第十一章:可编程控制器及其应用..优秀PPT.ppt
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1、下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录2/65第第11 11章章 可编程限制器及其应用可编程限制器及其应用 11.2 可编程限制器的程序编制可编程限制器的程序编制11.3 可编程限制器应用举例可编程限制器应用举例 11.1 可编程限制器的结构和工作原理可编程限制器的结构和工作原理11.5 可编程限制器微机编程与监控软件简介可编程限制器微机编程与监控软件简介(略略)11.4 松下松下FPX系列、欧姆龙系列、欧姆龙(OMRON)C系列和系列和 西门子西门子S7200系列可编程限制器常用基系列可编程限制器常用基本本 指令比照指令比照(略略)下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录
2、章目录3/65 可编程限制器可编程限制器(PLC)(PLC)是以中心处理器为核心,综合是以中心处理器为核心,综合了计算机和自动限制等先进技术发展起来的一种新型了计算机和自动限制等先进技术发展起来的一种新型工业限制器,特地用于工业现场的自动限制装置。工业限制器,特地用于工业现场的自动限制装置。PLC PLC 具有牢靠性高、功能完善、组合敏捷、编程具有牢靠性高、功能完善、组合敏捷、编程简洁以及功耗低、体积小等优点。但它存储容量小,简洁以及功耗低、体积小等优点。但它存储容量小,价格高。价格高。本章只为初学者供应本章只为初学者供应 PLC PLC 基础学问,重点是简洁基础学问,重点是简洁程序编制,重在
3、应用。程序编制,重在应用。继电接触器限制系统在生产中得到广泛应用。但继电接触器限制系统在生产中得到广泛应用。但由于它的机械触点多、接线困难、牢靠性低、功耗高、由于它的机械触点多、接线困难、牢靠性低、功耗高、通用性差,因此已不能满足现代化生产过程困难多变通用性差,因此已不能满足现代化生产过程困难多变的限制要求。的限制要求。第第11 11章章 可编程限制器及其应用可编程限制器及其应用下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录4/65 PLC 的类型繁多,功能和指令系统也不尽相同的类型繁多,功能和指令系统也不尽相同,但其结构和工作方式则大同小异但其结构和工作方式则大同小异,一般由主机、输入
4、一般由主机、输入/输出接口、电源、编程器、扩展接口和外部设备接输出接口、电源、编程器、扩展接口和外部设备接口等几个主要部分构成。口等几个主要部分构成。11.1 可编程限制器的结构和工作方式可编程限制器的结构和工作方式11.1.1 可编程限制器的结构及各部分的作用可编程限制器的结构及各部分的作用 PLC 可看作一个系统,外部的各种开关信号或可看作一个系统,外部的各种开关信号或模拟信号均为输入变量,它们经输入接口寄存到模拟信号均为输入变量,它们经输入接口寄存到 PLC 内部的状态寄存器和数据存储器中,而后按用内部的状态寄存器和数据存储器中,而后按用户程序要求进行逻辑运算或数据处理,最终以输出户程序
5、要求进行逻辑运算或数据处理,最终以输出变量的形式送到输出接口,从而限制输出设备。变量的形式送到输出接口,从而限制输出设备。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录5/65 PLC 硬件系统结构图硬件系统结构图下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录6/651.主机主机 CPU是是PLC的核心的核心,主要用来运行用户程序,主要用来运行用户程序,监控输入监控输入/输出接口状态。输出接口状态。主机部分包括中心处理器(主机部分包括中心处理器(CPU)、系统程序)、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。存储器和用户程序及数据存储器。PLC 内部存储器内部存储器系统程序存储器系统程
6、序存储器用户程序及数据存储器用户程序及数据存储器 系统程序存储器:系统程序存储器:主要存放系统管理和监控程序主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家固化,用户不能更改。固化,用户不能更改。用户程序及数据存储器:用户程序及数据存储器:主要存放用户编制的应主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。用程序及各种暂存数据、中间结果。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录7/652.输入输入/输出输出(I/O)接口接口 输入接口用于接收输入设备输入接口用于接收输入设备(如按钮、行程开关、如按钮、行程开关
