第8章可编程序控制器.讲述.ppt
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1、第第8章章 可编程序控制器可编程序控制器范国伟范国伟安徽工业大学安徽工业大学可编程控制器可编程控制器l可编程控制器虽然产生不足可编程控制器虽然产生不足50年,但发展年,但发展的势头锐不可挡。由于采用了计算机的的势头锐不可挡。由于采用了计算机的CPU核心技术,同微型计算机一起并行得核心技术,同微型计算机一起并行得到了巨大的发展。到了巨大的发展。8.1.1 可编程序控制器的产生和定义可编程序控制器的产生和定义l可编程控制器(可编程控制器(programmable controller)是计算机)是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计的。家族中的一员,是为工业控制应用而设计的。l国际电工委员会
2、(国际电工委员会(IEC)1987年颁布的可编程序控制器年颁布的可编程序控制器标准草案中对可编程序控制器做了如下的定义:可编程标准草案中对可编程序控制器做了如下的定义:可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业序控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器,用于环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令,并通过数字和模拟式数和算术运算等面向用户的指令,并通过数字和模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程
3、。可编的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备,都按易于与工业控制系程序控制器及其有关外围设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩展其功能的原则设计。统联成一个整体,易于扩展其功能的原则设计。8.1.2 可编程控制器分类和应用可编程控制器分类和应用lPLC的种类很多,使其在实现的功能、内的种类很多,使其在实现的功能、内存容量、控制规模、外形等方面都存在较存容量、控制规模、外形等方面都存在较大的差异,因此,大的差异,因此,PLC的分类没有一个严的分类没有一个严格、统一的标准,而是按格、统一的标准,而是按I/O总点数、组总点数、组成结构、功能进行大致的分类
4、。成结构、功能进行大致的分类。PLC通常通常分为小型、中型、大型三类。分为小型、中型、大型三类。8.2 可编程序控制器的基本组成可编程序控制器的基本组成和工作原理和工作原理l可编程序控制器所以能应用的如今这样广可编程序控制器所以能应用的如今这样广泛,其最主要的原因是硬件结构简单,软泛,其最主要的原因是硬件结构简单,软件编程容易。要真正用好可编程序控制器,件编程容易。要真正用好可编程序控制器,还得大致了解一下可编程序控制器的软硬还得大致了解一下可编程序控制器的软硬件结构和工作原理。件结构和工作原理。8.2.1 可编程序控制器的硬件结构可编程序控制器的硬件结构lPLC采用了典型的计算机结构,由硬件
5、和软件两部分组采用了典型的计算机结构,由硬件和软件两部分组成。硬件配置主要由中央处理器(成。硬件配置主要由中央处理器(CPU)、存储器、输)、存储器、输入入/输出接口电路、电源、编程器以及一些扩展模块组输出接口电路、电源、编程器以及一些扩展模块组成。成。1.中央处理器(中央处理器(CPU)lPLC的中央处理器与一般的计算机控制系的中央处理器与一般的计算机控制系统一样,是整个系统的核心,起着类似人统一样,是整个系统的核心,起着类似人体的大脑和神经中枢的作用,它按体的大脑和神经中枢的作用,它按PLC中中系统程序赋予的功能,指挥系统程序赋予的功能,指挥PLC有条不紊有条不紊地进行工作。地进行工作。2
6、.存储器存储器lPLC的存储器分为系统程序存储器和用户的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人电脑的程序存储器。系统程序相当于个人电脑的操作系统,它使操作系统,它使PLC具有基本的智能,能具有基本的智能,能够完成够完成PLC设计者规定的各种动作。系统设计者规定的各种动作。系统程序由程序由PLC生产厂家设定并固化在生产厂家设定并固化在ROM内,用户不能直接读取。内,用户不能直接读取。PLC的用户程序的用户程序由用户设定,它决定了由用户设定,它决定了PLC输入信号之间输入信号之间的具体关系。用户程序存储量一般以字的具体关系。用户程序存储量一般以字(每个字由(每个字由16位二进
