可编程逻辑控制器 PLC课件3.ppt

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1、第第12章可编程控制器章可编程控制器(PLC)与电动机控制与电动机控制 l第一节第一节 PLC的发展概况和主要特点的发展概况和主要特点 l1.1 概述概述l可编程序控制器(Programmable Controller)，简称PC，为了与个人计算机(Personal Computer)的PC相区别，又称可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC。l在国内市场上，欧洲的代表是西门子公司，日本的代表是三菱和欧姆龙公司，美国的代表是AB与GE公司。l主要介绍三菱公司生产的F1型PLC的基本组成，原理与应用。在了解PLC工作原理与特点的基础上，重点介绍小

2、型PLC的应用技术。包括小型PLC的硬件与系统构成、基本性能、指令与编程方法、控制系统的硬件与软件的设计方法。lPLC实质上是一种工业控制计算机。可以把它当作一个由各种控制功能的继电器、开关等控制元件组成的控制装置来看待。2021/9/171与继电器系统相比，PLC的特点特点表现为：l 程序存储式控制。l 内部处理无触点方式。l 有自诊断功能。l 采用微电子高集成。l 采用了专门的抗干扰措施。l 采用模块积木式结构，扩展灵活方便。与通用微行机相比，PLC的特点表现为：l 采用与继电器电路相似的梯形图语言编程，编程方便。l I/O可与设备和现场信号直连，扩充容易。l 现场环境适应能力高，可靠性高

3、，平均无故障工作时间30万小时。l 控制功能强，可实现逻辑、顺序、位置、过程等控制。但运算速度、数据处理和科学计算能力不如普通微型机。2021/9/172应用领域：应用领域：l数字量逻辑控制：数字量逻辑控制：代替继电器作组合逻辑、定时、计数、顺序控制l运动控制：运动控制：以专用模块作直线、圆弧的位置、速度、加速度控制。应用：金属切削机床、金属成形机械、装配机械、机器人、电梯等。l闭环过程控制：闭环过程控制：专用模块对温度、压力、流量等模拟量作闭环PID控制。应用：塑料挤压成形机、加热炉、锅炉、化工过程等。l数据处理：数据处理：通过各种运算完成对数据的采集、分析和处理。应用：造纸、冶金、食品、轻

4、纺工业中的大型控制系统。l通信联网：通信联网：主机与远程I/O，PLC间，PLC与其它智能设备间（如PC、CNC、变频器）l民用：楼宇自动化：民用：楼宇自动化：照明、自动门、空调、窗帘、保安 家庭自动化：家庭自动化：智能家电 商业：商业：停车场、仓库、加油站、酒店 公共场合：公共场合：机场、火车站、医院、道路交通灯 农业：农业：暖房、动物饲养温度控制、定时浇水2021/9/1731.2 初步认识可编程控制器初步认识可编程控制器(PLC)输入端子输入信号灯输出端子输出信号灯编程电缆运行开关电源指示灯运行指示灯电池指示灯出错指示灯扩展端口锂电池lFX型型PLC外观外观 F1型PLC的外形2021/

5、9/174各种类型的PLC2021/9/175中、大型PLC的结构外型l中、大型PLC的结构外型，它通常采用积木式结构，可以根据需要将各种标准模块进行搭接，常用的模块有电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块以及各种特殊模块。中、大型PLC的结构外型2021/9/176第二节 PLC的硬件结构配置与工作原理的硬件结构配置与工作原理l在PLC中有大量的、各种各样的继电器，如输入继电器(X)、输出继电器(Y)、辅助继电器(M)、定时器(T)、计数器(C)等。不过这些继电器不是真正的继电器，而是用计算机中的存储器来模拟的，我们把它叫作软继电器。l存储器中的某一位就可以表示一个继电器，这种继电器也叫位

