PLC原理及应用.ppt

PLC原理及应用PLC应用领域应用领域2.模拟量控制模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。PLC功能功能PLC应用领域应用领域3.运动控制运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。PLC功能功能PLC应用领域应用领域4.过程控制过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。PLC功能功能PLC应用领域应用领域5.数据处理与通信联网数据处理与通信联网 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。PLC功能功能 工控机和PLC之间组成小型工业以态网络，使用交换机连接PC机和PLC，既可编制程序，还可通讯监控。PLC应用领域应用领域5.数据处理与通信联网数据处理与通信联网PLCPLC原理及应用原理及应用3、不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向迈进。这正是PLC获得广泛应用的基础。而单片机应用系统则是八仙过海，各显神通，功能千差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护都很困难。1、PLC是建立在单片机之上的产品，单片机是一种集成电路，两者不具有可比性。2、单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可，PLC是单片机应用系统的一个特例。PLCPLC与单片机的区别与单片机的区别各有所长！各有所长！PLCPLC原理及应用原理及应用1、可靠性高、抗干扰能力强；2、易学易用；3、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。PLC系统适合小批量、控制逻辑或工艺需要经常改动的系统。PLC控制系统的优势控制系统的优势纺纱机纺纱机成型机成型机汽车焊接生产线汽车焊接生产线KM2SB1SB3FRQFRFUM3 SB2KM1KM2KM1KM2KM1KM2KM1 继电接触器电动机正反转控制线路继电接触器电动机正反转控制线路继电接触器电动机正反转控制线路继电接触器电动机正反转控制线路1.1 PLC1.1 PLC的产生与发展的产生与发展1 1PLCPLC的产生与发展的产生与发展QFRFUM3 KM1KM2+24V 0V COM 00 01 02 03 04 PLC 100-240VAC RY.OUT L N COM0 00 01 02 03SB1 SB2SB3KM1 KM2KM1KM2PLCPLC电动机正反转控制线路电动机正反转控制线路1 1PLCPLC的产生与发展的产生与发展PLC控制系统控制系统输入设备输入设备（按钮、开关等）（按钮、开关等）继电器控制线路继电器控制线路（由继电器和导线组成）（由继电器和导线组成）输出设备输出设备（接触器、电磁阀等）（接触器、电磁阀等）被控生产机械或生产过程被控生产机械或生产过程输入设备输入设备（按钮、开关等）（按钮、开关等）继电器控制线路继电器控制线路（由继电器和导线组成）（由继电器和导线组成）输出设备输出设备（接触器、电磁阀等）（接触器、电磁阀等）被控生产机械或生产过程被控生产机械或生产过程PLC控制程序控制程序（软件编程实现）（软件编程实现）1 1PLCPLC的产生与发展的产生与发展 从从PLC产生到现在，已发展到第四代产品。产生到现在，已发展到第四代产品。