7、、传感器等)的限制信号。传感器等)的限制信号。输出接口输出接口用于将经主机处理过的结果通过输出电用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备路去驱动输出设备(如接触器、电磁阀、指示灯等如接触器、电磁阀、指示灯等)。3.电源电源 PLC电源电源指为指为CPU、存储器、存储器、I/O接口等内部电子接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源。电路工作所配备的直流开关稳压电源。I/O接口是接口是 PLC 与输入与输入/输出设备连接的部件。输出设备连接的部件。I/O接口电路一般接受光电耦合电路接口电路一般接受光电耦合电路,以削减电磁干扰。以削减电磁干扰。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出
8、章目录章目录8/65PLC的输入接口电路的输入接口电路(直流输入型直流输入型)下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录9/65PLC的继电器输出接口电路的继电器输出接口电路下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录10/65PLC的晶体管输出接口电路的晶体管输出接口电路下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录11/654.编程器编程器 编程器是编程器是 PLC PLC 重要的外部设备,用于手持编程。重要的外部设备,用于手持编程。利用编程器可输入、检查、修改、调试用户程序或在线监视利用编程器可输入、检查、修改、调试用户程序或在线监视PLCPLC工作状况。除手持编
9、程器外,目前运用较多的是利用通信电缆工作状况。除手持编程器外,目前运用较多的是利用通信电缆将将PLCPLC和计算机连接,并利用专用的工具软件进行编程或监控。和计算机连接,并利用专用的工具软件进行编程或监控。6.外部设备接口外部设备接口 I/O扩展接口扩展接口用于将扩充外部输入用于将扩充外部输入/输出端子数的输出端子数的扩展单元与基本单元扩展单元与基本单元(即主机即主机)连接在一起。连接在一起。5.输入输入/输出扩展接口输出扩展接口 此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相连。设备与主机相连。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章
10、目录12/6511.1.2 可编程限制器的工作方式可编程限制器的工作方式 PLC 接受接受“依次扫描、不断循环依次扫描、不断循环”的方式进行工的方式进行工作。其工作过程分为输入采样、程序执行和输出刷新作。其工作过程分为输入采样、程序执行和输出刷新 三个阶段,并进行周期循环。三个阶段,并进行周期循环。一条指令所需时间一般不超过一条指令所需时间一般不超过 100 ms。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录13/651.1.输入采样阶段输入采样阶段输入采样阶段输入采样阶段 PLC在输入采样阶段,以扫描方式依次读入全部在输入采样阶段,以扫描方式依次读入全部输入端的通输入端的通/断状态或
11、输入数据,并将其存入输入状态断状态或输入数据,并将其存入输入状态寄存器,即输入刷新。接着转入程序执行阶段。在程寄存器,即输入刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行阶段,即使输入状态发生变更,输入状态寄存序执行阶段,即使输入状态发生变更,输入状态寄存器的内容也不会变更,只有在下一个扫描周期的输入器的内容也不会变更,只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能被读入。采样阶段才能被读入。2.2.程序执行阶段程序执行阶段程序执行阶段程序执行阶段 PLC在程序执行阶段,按先左后右,先上后下的在程序执行阶段,按先左后右,先上后下的步序执行程序指令。其过程如下:从输入状态寄存器步序执行程序指令。其过程如下:从输
12、入状态寄存器和其他元件状态寄存器中读出有关元件的通和其他元件状态寄存器中读出有关元件的通/断状态断状态,并依据用户程序进行逻辑运算,运算结果再存入有关并依据用户程序进行逻辑运算,运算结果再存入有关的状态寄存器中。的状态寄存器中。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录14/653.3.输出刷新阶段输出刷新阶段输出刷新阶段输出刷新阶段 在全部指令执行完毕后,将各物理继电器对应的在全部指令执行完毕后,将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通输出状态寄存器的通/断状态断状态,在输出刷新阶段转存到在输出刷新阶段转存到输出锁存器中输出锁存器中,去限制各物理继电器的通去限制各物理继电器的通/断断