6、继电器。l存储器中的一位有两种状态：“0”和“1”。我们用0表示继电器失电，用1表示继电器得电。把“0”或“1”写入存储器中的某一位就表示对应的继电器线圈失电或得电。l读出该存储器某位的值为0时，表示对应继电器的常开接点断开；为1时，表示对应继电器的常开接点闭合。而常闭接点的值是对存储器位的取反。l读存储器的次数是不受限制的，所以一个位继电器的接点从理论上讲是无穷多的。2021/9/177一、基本结构一、基本结构 2021/9/1782021/9/179各组成部分的作用各组成部分的作用l1.CPUl(1)将各种输入信号取入存储器。将各种输入信号取入存储器。l(2)编译、执行指令。编译、执行指令

7、。l(3)把结果送到输出端。把结果送到输出端。l(4)响应各种外部设备的请求。响应各种外部设备的请求。l2.存储器存储器lRAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序。存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序。lROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。存放监控程序和用户已调试好的程序。l3.输入、输出接口：采用光电隔离，实现了输入、输出接口：采用光电隔离，实现了PLC的内部电的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。2021/9/1710l输入接口作用：输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转

8、换成数字信号送入主机。生的信号，转换成数字信号送入主机。l输出接口作用：输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。部强电隔离。l输出三种形式：输出三种形式：继电器继电器-低速大功率，交直流负载；低速大功率，交直流负载；可控硅可控硅-高速大功率，交流负载；高速大功率，交流负载；晶体管晶体管-高速小功率，直流负载；高速小功率，直流负载；2021/9/1711输入接口电路：采用光电耦合器，防止强

9、输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。电干扰。2021/9/1712输出接口电路：均采用模块式。输出接口电路：均采用模块式。AC250V/DC24V(max)2021/9/1713主要技术性能主要技术性能l1.输入输入/输出点数输出点数(I/O点数点数)。l2.扫描速度。扫描速度。单位：单位：ms/1000步步 或或 s/步步l3.内存容量。内存容量。l4.指令条数。指令条数。l5.内部寄存器数目。内部寄存器数目。l6.多功能模块。多功能模块。2021/9/1714发展趋势：发展趋势：l高速、高性能、大容量：高速、高性能、大容量：采用多CPU、专用CPU、流水线结构，可实现智能PID、模

10、糊控制、自适应控制、参数自整定等闭环控制。三菱 AnA系列使用了世界第一个32位PLC专用处理器，基本指令扫描时间为0.15微秒。松下 FP10SH系列的32位CPU顺序指令执行速度达到0.04微秒/步。l微型化：微型化：满足机电一体化应用要求，PLC的体积向轻薄短小化发展。三菱FX1S-14M(14个I/O）尺寸仅为906075mm，底部尺寸仅相当于一张卡片大小。l智能化：智能化：模拟I/O、高速计数、运动控制、温度控制、条形码阅读等l网络化：网络化：各种微机、图形工作站、PLC本身均可作为PLC的监控主机。l编程语言标准化、高级化：编程语言标准化、高级化：发展面向功能块的流程图语言、与计算

11、机兼容的高级语言（C、BASIC）、PLC专用高级语言（MELDAP）等。l通信通信“傻瓜傻瓜”化：化：智能通信模块、语音处理模块。l软件化与软件化与PC化：化：在PC上模拟仿真实现PLC功能的软件包l上位编程的组态软件化：上位编程的组态软件化：降低系统集成难度、节约设计时间l机电一体化：机电一体化：机械本体PLC传感器执行器l控制与信息处理融合：控制与信息处理融合：PLC机器视觉信息处理器2021/9/1715三菱小型PLC的发展：l80年代：F系列l90年代：F1、F2系列，FX2系列l当前：FX0、FX1S、FX1N（基本指令执行时间0.55-0.7微秒）；FX1S：超小型，2K步，10

12、30I/O。可1扩展I/O或串行通信。FX1N：14128I/O，可使用特殊功能模块、显示模块和扩展板。8K步。通过通信扩展可实现网络或232、485通信。FX2N、FX2Nc（基本指令执行时间0.08微秒）；FX2N:功能最强、速度最高。8K16K步，IO最大256点。有多种特殊功能模块、可实现多轴定位控制。可实现模拟闭环控制。可扩展数8。通过通信扩展可实现网络或232、485通信。FX2Nc：小体积，可扩展数4。可控制2轴（包括插补功能）可添加模块：l 模拟IO、热电阻/热电偶温度传感器用模拟输入、温度调节、高速计数、脉冲输出、定位控制、可编程凸轮开关、CCLink系统主站、CCLink接