第第四四代代PLC（1983年年现现在在）：不不仅仅全全面面使使用用16位位、32位位高高性性能能微微处处理理器器，高高性性能能位位片片式式微微处处理理器器，RISC(reduced instruction set computer)精精简简指指令令系系统统CPU等等高高级级CPU，而而且且在在一一台台PLC中中配配置置多多个个微微处处理理器器，进进行行多多通通道道处处理理，同同时时生生产产了了大大量量内内含含微微处处理理器器的的智智能能模模块块，使使得得第第四四代代PLC产产品品成成为为具具有有逻逻辑辑控控制制功功能能、过过程程控控制制功功能能、运运动动控控制制功功能能、数数据处理功能、联网通信功能据处理功能、联网通信功能的真正名符其实的多功能控制器。的真正名符其实的多功能控制器。1 1PLCPLC的产生与发展的产生与发展 正正是是由由于于PLC具具有有多多种种功功能能，并并集集三三电电（电电控控装装置置、电电仪仪装装置置、电电气气传传动动控控制制装装置置）于于一一体体，使使得得PLC在在工工厂厂中中备备受受欢欢迎迎，用用量量高高居居首首位位，成成为为现现代代工工业业自自动动化化的的三三大大支支柱柱（PLC、机机器器人人、CAD/CAM）之一。）之一。1 1PLCPLC的产生与发展的产生与发展 由由于于PLC的的发发展展，使使其其功功能能已已经经远远远远超超出出了了逻逻辑辑控控制制的的范范围围，因因而而用用“PLC”已已不不能能描描述述其其多多功功能能的的特特点点。1980年年，美美国国电电气气制制造造商商协协会会(NEMA)给给它它起起了了一一个个新新的的名名称称，叫叫programmable controller”，简简称称PC。由由于于PC这这一一缩缩写写在在我我国国早早已已成成为为个个人人计计算算机机(personal computer)的的代代名名词词，为为避避免免造造成成名名词词术术语语混混乱乱，因因此此在在我我国国仍仍沿沿用用PLC表表示示可可编编程程控控制制器。器。1 1PLCPLC的产生与发展的产生与发展P：Programmable 可编程可编程L：Logic 逻辑逻辑C：Controller 控制器控制器1.3 PLC1.3 PLC的基本组成的基本组成PLCPLC基本单元基本单元PLC系统结构示意图系统结构示意图微处理器（微处理器（CPUCPU）运算器运算器控制器控制器输输出出部部件件输输入入部部件件系系统统存存储储器器用用户户存存储储器器I/OI/O扩扩展展接接口口通通讯讯及及编编程程接接口口外部设备外部设备编程设备编程设备计算机计算机打印机等打印机等现场用户输出设备现场用户输出设备电磁阀电磁阀中间继电器中间继电器执行器执行器传感器传感器按钮、开关按钮、开关现场信号现场信号现场用户输入设备现场用户输入设备扩展设备扩展设备扩展单元扩展单元通讯模块通讯模块功能模块功能模块电源变换器电源变换器110V/220V市电直直流流输输入入交交流流输输入入光电耦合器光电耦合器二极管有电二极管有电流时发光，流时发光，致使光电三致使光电三极管导通极管导通输入电路类型：输入电路类型：共点式共点式分组式分组式隔离式隔离式1 1输入电路输入电路隔离式隔离式 输出各自独立，无公共点。各出各自独立，无公共点。各输出端子各自形出端子各自形成独立回路。成独立回路。汇点式汇点式 全部全部输入点（入点（输出点）共用一个公共点。或者出点）共用一个公共点。或者将将输入点（入点（输出点）分成几出点）分成几组，组内各点共用一个内各点共用一个公共点。各公共点。各组的公共点之的公共点之间相互隔离。相互隔离。组内的各点内的各点必必须使用同一使用同一电压类型和同一型和同一电压等等级，各，各组可使可使用不同用不同电压类型和等型和等级的的负载。1 1输入电路输入电路双向晶闸管双向晶闸管可根据负载可根据负载的需要选用的需要选用直流或交流直流或交流感性负感性负载续流载续流2 2输出电路输出电路输出晶体管输出晶体管输出晶体管输出晶体管可根据负载可根据负载的需要选用的需要选用直流或交流直流或交流晶体管为无触点开关，输出单元使用寿命长，响应速度快。2 2输出电路输出电路输出继电器输出继电器根据输出负载的特点选型：根据输出负载的特点选型：不同不同负载对PLC的的输出方式有相出方式有相应的要求。的要求。