可编程控制器原理及应用剖析优秀PPT.ppt

可可 编编 程程 控控 制制 器器 原原 理理 及及 应应 用用 Programmable Logic Controller(PLC)Programmable Controller(PC)可编程限制器是在继电器限制和计算机限制的基础上，逐步可编程限制器是在继电器限制和计算机限制的基础上，逐步发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动限制装置。术融为一体的新型工业自动限制装置。1 概概 述述一、发展概况一、发展概况PLC 可编程限制器可编程限制器二、二、PLC的品牌产品的品牌产品三三 菱：菱：FX1S、FX1N、FX2N、Q、A系列系列日日 立：立：E、EC、EM、EMII、H、EH-150、MICRO-EH系系列列东东 芝：芝：EX20 EX40系列系列富富 士：士：NB、NJ、NS、SPB系列系列松松 下：下：FP0、FP1、FP2、FP2SH、FP3、FPM、FPC、FP5、FP10、FP10S、FP10SH系列系列欧姆龙：欧姆龙：CPM1A、CPM2A、C200H、CQM1、CQM1A、CJ系列系列SIEMENS：SIMATIC S7-200 S7-300 S7-400系列系列施施 耐耐 德：德：Twido系列系列通通 用：用：GE-I系列系列德洲仪器：德洲仪器：TI100系列系列LG：K10、K30、K60、K80、K100、K120、K120S（E）、）、K200、K300、K1000系列系列 二、二、PLC的品牌产品的品牌产品三、主要功能三、主要功能 1.逻辑限制逻辑限制 可编程序限制器具有逻辑运算功能，它设置有可编程序限制器具有逻辑运算功能，它设置有“与与”、“或或“、“非非”等逻辑运算指令，能够描述继电器触点的串联、并联、等逻辑运算指令，能够描述继电器触点的串联、并联、串并联、并串联等各种连接。因此它可以代替继电器进行组合逻辑串并联、并串联等各种连接。因此它可以代替继电器进行组合逻辑和依次逻辑限制。和依次逻辑限制。2.定时限制定时限制 可编程序限制器具有定时限制功能。它为用户供应若干个定时可编程序限制器具有定时限制功能。它为用户供应若干个定时器并设置了定时指令。定时时间可由用户在编程时设定，并能在运器并设置了定时指令。定时时间可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，定时时间的最小单位也可在确定的范围内进行行中被读出与修改，定时时间的最小单位也可在确定的范围内进行选择，因此，运用敏捷，操作便利。选择，因此，运用敏捷，操作便利。3.计数限制计数限制 可编程序限制器具有计数限制功能。它为用户供应若干个计数可编程序限制器具有计数限制功能。它为用户供应若干个计数器并设置了记数指令。计数值可由用户在编程时设定，并能在运行器并设置了记数指令。计数值可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，有些可编程序限制器还设置了加计数、减计数两中被读出与修改，有些可编程序限制器还设置了加计数、减计数两种不同的记数方式。种不同的记数方式。4.A/D、D/A转换转换 大多数可编程序限制器还具有摸大多数可编程序限制器还具有摸/数（数（A/D）和数）和数/摸（摸（D/A）转换功能，能）转换功能，能完成对模拟量的检测与限制。完成对模拟量的检测与限制。三、主要功能三、主要功能 5.定位限制定位限制 有些可编程序限制器具有步进电动机和伺服电动机限制功能，有些可编程序限制器具有步进电动机和伺服电动机限制功能，能组成开环系统或闭环系统，实现位置限制。能组成开环系统或闭环系统，实现位置限制。6.