7、制数组成)为单位。位二进制数组成)为单位。3 输入输入/输出接口电路输出接口电路l输入输入/输出单元具有良好的电隔离和滤波作用。输出单元具有良好的电隔离和滤波作用。连接到连接到PLC输入端的输入器件是各种开关、操输入端的输入器件是各种开关、操作开关,传感器等。通过接口电路将这些开关作开关,传感器等。通过接口电路将这些开关信号转换成为信号转换成为CPU能够识别和处理的信号,并能够识别和处理的信号,并送入输入映像寄存器。运行时送入输入映像寄存器。运行时CPU从输入映像从输入映像寄存器中读取输入信息并进行处理,将处理结寄存器中读取输入信息并进行处理,将处理结果存放到输出映像寄存器。输入果存放到输出映
8、像寄存器。输入/输出映像寄存输出映像寄存器由相应的输入器由相应的输入/输出触发器组成,输出接口将输出触发器组成,输出接口将其弱电控制转换为现场所需要的强电信号输出,其弱电控制转换为现场所需要的强电信号输出,驱动显示灯、电磁阀、继电器、接触器等各种驱动显示灯、电磁阀、继电器、接触器等各种被控设备的执行器件被控设备的执行器件 输入接口电路输入接口电路l为了防止各种干扰信号和高电压信号进入为了防止各种干扰信号和高电压信号进入PLC,输入接口电路一般由,输入接口电路一般由RC滤波器消滤波器消除输入端得抖动和外部噪声干扰,由光电除输入端得抖动和外部噪声干扰,由光电耦合电路进行隔离。光电耦合电路由发光耦合
9、电路进行隔离。光电耦合电路由发光二极管和光电三极管组成。二极管和光电三极管组成。输出接口电路输出接口电路lPLC的输出有三种形式:继电器输出、晶的输出有三种形式:继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。图体管输出、晶闸管输出。图8-3给出了给出了PLC的三种输出电路图。每种输出都采用的三种输出电路图。每种输出都采用了电气隔离技术,电源由外部供给,输出了电气隔离技术,电源由外部供给,输出电流一般为电流一般为0.52A,输出电流的额定值,输出电流的额定值与负载性质有关。与负载性质有关。4.电源电源lPLC的电源分为外部电源、内部电源和后的电源分为外部电源、内部电源和后备电源三类。在现场控制中,干扰侵入
10、备电源三类。在现场控制中,干扰侵入PLC的主要途径之一是通过电源,因此,的主要途径之一是通过电源,因此,合理地设计电源是合理地设计电源是PLC可靠运行的必要条可靠运行的必要条件。件。5.编程器编程器l编程器是编程器是PLC最重要的外部设备。利用编最重要的外部设备。利用编程器可将用户程序输入到程器可将用户程序输入到PLC存储器,可存储器,可以利用编程器检查、修改、调试程序还可以利用编程器检查、修改、调试程序还可以用编程器监视程序的运行及以用编程器监视程序的运行及PLC的工作的工作状态。小型状态。小型PLC常用的简易型便携式或手常用的简易型便携式或手持式编程器。计算机添加适当的硬件接口持式编程器。
11、计算机添加适当的硬件接口电缆和编程软件,也可以对电缆和编程软件,也可以对PLC进行编程。进行编程。计算机编程可以直接显示梯形图、读出程计算机编程可以直接显示梯形图、读出程序、写入程序、监控程序运行等序、写入程序、监控程序运行等5.编程器编程器l编程器是编程器是PLC最重要的外部设备。利用编最重要的外部设备。利用编程器可将用户程序输入到程器可将用户程序输入到PLC存储器,可存储器,可以利用编程器检查、修改、调试程序还可以利用编程器检查、修改、调试程序还可以用编程器监视程序的运行及以用编程器监视程序的运行及PLC的工作的工作状态。小型状态。小型PLC常用的简易型便携式或手常用的简易型便携式或手持式
12、编程器。计算机添加适当的硬件接口持式编程器。计算机添加适当的硬件接口电缆和编程软件,也可以对电缆和编程软件,也可以对PLC进行编程。进行编程。计算机编程可以直接显示梯形图、读出程计算机编程可以直接显示梯形图、读出程序、写入程序、监控程序运行等。序、写入程序、监控程序运行等。8.2.2 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理lPLC是一种工业控制计算机,是一种工业控制计算机,PLC的工的工作方式是采用周期循环扫描,集中输入与作方式是采用周期循环扫描,集中输入与集中输出。集中输出。PLC投入运行后,都是以重复投入运行后,都是以重复的方式执行的,执行用户程序不是只执行的方式执行的,执行用户