例如，例如，频繁通断的感性繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶晶体管或晶闸管管输出型的，而不出型的，而不应选用用继电器器输出型的。出型的。但但继电器器输出型的出型的 PLC有有许多多优点，如点，如导通通压降小，有隔离作用，价格相降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬便宜，承受瞬时过电压和和过电流的能力流的能力较强，其，其负载电压灵活（可交流、灵活（可交流、可直流）且可直流）且电压等等级范范围大等。所以大等。所以动作不作不频繁的交繁的交、直流、直流负载可以可以选择继电器器输出型的出型的PLC。输出形式的选择输出形式的选择PLCPLC基本组成回顾基本组成回顾PLCPLC基本单元基本单元PLC系统结构示意图系统结构示意图微处理器（微处理器（CPUCPU）运算器运算器控制器控制器输输出出部部件件输输入入部部件件系系统统存存储储器器用用户户存存储储器器I/OI/O扩扩展展接接口口通通讯讯及及编编程程接接口口外部设备外部设备编程设备编程设备计算机计算机打印机等打印机等现场用户输出设备现场用户输出设备电磁阀电磁阀中间继电器中间继电器执行器执行器传感器传感器按钮、开关按钮、开关现场信号现场信号现场用户输入设备现场用户输入设备扩展设备扩展设备扩展单元扩展单元通讯模块通讯模块功能模块功能模块电源变换器电源变换器110V/220V市电1.编程接口编程接口2.通讯接口通讯接口3.I/O 扩展口扩展口3 3PLCPLC接口接口1.1.编程接口编程接口液晶显示窗液晶显示窗工作方工作方式开关式开关指令键指令键数字键数字键编辑键编辑键通信通信电缆电缆语句表句表 1.1.手持编程器输入手持编程器输入 2.2.计算机输入计算机输入I/OI/O扩展口扩展口整体式整体式4 4PLCPLC结构形式结构形式组合式组合式通过系统总线与通过系统总线与CPU相连相连4 4PLCPLC结构形式结构形式梯形图梯形图(END)010000000101000000001.4 PLC1.4 PLC的编程语言的编程语言 LD 00000 OR 01000 AND 00001 OUT 01000 END 语句表是用助句表是用助记符表示各种指令的功能，用符表示各种指令的功能，用手持手持编程器程器输至至PLC程序存程序存储器中器中语句表语句表(END)01000000010100000000PLC梯形梯形图程序：程序：SB1SB2KMKM电控控线路：路：两种控制方式形式上相似，但有着本两种控制方式形式上相似，但有着本质的区的区别。4 4PLCPLC梯形图与控制线路的区别梯形图与控制线路的区别1.1.两种继电器的区别两种继电器的区别物理继电器，触点数目有限。物理继电器，触点数目有限。KMKMKM010000100001000PLC继电器，可无限次使用。继电器，可无限次使用。2.2.梯形图的区别梯形图的区别继电器控制器控制线路中母路中母线与与电源相源相连，每行中有，每行中有电流流流流过电器才器才动作。作。PLC梯形梯形图母母线只表示只表示该梯梯级的起始和的起始和终了，了，为分析分析问题方便，方便，认为“概念概念电流流”从左向右流从左向右流动。PLCPLC梯形图与控制线路的区别梯形图与控制线路的区别3.3.实现控制功能的手段不同实现控制功能的手段不同继电器靠改器靠改变电器器间的接的接线实现各种控制功能，各种控制功能，PLC通通过编程来程来实现。