第2章可编程控制器概述(可编程控制器应用)课件.ppt

第第2章章 可编程控制器概述可编程控制器概述 2.1 PLC的产生与发展的产生与发展 2.1.1 PLC的产生的产生 1987年，国际电工委员会（年，国际电工委员会（International Electrical Committee，IEC）颁布的）颁布的PLC标准标准草案中对草案中对PLC做了如下定义：做了如下定义：PLC是一种数字运算操作的电子系统，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时计数与算术操作等面向用户的指令，并通时计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机输出控制各种类型的机械或生产过程。械或生产过程。2.1.2 PLC的发展的发展1早期的早期的PLC（20世纪世纪60年代末年代末20世纪世纪70年代中期）年代中期）2中期的中期的PLC（20世纪世纪70年代中期年代中期20世世纪纪80年代中、后期）年代中、后期）3近期的近期的PLC（20世纪世纪80年代中、后期至年代中、后期至今）今）2.2 PLC的特点与功能的特点与功能2.2.1 PLC的特点的特点1可靠性高，抗干扰能力强可靠性高，抗干扰能力强2丰富的丰富的I/O接口模块接口模块3采用模块化结构采用模块化结构2.2.2 PLC的基本功能的基本功能1多种控制功能多种控制功能（1）逻辑控制）逻辑控制（2）定时控制）定时控制（3）计数控制）计数控制（4）顺序控制）顺序控制2数据采集、存储与处理功能数据采集、存储与处理功能（1）基本算术：加、减、乘、除。）基本算术：加、减、乘、除。（2）扩展算术：平方根、三角函数和浮点）扩展算术：平方根、三角函数和浮点运算。运算。（3）比较：大于、小于和等于。）比较：大于、小于和等于。（4）数据处理：选择、组织、规格化、移）数据处理：选择、组织、规格化、移动和先入先出。动和先入先出。（5）模拟数据处理：）模拟数据处理：PID、积分和滤波。、积分和滤波。3输入输入/输出接口调理功能输出接口调理功能4通信、联网功能通信、联网功能5人机界面功能人机界面功能6编程、调试功能编程、调试功能图图2-1 2-1 可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构1CPU模块的功能模块的功能（1）接收并存储用户程序和数据；）接收并存储用户程序和数据；（2）用扫描方式接收现场输入设备的状态）用扫描方式接收现场输入设备的状态和数据，并进行存储；和数据，并进行存储；（3）诊断电源及）诊断电源及PLC内部电路工作状态和内部电路工作状态和编程过程中的语法错误；编程过程中的语法错误；2CPU模块中的存储器模块中的存储器 3I/O模块模块（1）输入模块）输入模块 输入接口电路的典型结构如图输入接口电路的典型结构如图2-2所示。所示。（2）输出模块）输出模块 输出接口电路如图输出接口电路如图2-3所示。所示。4电源电源 5编程器编程器图图2-3 2-3 输出接口电路典型结构图输出接口电路典型结构图2.3.2 PLC的分类的分类 1按结构分类按结构分类 根据根据PLC的结构形式，可将的结构形式，可将PLC分为整分为整体式和模块式两类。体式和模块式两类。2.4 PLC的工作原理的工作原理2.4.1 PLC的基本工作原理的基本工作原理1输入采样阶段输入采样阶段2用户程序执行阶段用户程序执行阶段3输出刷新阶段输出刷新阶段4系统自诊断系统自诊断5通信处理通信处理6中断处理中断处理7立即立即I/O处理处理2.4.2 PLC与继电器控制系统的异同与继电器控制系统的异同1实现原理不同实现原理不同2工作方式不同工作方式不同2.4.3 PLC与计算机控制系统的异同与计算机控制系统的异同1基本结构相同基本结构相同2程序执行原理相同程序执行原理相同2.4.4 PLC的主要技术指标的主要技术指标1工作速度工作速度2存储器容量存储器容量3控制规模控制规模7可靠性可靠性8可扩展性可扩展性9经济指标经济指标2.5 西门子西门子PLC的编程语言的编程语言 2.5.1 梯形图梯形图 梯形图程序设计语言具有以下特点：梯形图程序设计语言具有以下特点：（1）梯形图是一种图形语言，沿用传统控）梯形图是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。右母线。