13、,这才是这才是PLC的实际输出。的实际输出。由由PLC的工作过程可见的工作过程可见,在在PLC的程序执行阶段的程序执行阶段,即使输入发生了变更,输入状态寄存器的内容也不会即使输入发生了变更,输入状态寄存器的内容也不会马上变更,要等到下一个周期输入采样阶段才能变更。马上变更,要等到下一个周期输入采样阶段才能变更。暂存在输出状态寄存器中的输出信号,等到一个循环暂存在输出状态寄存器中的输出信号,等到一个循环周期结束,周期结束,CPU集中将这些输出信号全部输出给输出集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器,这才成为实际的锁存器,这才成为实际的CPU输出。因此全部输入、输出。因此全部输入、输出状态的变更就
14、须要一个扫描周期,换言之,输入、输出状态的变更就须要一个扫描周期,换言之,输入、输出的状态保持一个扫描周期。输出的状态保持一个扫描周期。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录15/6511.1.3 可编程限制器的主要技术性能可编程限制器的主要技术性能1.I/O1.I/O点数点数点数点数 指指PLC外部输入和输出端子数外部输入和输出端子数。通常小型机有几通常小型机有几十个点十个点,中型机有几百个点,而大型机超过千点。中型机有几百个点,而大型机超过千点。2.2.用户程序存储容量用户程序存储容量用户程序存储容量用户程序存储容量 用来衡量用来衡量PLC所能存储用户程序的多少。所能存储用户
15、程序的多少。在在 PLC 中,程序指令按中,程序指令按“步步”存存储储储储,一一“步步”占用一占用一个地址单元个地址单元,一条指令有的往往不止一一条指令有的往往不止一“步步”。一个。一个地地址单元一般占两个字节。址单元一般占两个字节。3.3.扫描速度扫描速度扫描速度扫描速度 指扫描指扫描1000步用户程序所需的时间步用户程序所需的时间,以,以ms/千步千步为单位。有时也用扫描一步指令的时间计为单位。有时也用扫描一步指令的时间计,如如 s/步。步。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录16/654.指令系统条数指令系统条数 PLC PLC 具有基本指令和高级指令,指令的种类和数具有
16、基本指令和高级指令,指令的种类和数量越多,其软件限制功能越强。量越多,其软件限制功能越强。5.编程元件的种类和数量编程元件的种类和数量 编程元件是指输入继电器、输出继电器、协助继编程元件是指输入继电器、输出继电器、协助继电器、定时器、计数器、通用电器、定时器、计数器、通用“字字”寄存器、数据寄寄存器、数据寄存器及特殊功能继电器等,其种类和数量的多少是衡存器及特殊功能继电器等,其种类和数量的多少是衡量量 PLC PLC 硬件功能强弱的一个指标。硬件功能强弱的一个指标。PLC 内部内部“继电器继电器”是存储器的存储单元。当是存储器的存储单元。当写入该单元的逻辑状态为写入该单元的逻辑状态为1时,则表
17、示相应时,则表示相应“继电器继电器”的线圈接通,其动合触点闭合,动断触点断开。所的线圈接通,其动合触点闭合,动断触点断开。所以以 PLC 内部这些内部这些“继电器继电器”称为称为“软软”继电器。继电器。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录17/65FPX-C30FPX-C30可编程限制器编程元件的编号范围与功能说明可编程限制器编程元件的编号范围与功能说明可编程限制器编程元件的编号范围与功能说明可编程限制器编程元件的编号范围与功能说明下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录18/65下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录19/6511.1.4 可编程限制
18、器的主要功能和特点可编程限制器的主要功能和特点1.1.主要功能主要功能主要功能主要功能(1)开关逻辑限制开关逻辑限制用用PLC取代传统的继电接触器进行逻辑限制。取代传统的继电接触器进行逻辑限制。(3)步进限制步进限制(4)数据处理数据处理(2)定时定时/计数限制计数限制 用用PLC的定时的定时/计数指令来实现定时和计数限制。计数指令来实现定时和计数限制。用步进指令实现一道工序完成后,再进行下一道工用步进指令实现一道工序完成后,再进行下一道工序操作的限制。序操作的限制。能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算和逻辑运算等操作。算和逻辑运算等操作。