PLC外部接外部接线图0100COM00COMKMSB2SB1FUINOUT0000000000为为”1 1”按按SB2SB20100001000为为”1 1”KMKM为为”1 1”得得电电电机启动电机启动0000100001为为”0 0”按按SB1SB10100001000为为”0 0”KMKM为为”0 0”失失电电电机停止电机停止PLCPLC梯形图与控制线路的区别梯形图与控制线路的区别(END)010000000101000000001.5 PLC1.5 PLC的工作方式的工作方式输输入入设设备备输入输入电路电路与映与映像寄像寄存器存器输输入入端端子子输出输出映像映像寄存寄存器与器与输出输出电路电路输输出出端端子子输输出出设设备备输入部分入部分内部等效内部等效电路路（程序控制）（程序控制）输出部分出部分000001.5 PLC1.5 PLC的工作方式的工作方式读读读读写写输输出出设设备备读读PLCPLC信号的传递过程信号的传递过程写写输输入入设设备备执行程序行程序输出刷新出刷新输入采入采样自诊断自诊断通讯处理通讯处理输入采样输入采样执行程序执行程序输出刷新输出刷新开机开机 PLCPLC经过五个阶段的工作过程，经过五个阶段的工作过程，称为一个扫描周期，完成一个扫描周称为一个扫描周期，完成一个扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。而复始地进行。扫描周期主要取决于程序的长短扫描周期主要取决于程序的长短，一般每秒钟可扫描数十次以上，这对一般每秒钟可扫描数十次以上，这对于工业设备通常没有什么影响。但对于工业设备通常没有什么影响。但对控制时间要求较严格，响应速度要求控制时间要求较严格，响应速度要求快的系统，应该尽可能减少扫描周期快的系统，应该尽可能减少扫描周期造成的响应延时（造成的响应延时（I/O滞后）等不良影滞后）等不良影响。响。1.5 PLC1.5 PLC的工作方式的工作方式循循环扫描描工作方式工作方式PLCPLC原理及应用原理及应用第一章 可编程序控制器概述1.1.PLCPLC的产生与发展的产生与发展2.PLC2.PLC的特点的特点3.PLC3.PLC的基本组成的基本组成5.PLC5.PLC的工作方式的工作方式4.PLC4.PLC的编程语言的编程语言6.PLC6.PLC的主要性能指标的主要性能指标7.7.国内外主要国内外主要PLCPLC产品概况产品概况6.PLC6.PLC的主要性能指标的主要性能指标PLCPLC产品的流派产品的流派三菱三菱 FX FX 系列系列PLCPLC产品的流派产品的流派欧姆龙欧姆龙 C C 系列系列西门子西门子 S S 系列系列PLCPLC产品的流派产品的流派PLCPLC的三大流派的三大流派 美国和欧洲的美国和欧洲的PLC技技术是在相互隔离情况下独立研究开是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此的，因此美国和欧洲的美国和欧洲的PLC产品有明品有明显的差异性的差异性。而日本的。而日本的PLC技技术是由美国引是由美国引进的，的，对美国的美国的PLC产品有一定的品有一定的继承性，承性，但日本的主推但日本的主推产品定位在小型品定位在小型PLC上。上。日本的小型日本的小型PLC最具特色，在小型机最具特色，在小型机领域中域中颇具盛名，具盛名，某些用欧美的中型机或大型机才能某些用欧美的中型机或大型机才能实现的控制，日本的小型机的控制，日本的小型机就可以解决。在开就可以解决。在开发较复复杂的控制系的控制系统方面明方面明显优于欧美的小于欧美的小型机，所以格外受用型机，所以格外受用户欢迎。日本有迎。日本有许多多PLC制造商，如三菱、制造商，如三菱、欧姆欧姆龙、松下、富士、日立、松下、富士、日立、东芝等，在世界芝等，在世界小型小型PLC市市场上，上，日本日本产品品约占有占有70的份的份额。美、欧、日美、欧、日欧美产品以大中型欧美产品以大中型PLCPLC为主为主A-BA-B公司与公司与SIMENSSIMENS公司平分秋色公司平分秋色小型小型PLCPLC主要是日本产品主要是日本产品2.1 CPM1A2.1 CPM1A系列系列PLCPLC的基本构成的基本构成1 1、主机系列规格、主机系列规格CPM1A-10(20,30,40)C D R-A(D)CPU单元元I/O点数点数继电器器输出出DC电源源输出出主机供主机供电电源源T：晶体管：晶体管输出出CPM1A-30 CDT-D 的规格？的规格？