

16、2020,28,可編程控制器的發(fā)展趨勢 在系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)模上向大、小兩個(gè)方向發(fā)展； 功能不斷增強(qiáng)，各種應(yīng)用模塊不斷推出 ； 產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化 。,16.07.2020,29,第六節(jié) plc的幾種編程語言 不采用微機(jī)的編程語言，采用梯形圖語言、指令助記符語言、控制系統(tǒng)流程圖語言、布爾代數(shù)語言等。其中梯形圖、指令助記符語言最為常用。 plc的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)至今尚無國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家所用語言和符號(hào)也不盡相同。但它們的梯形圖語言的基本結(jié)構(gòu)和功能是大同小異的。,16.07.2020,30,梯形圖語言 梯形圖是在原繼電器接觸器控制系統(tǒng)的繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來的一種圖形語言。它是目前用得最多的plc編程語言。 注意：梯形圖表示的并不是一個(gè)實(shí)際電路而只是一個(gè)控制程序，其間的連線表示的是它們之間的邏輯關(guān)系，即所謂“軟接線”。 常開觸點(diǎn) ：