通信与联网通信与联网 有些可编程序限制器具有联网和通信功能，可以进行远程有些可编程序限制器具有联网和通信功能，可以进行远程I/O限制，多台可编程序限制器之间还可以进行同位链接，还可以与计限制，多台可编程序限制器之间还可以进行同位链接，还可以与计算机进行上位链接。由一台计算机和多台可编程序限制器可以组成算机进行上位链接。由一台计算机和多台可编程序限制器可以组成“集中管理、分散限制集中管理、分散限制”的分布式限制网络，以完成较大规模的困的分布式限制网络，以完成较大规模的困难限制。难限制。三、主要功能三、主要功能 7.数据处理功能数据处理功能 大多数可编程序限制器都具有数据处理功能，能进行数据并行大多数可编程序限制器都具有数据处理功能，能进行数据并行传送、比较运算；传送、比较运算；BCD码的加、减、乘、除等运算；还能进行字的码的加、减、乘、除等运算；还能进行字的按位按位“与与”、“或或”、“异或异或”、求反、逻辑移位、算术移位、数、求反、逻辑移位、算术移位、数据检索、比较、数制转换等操作。据检索、比较、数制转换等操作。随着科学技术的不断发展，可编程序限制器的功能还在不断拓随着科学技术的不断发展，可编程序限制器的功能还在不断拓宽和增加。宽和增加。三、主要功能三、主要功能BCD码:用用4位二进制数来表示位二进制数来表示1位十进制数中的位十进制数中的09这这10个数码，简个数码，简称称BCD码，即码，即BCD代码。代码。Binary-Coded Decimal，简称，简称BCD，称，称BCD码或二码或二-十进制代码，亦称二进码十进数。是一种二进制的数字十进制代码，亦称二进码十进数。是一种二进制的数字编码形式，用编码形式，用二进制编码的十进制二进制编码的十进制代码。代码。四、主要特点四、主要特点 1.牢靠性高、抗干扰实力强、适用于恶劣工作环境牢靠性高、抗干扰实力强、适用于恶劣工作环境 2.编程简洁易学编程简洁易学 3.应用敏捷便利应用敏捷便利 4.通用性强通用性强 5.具有完善的监视和诊断功能具有完善的监视和诊断功能 6.体积小、重量轻、功耗小、安装维护便利、性价比高体积小、重量轻、功耗小、安装维护便利、性价比高 1）各种机械行业，可实现设备、自动线的自动化限制；）各种机械行业，可实现设备、自动线的自动化限制；2）依次限制、过程限制、位置限制、生产过程的监控和管理、）依次限制、过程限制、位置限制、生产过程的监控和管理、结合网络技术；结合网络技术；3）数字量、模拟量的数据采集；）数字量、模拟量的数据采集；五、应用范围五、应用范围学学习要求：要求：了解可了解可编程限制器的基本程限制器的基本结构与基本工作原理构与基本工作原理搞清晰搞清晰PLC内部等效内部等效继电器器电路的等效思路路的等效思路熟悉熟悉PLC的指令系的指令系统驾驭PLC的的编程方法和开程方法和开发步步骤 一、一、PLC的基本结构的基本结构三菱三菱PC基本单元外形基本单元外形CPU存储器存储器通用串口通用串口扩展接口扩展接口电电 源源外部设备外部设备（编程器等）（编程器等）扩展单元、特扩展单元、特殊功能单元等殊功能单元等输输入入状状态态寄寄存存器器输输出出状状态态寄寄存存器器输输入入接接口口输输出出接接口口现现场场输输入入信信号号现现场场输输出出信信号号PLC基本结构框图基本结构框图2 可可编程限制器的硬件程限制器的硬件结构与工作原理构与工作原理 2.存储器存储器系统程序存储区：存放系统软件，固化在系统程序存储区：存放系统软件，固化在ROM或或EPROM等只等只读存储器中。读存储器中。用户程序存储区：存放用户程序用户程序存储区：存放用户程序变量（数据）存储区：存放内变量（数据）存储区：存放内部变量或数据部变量或数据通常接受低功耗的通常接受低功耗的CMOS-RAM存储器加存储器加备用电池，可读写备用电池，可读写 1.中心处理单元中心处理单元CPU 计算和限制中心。它的性能（位数和主频）确定了计算和限制中心。它的性能（位数和主频）确定了PLC的运的运算速度和信息处理量的大小。算速度和信息处理量的大小。3.