可编程序逻辑控制器概述.ppt
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1、第一章 可编程序逻辑控制器概述可编程序逻辑控制器概述 1.1 PLC的产生与发展计算机在工业控制中的应用:n 测量自动化:智能化的测量手段单扳机、单片机 n 制造自动化:离散过程自动控制可编程序控制器 PLC-Programmable Logical Controller I/O 开关量为主,模拟量为辅 功能分散、逻辑可靠n 过程自动化:连续过程自动控制分散控制系统 DCS-Distributed Control System I/O 模拟量为主,开关量为辅 信息统一管理、友好的人机对话1.1 PLC的产生与发展o1969年美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一套可编程序逻辑控制器PLC,
2、应用于GM公司的汽车自动装配线上,取代继电器接触器控制。o1985年国际电工委员会IEC制定了可编程序逻辑控制器的标准,并给其作了如下定义:n“可编程序控制器是一种专为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统,它采用可编程序的存储器,在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算算术运算等操作命令,通过数字式、模拟式的输入和输数字式、模拟式的输入和输出出,控制各种类型的机械和生产过程。可编程序控制器及其有关的外部设备,都应按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则而设计。”1.1 PLC的产生与发展o硬件组成o编程语言o工作过程世界上代
3、表性的PLC厂家o美国的A-B公司(RockwellRockwell),GE公司(GE GE FanucFanuc),日本的三菱电机公司(MitsubishiMitsubishi),欧姆龙公司(OmronOmron),松下公司(FPI),法国的施奈德(Schneider)公司,德国的西门子公司(SiemensSiemens)等。o我国也有一些PLC制造单位,如南瑞继保等.1.1 PLC的产生与发展PLC最初只具备逻辑控制、定时、计数等功能,主要用于取代继电器接触器控制PLC系统的发展:p人机接口主要采用触摸屏、编程器以及通过编程电缆或网络连接的PC监控机p模拟量控制算法的丰富 USB(12M
4、bps)QnHCPUPLC的发展趋势o体积的小型化n微电子技术发展的必然结果o性能的提高nCPU性能 o基本性能:运算速度、容量、指令等o逻辑运算:逻辑运算、定时器、计数器等o数据处理:四则运算、比较、函数运算等o可靠性提高:冗余CPU、容错系统o控制与管理功能一体化控制与管理功能一体化PLC组成的网络系统PLC的标准化IEC标准(国际电工委员会)o由5部分组成(IEC1131-15)oPart1:基本信息n明确PLC的功能与特点oPart2:设备特性nPLC的使用环境、电气机械特性oPart3:编程语言n明确了5种PLC编程语言oPart4:用户准则n用户选型、安装要求等oPart5:服务指
5、南nPLC符号、名词解释,PLC之间的通信协议等1.2 PLC的特点 o可靠性高,抗干扰能力强 nMTBF(mean time between failures)为300000hn硬件 o模块化结构:PLC系统采用了模块化设计和扩展模块的使用,简化了控制系统的形成,也有助于故障情况时的快速修复。o屏蔽:PLC系统对电源、内部CPU、编程器等主要部件采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽,以防外界的电磁干扰。o滤波:PLC系统对输入信号采用了多种形式的滤波,以消除或抑制高频干扰。o隔离:PLC系统的处理器和输入/输出电路之间一般采用不同的电隔离措施(如光电隔离等),有效地减少了故障和动作次数 1.2