13、程序不是只执行一遍,而是一遍一遍不停地循环执行,这一遍,而是一遍一遍不停地循环执行,这里每执行一遍我们称为扫描一次,扫描一里每执行一遍我们称为扫描一次,扫描一遍用户程序的时间称为扫描周期。扫描一遍用户程序的时间称为扫描周期。扫描一次,次,PLC内部要进行一系列操作,大致分内部要进行一系列操作,大致分为五个阶段:故障诊断、通信处理、输入为五个阶段:故障诊断、通信处理、输入采样、程序执行、输出刷新。采样、程序执行、输出刷新。8.2.3 可编程序控制器的软件系统可编程序控制器的软件系统lPLC的软件又分为系统软件和用户软件。的软件又分为系统软件和用户软件。l系统软件包括系统的管理程序,用户指令的解释
14、程序。系统软件包括系统的管理程序,用户指令的解释程序。l用户软件是用户为达到某种控制目的,采用用户软件是用户为达到某种控制目的,采用PLC厂商提厂商提供的编程语言自主编制的应用程序。供的编程语言自主编制的应用程序。l用户程序的编制需要使用用户程序的编制需要使用PLC生产制造厂商提供的编程生产制造厂商提供的编程语言。语言。PLC使用的编程语言共有五种,即梯形图、指令使用的编程语言共有五种,即梯形图、指令表、步进顺控图、逻辑符号图、高级编程语言。表、步进顺控图、逻辑符号图、高级编程语言。1梯形图梯形图l梯形图是最直观、最简单的一种编程语言,梯形图是最直观、最简单的一种编程语言,它类似继电接触器控制
15、电路的形式,逻辑它类似继电接触器控制电路的形式,逻辑关系明显,在继电接触器控制逻辑基础上关系明显,在继电接触器控制逻辑基础上使用简化的符号演变而来,具有形象、直使用简化的符号演变而来,具有形象、直观、实用等优点,电气技术人员容易接受,观、实用等优点,电气技术人员容易接受,是目前使用较多的一种是目前使用较多的一种PLC编程语言。编程语言。梯形图设计基本规则梯形图设计基本规则l利用梯形图或基本指令编程,要符合一些编程的规则。利用梯形图或基本指令编程,要符合一些编程的规则。l从左至右。梯形图的各类继电器触点要以左母线为起点,从左至右。梯形图的各类继电器触点要以左母线为起点,各类继电器线圈以右母线为终
16、点(可允许省略右母线)。从各类继电器线圈以右母线为终点(可允许省略右母线)。从左至右分行画出,每一逻辑行构成一个梯级,每行开始的触左至右分行画出,每一逻辑行构成一个梯级,每行开始的触点组构成输入组合逻辑(逻辑控制条件),最右边的线圈表点组构成输入组合逻辑(逻辑控制条件),最右边的线圈表示输出函数(逻辑控制的结果)。示输出函数(逻辑控制的结果)。l从上到下。各梯级从上到下依次排列。从上到下。各梯级从上到下依次排列。l水平放置编程元件。触点画在水平线上(主控触点除外),水平放置编程元件。触点画在水平线上(主控触点除外),不能画在垂直线上。不能画在垂直线上。l线圈右边无触点。线圈不能直接接左母线,线
17、圈右边不能线圈右边无触点。线圈不能直接接左母线,线圈右边不能有触点否则将发生逻辑错误。有触点否则将发生逻辑错误。l双线圈输出应慎用。如果在同一个程序中,同一个元件的双线圈输出应慎用。如果在同一个程序中,同一个元件的线圈被使用两次或多次,则称为双线圈输出。这时前面的输线圈被使用两次或多次,则称为双线圈输出。这时前面的输出无效,只有最后一次有效。双线圈输出在程序方面并不违出无效,只有最后一次有效。双线圈输出在程序方面并不违反输入,但输出动作复杂,因此应谨慎使用。反输入,但输出动作复杂,因此应谨慎使用。梯形图设计基本规则梯形图设计基本规则l触点使用次数不限。触点可以串联,也触点使用次数不限。触点可以
18、串联,也可以并联。所有输出继电器都可以作为辅可以并联。所有输出继电器都可以作为辅助继电器使用。助继电器使用。l合理布置。串联多的电路放在上部,并合理布置。串联多的电路放在上部,并联多的电路移近左母线,可以简化程序,联多的电路移近左母线,可以简化程序,节省存储空间。节省存储空间。lPLC是串行运行的,是串行运行的,PLC程序的顺序不程序的顺序不同,其执行结果有差异,而继电接触控制同,其执行结果有差异,而继电接触控制是并行的,带能源接通,各并联支路同时是并行的,带能源接通,各并联支路同时具有电压,同时动作。具有电压,同时动作。2指令语句表指令语句表l指令语句表是一种与计算机汇编语言相类似的指令语句
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