输入输入/输出接口：输出接口：是是CPU连接工业现场设备的桥梁。连接工业现场设备的桥梁。CPU：标准电平标准电平弱电弱电数字量数字量外部设备：外部设备：开关量、模拟量开关量、模拟量不同电压等级的沟通、直流量不同电压等级的沟通、直流量高速、低速信号高速、低速信号远程、本地信号远程、本地信号输入输入/输出接口输出接口PC厂家为用户供应各种类型的厂家为用户供应各种类型的I/O接口电路。接口电路。直流开关量输入接口电路光耦的作用光耦的作用:电气隔离，抗干扰电气隔离，抗干扰电平转换电平转换1)开关量输入接口：将工业现场的开关量信号转变成开关量输入接口：将工业现场的开关量信号转变成CPU能接受能接受的标准逻辑电平。的标准逻辑电平。(图)直流开关量输入接口直流开关量输入接口沟通开关量输入接口沟通开关量输入接口内部直流电源内部直流电源发光二极管发光二极管光电耦合器光电耦合器输出输出方式方式2)开关量输出接口：通过该接口实现对外部设备的驱动限制开关量输出接口：通过该接口实现对外部设备的驱动限制继电器输出继电器输出晶体管输出晶体管输出晶闸管输出晶闸管输出继电器输出：输出接口由继电器构成。继电器输出：输出接口由继电器构成。晶体管输出：输出接口由晶体管构成。晶体管输出：输出接口由晶体管构成。晶闸管输出：输出接口由晶闸管构成。晶闸管输出：输出接口由晶闸管构成。适于大功率、低速、交、直流负载适于大功率、低速、交、直流负载适合于小功率、高速、直流负载适合于小功率、高速、直流负载适合于大功率、高速、沟通负载适合于大功率、高速、沟通负载请问请问PLCPLC输出输出24V24V是否干脆驱动接触器，接触器是不是是否干脆驱动接触器，接触器是不是直流接触器？补充：直流接触器？补充：PLCPLC限制的接触器限制限制的接触器限制220V220V的电的电路。要不要中间还要有什么转换电路。路。要不要中间还要有什么转换电路。PLCPLC有多种输出限制，常见的是晶闸管，小型继电器，有多种输出限制，常见的是晶闸管，小型继电器，理论上是可以干脆限制接触器的，但是万一你的接触理论上是可以干脆限制接触器的，但是万一你的接触器质量不好，是要烧坏器质量不好，是要烧坏PLCPLC的，所以中间还是加套中间的，所以中间还是加套中间继电器限制，加保险丝继电器限制，加保险丝 (图)继电器输出型接口电路继电器输出型接口电路负载电源由外部供应负载电源由外部供应继电器输出接口电路继电器输出接口电路PLCPLC通过通过PhotoMOSPhotoMOS继电器继电器驱动电磁阀、接触器驱动电磁阀、接触器效效果好果好运用运用PhotoMOSPhotoMOS继电器继电器驱动电磁阀、电磁开关、直流电驱动电磁阀、电磁开关、直流电机、接触器等机、接触器等高速高速1KHz1KHz无机械磨损无机械磨损无噪音无噪音无辐射污染无辐射污染5VTTL5VTTL电平信号驱动电平信号驱动直流直流5-48V3-20A5-48V3-20A电流电流24VPLC24VPLC电平信号驱动电平信号驱动直流直流5-48V3-20A5-48V3-20A电流电流信号源可以是信号源可以是PLC,TTL,DCS,DSP,MCUPLC,TTL,DCS,DSP,MCU 6.编程器：编程器：是是PLC的主要外设。用于用户程序的编制、编辑、的主要外设。用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视。调试、检查和监视。便携式：本身不带便携式：本身不带CPU，只能联机编程。体积小、重量轻、，只能联机编程。体积小、重量轻、便于生产现场调试。便于生产现场调试。CRT智能式：带有显示屏的图形编程器，有智能式：带有显示屏的图形编程器，有CPU，可联机，可联机编程也可脱机编程，可用多种语言编程。编程也可脱机编程，可用多种语言编程。4.扩展接口：是用于扩展扩展接口：是用于扩展I/O单元或特殊功能单元。单元或特殊功能单元。