13、口、MELSEC远程IO连接系统主站、AS-I主站、DeviceNet接口、Profibus接口、RS-232C通信接口、RS-232C适配器、RS-485通信适配器、RS-232C/RS-485转换接口等。2021/9/1716二、PLC的工作过程 工作特点是以周期循环顺序执工作特点是以周期循环顺序执行三个批处理：行三个批处理：l 1.输入扫描输入扫描 按扫描方式将输入端子上的信号顺序读入缓冲区，在本周期内不再改变。l 2.程序执行扫描程序执行扫描 按用户程序从上到下、从左到右逐一扫描执行。结果送输出映象区存放。不送输出端口。l 3.输出扫描输出扫描 执行完所有程序后，将输出映象区的内容送输

14、出锁存器，对物理输出 进行刷新。输出刷新完成之后，又返回到输入扫描进入下一工作循环。2021/9/1717l梯形图的过程可分为以下三个阶段：输入采样阶段 程序处理阶段输出刷新结果输出阶段lPLC完成上述3个阶段称为一个扫描周期。lPLC反复不断地执行上述过程。扫描周期的长短和PLC的运算速度和工作方式有关，但主要和梯形图的长度及指令的种类有关，一个扫描周期的时间大约在几毫秒到几百毫秒之间。l PLC执行梯形图(读程序)是一步一步进行的，所以它的逻辑结果也是由前到后逐步产生的，为串行工作方式。l常规电器的控制电路中所有的控制电器都是同时工作的，在通电和得电顺序上不存在先后的问题，为并行工作方式。

15、LC的工作过程2021/9/1718l在一个PLC的工作周期中，可插入其它的工作到输入扫描完成后插入其它的工作到输入扫描完成后进行：（1）系统自监测）系统自监测 当系统的 Watchdog 超时动作时，转向执行复位程序。（2）有编程有编程请求时，时，插入执行与编程器数据交换程序。（3）PLC含数字处理器时，含数字处理器时，插入执行与数字处理器进行数据交换程序。有通讯请求时，有通讯请求时，插入通讯处理程序。lPLC的内存除存放用户和系统的程序外，还有四个区：的内存除存放用户和系统的程序外，还有四个区：（1）I/O区：可直接与外部输入、输出端子传递信息（2）内部辅助寄存器区：存放中间变量（3）数据

16、区：存放中间结果（4）专用寄存器区：定时时钟、标志、系统内部的命令l用户在对这四个区进行操作时，可以以寄存器或接点的方式进行。l以I/O区为例：寄存器是一个16位二进制单元，16位中的每一位是一个接点，对应外部的一个输入/输出端子。2021/9/1719用用PLC控制电动机降压控制电动机降压起动控制动控制用用用用PLCPLC控制电动机降压起动控制等效电路图控制电动机降压起动控制等效电路图控制电动机降压起动控制等效电路图控制电动机降压起动控制等效电路图 PLC等效控制电路2021/9/1720PLC等效电路工作过程示意图2021/9/1721三、PLC的指令与编程 lPLC编程语言的国际标准编程

17、语言的国际标准l IEC国际电工委员会于1994年5月公布了PLC标准IEC1131。l 其中第三部分IEC11313为PLC编程语言标准。l 标准包括5种编程语言：1 顺序功能图顺序功能图Sequential Function Chart 一种位于其它编程语言之上的图形语言，用于编制顺序控制程序步进 2 梯形图梯形图Ladder Diagram 应用最广泛的图形编程语言，与继电接触器控制电路图形相似。3 功能块图功能块图Function Block Diagram 类似于数字逻辑门电路的编程语言 4 指令表指令表Instruction List助记符语言 5 结构文本结构文本Structur