（2）梯形图中接点（触点）只有常开和常）梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是闭，接点可以是PLC输入点接的开关，也输入点接的开关，也可以是可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。器、计数器等的状态。（3）梯形图中的接点可以任意串、并联，）梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联，不能串联。但线圈只能并联，不能串联。利用梯形图编程的基本规则如下：利用梯形图编程的基本规则如下：（1）PLC内部元器件触点的使用次数是无内部元器件触点的使用次数是无限制的。限制的。（2）每个网络必须以一个触点开始，网络）每个网络必须以一个触点开始，网络不能以触点终止。不能以触点终止。（3）网络不能以线圈开始，线圈用于终止）网络不能以线圈开始，线圈用于终止逻辑网络。一个网络可有若干个线圈，这逻辑网络。一个网络可有若干个线圈，这些线圈位于该网络的并行分支上。同一个些线圈位于该网络的并行分支上。同一个程序中，同一编号的线圈使用两次及两次程序中，同一编号的线圈使用两次及两次以上称作双线圈输出。双线圈输出非常容以上称作双线圈输出。双线圈输出非常容易引起误动作，所以应避免应用。易引起误动作，所以应避免应用。S7-200 PLC中不允许双线圈输出。中不允许双线圈输出。（5）程序编辑器窗口可以看成划分为单元）程序编辑器窗口可以看成划分为单元格的网格，单元格里可放置指令、为参数格的网格，单元格里可放置指令、为参数指定数值或绘制线段的区域。在网格中，指定数值或绘制线段的区域。在网格中，一个单独的网络最多能垂直扩充一个单独的网络最多能垂直扩充32个单元个单元格或水平扩充格或水平扩充32个单元。个单元。2.5.2 语句表语句表 （1）利用助记符号表示操作功能，具有容易记）利用助记符号表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握的特点。忆，便于掌握的特点。（2）在编程器的键盘上就可以进行编程设计，）在编程器的键盘上就可以进行编程设计，便于操作。便于操作。（3）一般）一般PLC程序的梯形图和语句表可以互程序的梯形图和语句表可以互相转换。相转换。（4）部分梯形图以及其他编程语言中无法表）部分梯形图以及其他编程语言中无法表达的达的PLC程序，必须使用语句表才能编程。程序，必须使用语句表才能编程。2.5.3 功能块图功能块图（1）以功能模块为单位，从控制功能入手，）以功能模块为单位，从控制功能入手，使控制方案的分析和理解变得容易。使控制方案的分析和理解变得容易。（2）功能模块是用图形化的方法描述功能，）功能模块是用图形化的方法描述功能，它的直观性大大方便了设计人员的编程和它的直观性大大方便了设计人员的编程和组态，有较好的易操作性。组态，有较好的易操作性。（3）对控制规模较大、控制关系较复杂的）对控制规模较大、控制关系较复杂的系统，由于控制功能的关系可以较清楚地系统，由于控制功能的关系可以较清楚地表达出来，因此，编程和组态时间可以缩表达出来，因此，编程和组态时间可以缩短，调试时间也能减少。短，调试时间也能减少。2.5.4 顺序功能图顺序功能图（1）以功能为主线，条理清楚，便于对程）以功能为主线，条理清楚，便于对程序操作的理解和沟通。序操作的理解和沟通。（2）对大型的程序，可分工设计，采用较）对大型的程序，可分工设计，采用较为灵活的程序结构，可节省程序设计时间为灵活的程序结构，可节省程序设计时间和调试时间。和调试时间。（3）常用于系统的规模校大、程序关系较）常用于系统的规模校大、程序关系较复杂的场合。复杂的场合。（4）顺序功能图中，将系统的一个工作周期）顺序功能图中，将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步，并用编程元件（例如位存储器为步，并用编程元件（例如位存储器M和顺和顺序控制继电器序控制继电器S）来代表各步。步分初始步）来代表各步。步分初始步和活动步。步的活动状态的进展由转换的实和活动步。步的活动状态的进展由转换的实现来完成。现来完成。（5）只有在活动步的命令和操作被执行，）只有在活动步的命令和操作被执行，对活动步后的转换进行扫描，因此，整个对活动步后的转换进行扫描，因此，整个程序的扫描时间较其他程序编制的程序扫程序的扫描时间较其他程序编制的程序扫描时间要大大缩短。描时间要大大缩短。