6、PLC的特点n软件 o软件组态:PLC系统无一例外地采用软件组态技术(用图形和表格的方式开发软件),减小了系统故障率,提高了软件可靠性。o信息保护与恢复:在PLC系统中发生某些故障时,系统将内部信息进行保护,免遭破坏,一旦故障消失,信息恢复,正常工作 o循环扫描工作方式,对输入信号进行一次性采样,不会死锁o专业编程语言使编程直观、简单,并可以自动检查1.2 PLC的特点n综合措施o时间监视器(WatchDog):PLC中的时间监视器是一种硬件和软件相结合的可靠性措施,它对周期性的操作进行监视,一旦超时立即报警,这种技术也应用于其它工业控制系统中。o故障检测:PLC系统在启动时,以及正常运行时会
7、定期的测试外界环境和运行设备。如掉电、欠电压、硬件故障等,发现异常立即报警。1.2 PLC的特点o使用简便灵活,开发周期短nPLC系统一般直接连线,接线简单,不需要用户进行电路板的设计。nPLC系统设计容易,开发周期短,程序易于调试和修改。nPLC系统具有标准的图形方式和文本方式的组态软件,编程简单直观。n利用PLC网络和通信技术易于实现复杂的分散控制任务。1.3 PLC分类o从结构上分n整体式:将CPU、电源、部分输入输出部件都集中制造在一个机箱内,构成基本单元 o固定点数,有的如FX2N可扩展点数,小型PLCn模块式:将PLC的各部分分为若干单独的模块 o由基板通过总线连接各模块,大、中型
8、PLCo从规模上分,按PLC的输入输出点数 n小型:小于512点 n中型:5122048点 n大型:2048点以上 三菱小型PLC FX系列三菱大中型PLC Q系列1.4 PLC系统的应用 o开关量逻辑控制nPLC具有强大的逻辑运算能力,可以实现各种简单和复杂的逻辑控制。这是PLC最基本最广泛的应用领域,它取代了传统的继电器-接触器的控制。o模拟量控制nPLC中配有A/D和D/A转换模块,A/D模块能将现场连续变化的模拟量(如温度、压力流量、速度等)转变为数字量,再经PLC中的微处理器处理后,经过D/A模块转换为模拟量去控制被控对象,这样实现对模拟量的控制。o过程控制n在功能完善的PLC系统中
9、一般配备了PID控制模块和复杂的专用控制算法,可以进行闭环过程控制。当生产过程中的被控制量偏离设定值时,PLC能按照PID算法算出正确的输出值,控制生产过程,保证被控对象的正常运行。有的PLC中配备了一些高级的智能控制功能高级的智能控制功能,能满足某些特殊的控制要求。1.4 PLC系统的应用o定时和计数控制nPLC具有强大的定时和计数功能,它可以为用户提供几十、上百甚至上千个定时器和计数器。其计时的时间和计数的值可以由用户在编写应用程序时自行设置,或由操作人员在生产现场人工设定,实现定时和计数控制。如果用户需要对频率较高的信号进行计数时,则可以选择高速计算模块。o顺序控制n在工业控制中可利用P
10、LC步进指令编程或用位移寄存器编程来实现顺序控制和程序控制。o数据处理n现代的PLC系统不仅能进行算术运算、逻辑运算,还能进行比较复杂的数值运算,包括数据传送、数据链接、排序、查找等操作,而且还能进行比较、数据转换、数据通信、数据显示和打印等较为强大的数据处理能力。第二讲 可编程序控制器编程基础第二章 PLC的结构和工作原理o21 PLC的基本结构 o22 PLC的工作原理o23 PLC的编程语言21 PLC的基本结构oPLC主要由CPU模块、输入模块/输出模块(特殊功能模块)、通信模块、电源模块、编程设备等组成。21.1 CPU模块内部控制模块oCPU模块主要由微处理器(uP)芯片、存储器、
11、输入/输出接口和通信接口组成。n微处理器通过数据总线、地址总线和控制总线与存储器及各种输入/输出接口相连。微处理器执行程序,进行数据的运算和处理;n存储器用来存储数据和程序;n输入/输出接口与输入/输出模块连接,进行数据交换;n通信接口实现网络通信,组成更为完善的系统。CPU模块上一般带有串行通信接口,可与编程设备交换信息。可编程控制器的基本组成Programmable Logic Controllero是一种工业控制计算机工业控制计算机,能快速、可靠地构建控制系统,作为工业控制器得到了广泛的应用o基本组成和普通计算机相同,有CPU、存储器、存储器、I/O接口和系统总线接口和系统总线四大部分