18、e Text 专用的高级编程语言，能实现复杂的数学运算，编写的程序简洁紧凑。l助记符语言：类似于微机中的汇编语言。助记符语言：类似于微机中的汇编语言。l梯形图语言：沿袭了传统的控制图。直观明了，易于掌握。梯形图语言：沿袭了传统的控制图。直观明了，易于掌握。2021/9/1722l（1）梯形图语言：为了区别常规控制电路和PLC控制电路(通常叫梯形图)，PLC一般用专用图形符号来表示，其中可编程序控制器的继电器线圈可有多种画法。PLC的编程语言常规电器和可编程序控制器的图形符号对照 2021/9/1723 PLC的接线图和梯形图的绘制方法l梯形图采用水平布置画法，梯形图最左边的竖线叫作左母线，右边

19、的竖线叫作右母线，右母线可以省略不画，左右母线相当于电源线。l画梯形图时应注意：1 梯形图中的连接线(相当于导线)不能相互交叉，并且只能 水平或垂直绘制;2 只有常开（）和常闭（）两种接点。3 梯形图中的接点一般只能水平绘制，不能垂直绘制，接点可任意进行串并联，每一接点可以任意反复使用。4 各种继电器线圈只能并联、不能串联，线圈的一端必须与右母线连接。不能与左母线连接，接点不能与右母线连接，内部电器不能直接作输出，只能用输出继电器输出完成控制动作。5 接点中的“电流”只的从左向右单方向流动，不能出现反向流动的现象。6 最后必须用“END”表示控制程序的结束。2021/9/1724自耦变压器降压

20、起动控制电路PLC控制的接线图和梯形图 PLC的接线图和梯形图X400X401X402Y430Y431Y430Y430T450K5T450M100M100M100Y432Y433Y434Y430Y431Y430Y431FRSB1SB2COM X400X401X402COM1220VKM1KM2Y430Y431Y432Y433Y434COM2KM1KM2HL1HL2HL36V(b)PLC接线图(c)PLC控制梯形图UVWML1L2L3KM1KM2QSFUFRKM2T(a)主电路图2021/9/1725串行工作方式对梯形图控制结果的影响l梯形图中继电器线圈的接点在线圈之前和在线圈之后，对它的控制结

21、果可能是有影响的。接点前后顺序对梯形图控制的影响X401X402X401Y430Y431Y430Y431X401X402X401Y430Y431Y430Y431(a)(b)先执行先执行后执行后执行2021/9/1726举例说明：点动控制的电路图和梯形图点动控制的电路图和梯形图接点顺序的调整 KMKMSB1SB2SB3(a)点动控制电路图(b)点动控制梯形图X401X402X403Y430X403Y430X401X402M100Y430X403Y430X403M1002021/9/1727(2)逻辑代数表示法逻辑代数表示法 l形如方程，左侧为某线圈符号，右侧为该线圈的通电条件。l 运算结果为“1

22、”线圈通电、“0”线圈失电；对触点，“1”接通、“0”断开。l 常开触点采用与线圈相同的逻辑符号A，常闭触点采用常闭触点采用/A。l 用符号“与”表示触点的串联，“或”表示触点的并联。l 例：2021/9/1728（3）助记符语言）助记符语言：l英文缩写字母构成的编程指令代码，类似于计算机汇编语言的形式，用指令的助记符来进行编程。它通过编程器按照语句表的语句顺序逐条写入PLC并可直接运行。语句表的指令助记符比较直观易懂，编程也简单，便于工程人员掌握，因此得到广泛的应用。l控制逻辑用助记符语言（三菱F1PLC语言）则写成 0 LD X400 1 ANI X401 ；触点串联 2 OUT Y433

23、 ；线圈驱动 3 LD X400 4 ORI Y433 ；触点并联 5 AND X402 ；串联 6 OUT Y430 7 END 助记符编程时所用的每条语句称为PLC的程序步。2021/9/1729基本指令和编程方法（1）PLC软元件。l第一种为位元件，PLC中的输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M和状态继电器S为位元件。存储单元中的一位表示一个继电器，其值为“0”或“1”，“0”表示继电器失电，“1”表示继电器得电。l第二种为字元件，最典型的字元件为数据寄存器D，一个数据寄存器可以存放16位二进制数，两个数据寄存器可以存放32位二进制数，在PLC控制中用于数据处理。定时器T和计数器C也