19、下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录20/65(5)过程限制过程限制(6)运动限制运动限制(7)通信连网通信连网(8)监控监控(9)数字量与模拟量的转换数字量与模拟量的转换 可实现对温度、压力、速度、流量等非电量参数进可实现对温度、压力、速度、流量等非电量参数进行自动调整。行自动调整。通过高速计数模块和位置限制模块进行单轴或多轴通过高速计数模块和位置限制模块进行单轴或多轴限制。如用于数控机床、机器人等限制。限制。如用于数控机床、机器人等限制。通过通过PLC之间的连网及与计算机的连接,实现远程之间的连网及与计算机的连接,实现远程限制或数据交换。限制或数据交换。能监视系统各部分的运
20、行状况能监视系统各部分的运行状况,并能在线修改限制并能在线修改限制程序和设定值。程序和设定值。能进行能进行A/D和和D/A转换,以适应对模拟量的限制。转换,以适应对模拟量的限制。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录21/652.2.主要特点主要特点主要特点主要特点 (1)牢靠性高,抗干扰实力强。牢靠性高,抗干扰实力强。PLC接受大规模集成接受大规模集成电路和计算机技术,对电源进行屏蔽,对电路和计算机技术,对电源进行屏蔽,对I/O接口实行接口实行光电耦合;在软件方面定期进行系统状态及故障检测。光电耦合;在软件方面定期进行系统状态及故障检测。而这些都是继电接触器限制系统不具备的。而
21、这些都是继电接触器限制系统不具备的。(2)(2)编程简洁,运用便利。编程简洁,运用便利。编程简洁,运用便利。编程简洁,运用便利。(3)(3)通用性好,具有在线修改实力。通用性好,具有在线修改实力。通用性好,具有在线修改实力。通用性好,具有在线修改实力。PLCPLC硬件接受模硬件接受模硬件接受模硬件接受模块化结构,可以敏捷地组态以适应不同的限制对象、块化结构,可以敏捷地组态以适应不同的限制对象、块化结构,可以敏捷地组态以适应不同的限制对象、块化结构,可以敏捷地组态以适应不同的限制对象、限制规模和限制功能的要求。且可通过修改软件,来限制规模和限制功能的要求。且可通过修改软件,来限制规模和限制功能的
22、要求。且可通过修改软件,来限制规模和限制功能的要求。且可通过修改软件,来实现在线修改的实力,因此其功能易于扩展,具有广实现在线修改的实力,因此其功能易于扩展,具有广实现在线修改的实力,因此其功能易于扩展,具有广实现在线修改的实力,因此其功能易于扩展,具有广泛的工业通用性。泛的工业通用性。泛的工业通用性。泛的工业通用性。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录22/65 (4)(4)缩短设计、施工、投产的周期缩短设计、施工、投产的周期缩短设计、施工、投产的周期缩短设计、施工、投产的周期,维护简洁。目维护简洁。目维护简洁。目维护简洁。目前前前前PLCPLC产品朝着系列化、标准化方向发展
23、,只需依据产品朝着系列化、标准化方向发展,只需依据产品朝着系列化、标准化方向发展,只需依据产品朝着系列化、标准化方向发展,只需依据限制系统的要求,就可选用相应的模块进行组合设计,限制系统的要求,就可选用相应的模块进行组合设计,限制系统的要求,就可选用相应的模块进行组合设计,限制系统的要求,就可选用相应的模块进行组合设计,同时用软件编程代替了继电限制的硬连线,大大减轻同时用软件编程代替了继电限制的硬连线,大大减轻同时用软件编程代替了继电限制的硬连线,大大减轻同时用软件编程代替了继电限制的硬连线,大大减轻了接线工作,同时了接线工作,同时了接线工作,同时了接线工作,同时PLCPLC还具有故障检测和显
24、示功能,还具有故障检测和显示功能,还具有故障检测和显示功能,还具有故障检测和显示功能,使故障处理时间缩短。使故障处理时间缩短。使故障处理时间缩短。使故障处理时间缩短。(5)(5)体积小,易于实现机电一体化。体积小,易于实现机电一体化。体积小,易于实现机电一体化。体积小,易于实现机电一体化。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录23/6511.2 可编程限制器的程序编制可编程限制器的程序编制11.2.1 可编程限制器的编程语言可编程限制器的编程语言可编程限制器的程序有系统程序和用户程序两种。可编程限制器的程序有系统程序和用户程序两种。系统程序用户不能修改。系统程序用户不能修改。用户
25、程序是用户依据限制要求,利用用户程序是用户依据限制要求,利用 PLC PLC 厂家提厂家提供的程序编制语言和指令编写的应用程序。供的程序编制语言和指令编写的应用程序。PLC PLC 的编程语言以梯形图语言和指令语句表语言的编程语言以梯形图语言和指令语句表语言最为常用,并且两者常常联合运用。最为常用,并且两者常常联合运用。1.1.梯形图梯形图梯形图梯形图 梯形图是在继电限制系统电气原理图基础上开发梯形图是在继电限制系统电气原理图基础上开发出来的一种图形语言。它是继承了继电器触点、线圈、出来的一种图形语言。它是继承了继电器触点、线圈、串联、并联等术语和符号,依据限制要求连接而成的串联、并联等术语和
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