2.5.5 结构化文本结构化文本（1）采用高级语言进行编程，可以完成较）采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算。复杂的控制运算。（2）需要有一定的计算机高级程序设计语）需要有一定的计算机高级程序设计语言的知识和编程技巧，对编程人员的技能言的知识和编程技巧，对编程人员的技能要求较高，普通电气人员无法完成。要求较高，普通电气人员无法完成。（3）直观性和易操作性等性能较差。）直观性和易操作性等性能较差。（4）常被用于采用功能模块等其他语言较）常被用于采用功能模块等其他语言较难实现的一些控制功能的实施。难实现的一些控制功能的实施。2.6 PLC的应用及发展趋势的应用及发展趋势2.6.1 PLC的应用领域的应用领域1开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制2运动控制运动控制3闭环过程控制闭环过程控制4数据处理数据处理5通信联网通信联网2.6.2 PLC的国内外现状的国内外现状 美国美国PLC发展最快，欧洲发展最快，欧洲PLC的厂家有的厂家有60余余家，其中知名厂家包括德国西门子（家，其中知名厂家包括德国西门子（Siemens）公司、法国的施耐德（公司、法国的施耐德（Telemecanique，TE）公司、瑞士的公司、瑞士的Selectron公司等。公司等。日本生产日本生产PLC的厂家有的厂家有40余家，我国在余家，我国在20世纪世纪70年代末和年代末和 80年代初开始引进年代初开始引进PLC。虽然我国在虽然我国在PLC生产方面比较弱，但在生产方面比较弱，但在PLC应用方面，我国是很活跃的，应用方面，我国是很活跃的，2.6.3 PLC的发展趋势的发展趋势1人机界面更加友好人机界面更加友好2网络通信能力大大加强网络通信能力大大加强3开放性和互操作性大大发展开放性和互操作性大大发展4PLC的功能进一步增加，应用范围越来的功能进一步增加，应用范围越来越广泛越广泛5工业以太网的发展对工业以太网的发展对PLC有重要影响有重要影响2.7 西门子公司西门子公司PLC产品简介产品简介 西门子公司是欧洲最大的西门子公司是欧洲最大的PLC生产厂家生产厂家之一，早在之一，早在1973年，西门子公司就研制出了年，西门子公司就研制出了欧洲第一台欧洲第一台PLC。1975年，西门子公司的年，西门子公司的S3系列系列PLC正式正式投放市场。投放市场。S3系列产品主要以逻辑线路的硬件组合系列产品主要以逻辑线路的硬件组合为主，带有简单的二进制逻辑控制器与存储为主，带有简单的二进制逻辑控制器与存储器。器。20世纪世纪70年代后期，西门子公司开发年代后期，西门子公司开发出了出了S5系列系列PLC产品取代了产品取代了S3系列产品。系列产品。1996年，西门子公司推出了年，西门子公司推出了S7系列产系列产品，包括小型品，包括小型PLC S7-200、中型、中型PLC S7-300和大型和大型PLC S7-400。虽然该公司的虽然该公司的PLC产品仍然是产品仍然是S7-200/300/400系列，但其产品的技术指标和性能与系列，但其产品的技术指标和性能与早期的产品有了很大的不同。早期的产品有了很大的不同。小结小结 本章介绍了本章介绍了PLC的由来、特点和应用，的由来、特点和应用，重点介绍了重点介绍了PLC的基本结构和工作原理。的基本结构和工作原理。PLC作为一种工业标准设备，虽然生作为一种工业标准设备，虽然生产厂家众多，但都具有相同的工作原理。产厂家众多，但都具有相同的工作原理。（1）PLC专为工业环境下应用而设计，可靠性专为工业环境下应用而设计，可靠性高、使用方便，应用领域不断扩大和延伸，应高、使用方便，应用领域不断扩大和延伸，应用方式更加丰富。用方式更加丰富。（2）PLC从结构上可分为整体式和模块式；从从结构上可分为整体式和模块式；从容量上可分为小型、中型和大型。容量上可分为小型、中型和大型。（3）PLC主要有中央处理器（主要有中央处理器（CPU）、存）、存储器、输入储器、输入/输出（输出（I/O）接口、扩展接口、）接口、扩展接口、通信接口和编程设备等组成。通信接口和编程设备等组成。（4）PLC以循环扫描方式工作。当以循环扫描方式工作。当PLC处处于正常运行时，它将不断重复扫描过程，于正常运行时，它将不断重复扫描过程，其工作过程的中心内容包括输入采样、用其工作过程的中心内容包括输入采样、用户程序执行和输出刷新户程序执行和输出刷新3个阶段。个阶段。