通用微机作为编程器：个人电脑，配上厂家供应的编程通用微机作为编程器：个人电脑，配上厂家供应的编程软件和通讯线。有效利用资源。软件和通讯线。有效利用资源。5.电源：是电源：是PLC的供电电源一般为市电（也有的供电电源一般为市电（也有24V供电的）。供电的）。PLC内部设计有电路进行稳压和变换。以适应内部电路的须要。内部设计有电路进行稳压和变换。以适应内部电路的须要。二、二、PLC的基本工作原理的基本工作原理PLC的工作方式：的工作方式：循环扫描工作方式循环扫描工作方式扫描周期：从起先到输出结果完成所扫描周期：从起先到输出结果完成所需的时间。一般为几毫秒需的时间。一般为几毫秒几十毫秒。几十毫秒。(图)开始开始自诊断自诊断与编程器通信与编程器通信读入现场信号读入现场信号执行用户程序执行用户程序输出结果输出结果STOPRUN用用户户程程序序输输入入映映象象寄寄存存器器输输出出映映象象寄寄存存器器执行用户程序执行用户程序输出输出读入读入 产品检测传送带如图示，用产品检测传送带如图示，用PLC来检测产品数量。为确保不漏来检测产品数量。为确保不漏检，对检，对PLC扫描周期有何要求？扫描周期有何要求？产品通过检测点的时间间隔为：产品通过检测点的时间间隔为：T=0.025m/(50m/60s)=30ms,所以，所以，PLC的扫描周期必需小于的扫描周期必需小于30msPLC的分类的分类按按I/O点数分点数分小型小型PLC：入出总点数：入出总点数 256中型中型PLC：入出总点数：入出总点数2562048大型大型PLC：入出总点数：入出总点数2048按结构类型分按结构类型分整体式整体式模块式（积木式）模块式（积木式）按功能分按功能分低档机低档机中档机中档机高档机高档机 三、三、PLC分类、主要技术指标分类、主要技术指标PLC的主要技术指标的主要技术指标入入/出点数出点数扫描速度扫描速度内存容量内存容量指令条数指令条数内部元件内部元件功能模块功能模块编程语言编程语言3 可可编程限制器的程限制器的软件和用件和用户环境境一、一、PLC的软件结构的软件结构软件结构软件结构监控程序监控程序用户程序用户程序 1.监控程序监控程序 监控程序是可编程限制器产品必需包括的部分，由生产厂家供监控程序是可编程限制器产品必需包括的部分，由生产厂家供应。其功能如下：应。其功能如下：1）系统管理）系统管理 运行管理：何时输入、何时输出、何时运算、何时自检、何运行管理：何时输入、何时输出、何时运算、何时自检、何时通讯等进行时间上的安排管理。时通讯等进行时间上的安排管理。程序空间的管理：生成用户环境。程序空间的管理：生成用户环境。系统自检程序：系统出错检验、用户程序语法检验、句法检验系统自检程序：系统出错检验、用户程序语法检验、句法检验等。等。2）用户指令说明程序）用户指令说明程序 编辑程序和说明程序。编辑程序和说明程序。3）标准程序和系统调用）标准程序和系统调用 2.用户程序用户程序 用户在用户在PLC供应的编程环境下编制的完成限制功能的程序。供应的编程环境下编制的完成限制功能的程序。1.用户数据结构用户数据结构 1）位数据）位数据 这是一类逻辑量，其值只有这是一类逻辑量，其值只有“0”或或“1”。2）字数据）字数据 其数制、字长有很多形式。单字或双字、十进制（其数制、字长有很多形式。单字或双字、十进制（K）或十六）或十六进制进制(H)等。等。3）位和字的混合。）位和字的混合。二、二、用户环境用户环境 2、PLC的内部等效电路的内部等效电路输入设备输入设备输出设备输出设备1)输入部分：等效输入继电器。输入部分：等效输入继电器。2)逻辑限制部分：由用户程序实现的逻辑关系。构成逻辑电路逻辑限制部分：由用户程序实现的逻辑关系。构成逻辑电路的元件是等效编程元件。的元件是等效编程元件。3)输出部分：等效输出继电器。输出部分：等效输出继电器。三菱三菱F系列系列PLC的基本状况的基本状况 日本三菱的早期产品，小型机，整体式结构，包括：基本单元，日本三菱的早期产品，小型机，整体式结构，包括：基本单元，扩展单元、特殊单元三种。