12、PLC的基本结构 PLC是一种智能化的控制系统,其工作原理也与微机相似,但在应用时,可不必用计算机的概念去做深入的了解,往往把PLC等效成输入、输出和内部控制电路三部分。在PLC的CPU模件存储器中,设置了一个区域,用来存放输入信号和输出信号的状态,它们分别称为输入映象寄存器和输出映象寄存器,也称为软元件。内部控制电路只需将它看成是由普通的继电器、定时器、计数器、移位器等完成计算处理的装置。2.1.2 输入部分输入部分输入部分 作用:作用:接受被控设备的信息或操作命令等外部输入信接受被控设备的信息或操作命令等外部输入信息。息。说明:说明:输入过程是将所有外部输入电路的接通输入过程是将所有外部输
13、入电路的接通/断开断开状态读入输入映象寄存器,称为输入刷新。状态读入输入映象寄存器,称为输入刷新。2.1.3 输出部分输出部分输出部分 作用:作用:驱动外部负载。驱动外部负载。说明:说明:CPU将将输输出出映映象象寄寄存存器器的的内内容容,通通过过输输出出模模块块转转换换成成被被控控对对象象所所能能接接受受的的电电流流或或电电压压信信号号,驱驱动被控设备,称为输出刷新。动被控设备,称为输出刷新。21.4通信模块o通信模块实现PLC站之间或与计算机的网络通信。三菱电机的PLC站提供了以太网通信、MELSECNET/H网通信和CCLINK网(现场总线)通信几种通信方式。21.5电源模块o电源模块将
14、交流电(220110V)转换为直流电,向CPU模块和其它功能模块供电。21.6编程设备oPLC的程序是依靠外界的编程工具完成的,然后再下载到CPU模块的存储器中去。常见的编程设备有传统的编程器和计算机。现在的PLC系统,大多用计算机中的组态软件编程,然后通过编程电缆,经过PLC的串口下载。21.6编程设备22 PLC的工作原理oPLC工作模式n运行(RUN)模式n停止模式(STOP)n暂停模式(PAUSEoPLC工作过程,反复周期性地执行程序,来完成控制功能,直至PLC停机(STOP)或暂停(PAUSE)模式。2.2.1扫描工作方式oPLC采用了周期性地循环执行程序的方法,每次循环要完成5个阶
15、段的工作:n内部处理n通信服务n输入处理n执行程序n输出处理。因此PLC系统CPU的工作过程是串行完成的。2.2.1扫描工作方式 扫描工作方式 2.2.1扫描工作方式o在内部处理阶段,在内部处理阶段,CPU检查内部硬件(包括主机和I/O模件)的状态,将监控定时器复位,同时完成一些其它的必要的处理工作。o在通信服务阶段,在通信服务阶段,PLC检查与之相连的智能模块的通信需求,完成数据通信,在此阶段也响应编程设备的输入命令,更新存储器内容。o在输入处理阶段,在输入处理阶段,CPU把所有外部输入电路的接通/断开状态读入输入映象寄存器,称为输入刷新输入刷新。2.2.1扫描工作方式o在执行程序阶段在执行
16、程序阶段,CPU执行用户编写的应用程序,从第一条程序指令开始顺序取指令并执行,直到最后一条指令结束。执行指令从映象寄存器中读取输入点的状态,经运算处理后,将结果送到输出映象寄存器。o在输出处理阶段,在输出处理阶段,CPU将输出映象寄存器的内容,通过输出模块转换成被控对象所能接受的电流或电压信号,驱动被控设备,称为输出刷新输出刷新。2.2.1扫描工作方式o运行模式(RUN)运行时,可以设置成恒定扫描周期或不恒定扫描周期两种 o扫描周期nPLC在RUN工作模式时,执行一次扫描过程所需的时间称为扫描周期,典型的扫描周期为10100ms。2.1.2 扫描周期o扫描周期nPLC在RUN工作模式时,执行一
17、次扫描过程所需的时间称为扫描周期,典型的扫描周期为10100ms。n为确保系统的响应时间,PLC中CPU的负荷率一般6070 2.1.3 PLC的I/O响应时间 I/O响应时间 从某一输入信号变化开始,到系统输出端信号的改变所需要的时间。PLC系统输入/输出滞后现象 2.3 PLC的编程语言 编程语言(IEC1131-3)2.3.1 图形编程语言 功能块图 (FBDFunction Block Diagram)梯形图 (LDLadder Diagram)顺序功能图 (SFCSequential Function Chart)2.3.1 文本编程语言 指令表 (ILInstruction Lis
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- 程序逻辑 控制器 概述
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