2 2、主机面板结构、主机面板结构电源输电源输入端子入端子功能功能接地接地端子端子保护接地端子保护接地端子输入输入端子端子输出输出DC24VDC24V电源端子电源端子输出端子输出端子状态显示状态显示LEDLED输入输入LEDLED输出输出LEDLED模拟设定模拟设定电位器电位器外设端口外设端口CPM1A-8(20)EDRCPM1A-40 CDR扩展扩展单元单元扩展单元扩展单元联接电缆联接电缆扩展联扩展联接器接器2 2、主机面板结构、主机面板结构主单元主单元2.2 CPM1A2.2 CPM1A继电器区及数据区继电器区及数据区 CPM1A内内部部的的“软继电器器”可可以以将将用用户数数据据区区按按继电器器的的类型型分分为7大大类区区域域。区区域域中中的的每每一一位位继电器器都都有有“0”或或“1”两两种种状状态，而而且且这些些继电器器是是可可以以通通过程程序序被被寻址址访问，所所以以把把这类继电器器称称为“软”继电器。器。存储区存储区(END)01000000010100000000用“通道”（CH）标识各类”软继电器”。1CH=16 RELAY“软继电器软继电器”编号示例：编号示例：0 0 0 0 1通道号通道号通道中的继电器位序号通道中的继电器位序号（0015）不同类型软继电器具有不同类型软继电器具有不同的通道范围。不同的通道范围。0100COM00COMKMSB2SB1FUINOUT2.2 CPM1A2.2 CPM1A继电器区及数据区继电器区及数据区(END)010000000101000000001.1.输入继电器区（输入继电器区（I)I)000009 CH 采集外部信号，与外部输入端子相对应。采集外部信号，与外部输入端子相对应。2.2.输出继电器区（输出继电器区（0)0)010019 CH 将将PLCPLC的处理结果，送给外部设备，与外部输入端子相对应。的处理结果，送给外部设备，与外部输入端子相对应。3.3.内部继电器区（内部继电器区（IR)IR)200231 CH 存储单元，在程序内可任意使用，但不能直接控制外部负载。存储单元，在程序内可任意使用，但不能直接控制外部负载。4.4.特殊辅助继电器特殊辅助继电器 （SR)SR)232255 CH 分配有特定功能的继电器。分配有特定功能的继电器。6.6.保持继电器保持继电器 （HR)HR)HR00HR19 CH HRHR具有断电保持功能。具有断电保持功能。5.5.暂存继电器暂存继电器 （TR)TR)TR0TR7 存储程序分支上的数据。存储程序分支上的数据。7.7.辅助记忆继电器辅助记忆继电器 （AR)AR)AR00AR15 CH 分配有特定功能的辅助继电器。分配有特定功能的辅助继电器。8.8.链接继电器链接继电器 （LR)LR)LR00LR15 CH CPM1A间间1:11:1链接时，与对方继电器交换数据。链接时，与对方继电器交换数据。9.9.定时器定时器/计数器计数器 TIM/CNT000127 定时器、计数器编程号合用，但定时器、计数器编程号合用，但 TIM 或或 CNT 的编号不能重复使用。的编号不能重复使用。10.10.数据存储区数据存储区 DM0000DM1023 DM6144DM6155 用来存储数据，以通道为单位使用。具有断电保持功能。用来存储数据，以通道为单位使用。具有断电保持功能。2.1 CPM1A2.1 CPM1A继电器区及数据区继电器区及数据区SR区：区：232255 CH主要供系统使用，常用主要供系统使用，常用SRSR区中的继电器功能如下：区中的继电器功能如下：特殊辅助继电器区（特殊辅助继电器区（SR)SR)25313 常常ON25314 常常OFF25315 运行开始第一运行开始第一 个扫描周期为个扫描周期为ON25500 0.1S脉冲脉冲25501 0.2s脉冲脉冲25502 1.0s脉冲脉冲25503 ER标志（出错时为标志（出错时为ON)25504 CY标准（进位为标准（进位为ON)25505 “”标志标志 （“”时为时为ON）25506 “=”标准标准 （“”时为时为ON）25507 “”标准标准 （“S2时，标志位志位25505 ON当当 S1=S2时，标志位志位25506 ON当当 S1 S2时，标志位志位25507 ON1.