24、可以作为数据寄存器来使用。l第三种为位与字混合元件，如定时器T和计数器C，它们的线圈和接点是位元件，它们的设定值寄存器和当前值寄存器为字元件。2021/9/1730（一）、器件与编号器件与编号 以英文字母开头，字母表示编程元件的的功能，后跟三位八进制数字，按照八进制编号。输入继电器(X)和输出继电器(Y)在PLC中采用八进制编号。但输入继电器和输出继电器点数之和不得超过256，如接入特殊单元、特殊模块时，每个占8点，应从256点中扣除。输入输出接口继电器 PLC通过输入输出接口继电器实现对生产现场信号的采集与控制。输入继电器输入继电器 X F1系列PLC输入继电器采用的编号为 基本单元 扩展单

25、元 X400X413 X414X427 X500X513 X514X527 X000X013 X014X0272021/9/1731l 每个继电器都“带有”常开、常闭的内部软接点。l 输入继电器线圈只能由外部电路驱动，不受PLC控制。l 当外部输入信号有效时，逻辑值1，否则逻辑值0。在梯形图中只能有输入继电器的触点，而不能出现输入继电器的线圈。2021/9/1732l 输出继电器输出继电器 Y l每输出继电器提供一个对外常开物理接点，输出继电器的线圈不能由PLC的外部信号来驱动，只能由程序的执行结果来驱动。l 输出继电器编号以字母Y开头如下表：基本单元 扩展单元 Y430Y437 Y440Y4

26、47 Y530Y537 Y540Y547 Y030Y037 Y040Y0472021/9/1733 辅助继电器(M)l辅助继电器(M)相当于中间继电器，它只能在内部程序(梯形图)中供编程使用。用于构造各种控制逻辑，不能直接用于控制生产现场，不能对外驱动外部负载，在梯形图用于逻辑变换和逻辑记忆作用。特点：辅助继电器的功能相当于继电特点：辅助继电器的功能相当于继电-接触器控制系统电路中的中间继电器；它不能由任何外部设备来驱动，也不能接触器控制系统电路中的中间继电器；它不能由任何外部设备来驱动，也不能直接驱动外部负载。直接驱动外部负载。l辅助继电器有通用辅助继电器、断电保持辅助继电器和专用辅助继电器

27、。l l1 1、通用辅助继电器通用辅助继电器l通用辅助继电器的元件编号为M100M277，共128点。它和普通的中间继电器功能一样，运行时如果通用辅助继电器线圈得电，当电源突然中断时线圈失电，若电源再次接通时，线圈仍失电。l l2 2、断电保持辅助继电器断电保持辅助继电器l断电保持辅助继电器的元件编号为M300M377，共64点，l3、专用辅助继电器、专用辅助继电器 M，特殊辅助继电器数量：15个；特殊辅助继电器编号lM70M74 M76M77 M470M473 M570M573 特殊辅助继电器用途：进行运行监视、初始化脉冲、电池电压下降指示等 2021/9/1734l移位寄存器移位寄存器 M

28、：辅助继电器可以作为移位寄存器使用，每16个继电器一组，一旦某组辅助继电器被用作移位寄存器就不能再做他用。分组方式：M100M117等。l定时器定时器 T 32个定时器相当于继电-接触器控制系统中的时间继电器，它能提供无数对常开、常闭延时触点供用户编程使用。定时器的延时时间是由编程中的设定值K来决定的。l计数器计数器 C 32个计数器主要于记录脉冲个数或根据脉冲个数设定某一时间。计数器的计数范围是0999 l状态继电器状态继电器 S 40个，状态器的编号：S600S647；属于掉电保护继电器。状态器的用途：在编制步进程序中使用的基本元件，主要在步进控制中使用。l 数据寄存器数据寄存器 D 64个，主要用于算术运算、数据传送及比较。2021/9/1735