扩展单元、特殊单元三种。3.PLC的元件的元件 用户可以运用的输入输出接口、内部存储单元用户可以运用的输入输出接口、内部存储单元统称元件。统称元件。型号表示方法型号表示方法入出总点数入出总点数M(基本单元基本单元)E（扩展单元）（扩展单元）输出类型输出类型R继电器输出继电器输出T晶体管输出晶体管输出S晶闸管输出晶闸管输出电源种类电源种类V100/110V交流交流E220/240V交流交流D24V直流直流FX2N1 2 3 4FX2N-48MR主要技术指标主要技术指标输入、输出点总数：输入、输出点总数：48功耗：功耗：25VA定时器：定时器：16个个计数器计数器：16个个协助继电器：协助继电器：192个（个（64个有掉电爱护）个有掉电爱护）内存：内存：890字字运算速度：运算速度：45us/步序步序（平均）（平均）指令：指令：20条条输出形式：继电器输出输出形式：继电器输出 编程元件编程元件1.输入继电器（输入继电器（X0X7，X10X17，X20X27，）留意：元件编号接受八进制留意：元件编号接受八进制 输入继电器线圈由外部信号驱动，触点可无限次运用。输入继电器线圈由外部信号驱动，触点可无限次运用。2.输出继电器（输出继电器（Y0Y7，Y10Y17，Y20Y27，）主要用于将内部逻辑结果传递到外部负载，每一输出继电器主要用于将内部逻辑结果传递到外部负载，每一输出继电器仅有一常开触点连到输出端子供外部负载用，同时也有软触仅有一常开触点连到输出端子供外部负载用，同时也有软触点可无限次运用。点可无限次运用。3.协助继电器协助继电器(M)编号从编号从 M0起先起先 十进制编码十进制编码 通用型和掉电爱护型两种通用型和掉电爱护型两种协助继电器仅供内部运用协助继电器仅供内部运用4.定时器（定时器（T）编号从编号从T0起先；起先；十进制编码十进制编码 定时器按定时时钟的不同进行分组定时器按定时时钟的不同进行分组 延时时间由设定的延时时间由设定的K值大小确定值大小确定定时器做计时功能定时器做计时功能5.计数器计数器(C)编号从编号从C0起先；起先；十进制编码十进制编码 分加计数、减计数和双向计数器分加计数、减计数和双向计数器 分掉电爱护和通用型两种分掉电爱护和通用型两种 计数值由设定的计数值由设定的K值大小确定值大小确定可对外部事务或内部脉冲进行计数。可对外部事务或内部脉冲进行计数。6.特殊协助继电器特殊协助继电器(M)M8000：运行监视：运行监视当当PLC处于运行状态时，处于运行状态时，M8000自动为自动为“1”；反之，；反之，M8000 为为“0”M8002：产生初始化脉冲：产生初始化脉冲PLC的第一个扫描周期内，的第一个扫描周期内，M8002为为“1”，以后为，以后为“0”。M8000M8002M8012：以周期为：以周期为100ms循环通断循环通断M8030：锂电池电压下降到确定值时：锂电池电压下降到确定值时M8030为为“1”M8033：PLC停止运行时输出保持停止运行时输出保持M8034：若使：若使M8034为为“1”将起到禁止全部输出的将起到禁止全部输出的作用作用M80127.状态元件状态元件(S)编号从编号从S0起先；起先；十进制编码十进制编码 分初始状态元件、原位状态元件、通用状态元件和保持分初始状态元件、原位状态元件、通用状态元件和保持状态元件状态元件状态元件是步进依次限制的重要元件。状态元件是步进依次限制的重要元件。8.指针（指针（P/I）编号从编号从0起先起先 十进制编码十进制编码 调用指令和跳转用分支指正调用指令和跳转用分支指正P，中断程序运用中断指针，中断程序运用中断指针I9.数据寄存器（数据寄存器（D）编号从编号从0起先起先 十进制编码十进制编码 分通用寄存器、掉电爱护寄存器以及文件寄存器分通用寄存器、掉电爱护寄存器以及文件寄存器