单字比字比较指令指令CMPA A、梯形图符号、梯形图符号 B B、指令功能、指令功能 CMP(20)S1S2语句表句表比较数比较数1比较数比较数2S1/S2可可为常数或通道号。常数或通道号。编编程程示示例例1、初始状、初始状态卸料卸料阀X=OFF电机机 D1D2=D3=OFF。1515传输线自动控制程序设计传输线自动控制程序设计控制要求4、其他操作、其他操作根据料根据料仓检测情况自情况自动运行，料运行，料满自自动停停止，料欠自止，料欠自动启启动工作。工作。系统设计举例之四系统设计举例之四按按SB1D1=OND2=OND3=ONX=ON5s后后5s后后5s后后2、启、启动操作操作按按SB2X=OFFD3=OFFD2=OFFD1=OFF5s后后5s后后5s后后3、停止操作、停止操作卸料阀卸料阀皮带皮带3皮带皮带2皮带皮带1料源料源料仓料仓满欠欠1515传输线自动控制程序设计传输线自动控制程序设计系统设计举例之四系统设计举例之四卸料阀卸料阀皮带皮带3皮带皮带2皮带皮带1料源料源料仓料仓满欠欠5s5s5s5s控制任务分析控制任务分析控制系统输出信号控制系统输出信号选择选择PLC机型机型CPM1A20 CDR传输线控制程序设计与分析传输线控制程序设计与分析弄清整个工弄清整个工艺过程和欲完成的控制程和欲完成的控制内容。内容。I/O点分配点分配控制系统输入信号控制系统输入信号启动按钮启动按钮停止按钮停止按钮5s5s0000000001000030000201000010010100201003传输线控制程序分析传输线控制程序分析1515传输线自动控制程序设计传输线自动控制程序设计DIFU 201000000000003DIFU 2010100001DIFU 2010200002DIFU 2010300003输入信号上升沿有效，信号入信号上升沿有效，信号维持持时间：一个：一个扫描周期。描周期。启动启动且料且料非满非满停止停止料欠料欠料满料满传输线控制程序分析传输线控制程序分析1515传输线自动控制程序设计传输线自动控制程序设计D1起停起停控制控制2000020007KEEP010012000120006KEEP010022000220005KEEP010032000320004KEEP01000D2起停起停控制控制D3起停起停控制控制X 起停起停控制控制启启动按按钮使使20000置置1，之后，之后20012003每隔每隔5s依次置依次置1。停止按停止按钮使使20004置置1，之后，之后20052007每隔每隔5s依次置依次置1。为实现为实现控制要控制要求，必求，必须：须：传输线控制程序分析传输线控制程序分析1515传输线自动控制程序设计传输线自动控制程序设计启动启动料欠料欠MOV#0001 2002010020102停止停止料满料满MOV#0010 2002010120103停止停止时，20004置置1。启启动时，20000置置1。启启动按按钮使使20000置置1，之后，之后20012003每隔每隔5s依次置依次置1。停止按停止按钮使使20004置置1，之后，之后20052007每隔每隔5s依次置依次置1。传输线控制程序分析传输线控制程序分析1515传输线自动控制程序设计传输线自动控制程序设计TIM 000#00502000020001T00020002TIM 001#00502000420005T00120006T00120007T0002000320104启启动时的移的移位脉冲信号位脉冲信号停止停止时的移的移位脉冲信号位脉冲信号启启动按按钮使使20000置置1，之后，之后20012003每每隔隔5s依次置依次置1。停止按停止按钮使使20004置置1，之后，之后20052007每隔每隔5s依次置依次置1。启启动或停止或停止按按钮按下后，按下后，20104每隔每隔5s发出一个出一个脉冲信号，脉冲信号，共共3个脉冲。个脉冲。