五章可编程序控制器及其工作原理ppt课件.ppt
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1、五章可编程序控制器及其工作原理ppt课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第一节第一节 PLC的产生与发展的产生与发展 在可编程序控制器问世以前,工业控制领在可编程序控制器问世以前,工业控制领域中是以继电器控制占主导地位的。对生产工域中是以继电器控制占主导地位的。对生产工艺多变的系统适应性差,一旦生产任务和工艺艺多变的系统适应性差,一旦生产任务和工艺发生变化,就必须重新设计,并改变硬件结构。发生变化,就必须重新设计,并改变硬件结构。1968 1968
2、年,美国通用汽车公司年,美国通用汽车公司(GM(GM公司公司)为了为了在每次汽车改型或改变工艺流程时不改动原有在每次汽车改型或改变工艺流程时不改动原有继电器柜内的接线,降低成本,缩短开发周期,继电器柜内的接线,降低成本,缩短开发周期,而提出了研制新型逻辑顺序控制装置,并提出而提出了研制新型逻辑顺序控制装置,并提出了了1010项招标技术指标。其主要内容如下:项招标技术指标。其主要内容如下:10 项项 指指 标:标:1 1、编程方便,现场可修改程序;、编程方便,现场可修改程序;2 2、维修方便,采用模块化结构;、维修方便,采用模块化结构;3 3、可靠性高于继电器控制装置;、可靠性高于继电器控制装置
3、;4 4、体积小于继电器控制装置;、体积小于继电器控制装置;5 5、数据可直接送入管理计算机;、数据可直接送入管理计算机;6 6、成本可与继电器控制装置竞争;、成本可与继电器控制装置竞争;7 7、输入可以是交流、输入可以是交流115V115V;8 8、输出为交流、输出为交流115V115V,2A2A以上,能直接驱动电磁阀,以上,能直接驱动电磁阀,接触器等;接触器等;9 9、在扩展时,原系统只要很小变更;、在扩展时,原系统只要很小变更;1010、用户程序存储器容量至少能扩展到、用户程序存储器容量至少能扩展到4K4K。10项指标的核心为以下四点:项指标的核心为以下四点:用计算机代替继电器控制盘。用
4、计算机代替继电器控制盘。用程序代替硬件接线。用程序代替硬件接线。输入输入/输出电平可与外部装置直接连接。输出电平可与外部装置直接连接。结构易于扩展。结构易于扩展。19691969年第一台年第一台PLCPLC在美国的数字设备公司在美国的数字设备公司(DEC)(DEC)制成,并成功地应用到美国通用汽车公制成,并成功地应用到美国通用汽车公式式(GM)(GM)的生产线上,它具有继电器控制系统的生产线上,它具有继电器控制系统的外部特性,又有计算机的可编程性、通用的外部特性,又有计算机的可编程性、通用性和灵活性,开创了性和灵活性,开创了PLCPLC的新纪元。的新纪元。2020世纪世纪7070年代中期,美、
5、日、德等国引进,年代中期,美、日、德等国引进,引入了微处理器技术,形成了集自动化技术、引入了微处理器技术,形成了集自动化技术、计算机技术、通信技术等为一体的新型自动计算机技术、通信技术等为一体的新型自动控制装置,得到了迅速而广泛的应用。控制装置,得到了迅速而广泛的应用。什么是什么是PLC?PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。是一种专门用于工业控制的计算机。早期的早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。是用来替代继电器、接触器控制的。它主要它主要 用于顺序控制,只能实现逻辑运算。因此,用于顺序控制,只能实现逻辑运算。因此,被称为可编程逻辑控制器被称为可编程逻辑控制器(Programmab
6、le logic controller,略写略写 PLC)随着电子技术、计算机技术的迅速发展,可编程随着电子技术、计算机技术的迅速发展,可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为为可编程控制器可编程控制器(Programmable controller,略写略写PC)。为区别于。为区别于Personal Computer(PC),故沿用,故沿用PLC 这个略写。这个略写。PLC的定义的定义 可编程序控制器是一种数字运算操作的可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计;电子系统,专为在工业环境下应用而设计;它采用一
7、类可编程的存储器,用于其内部存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、定时、储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令;并通过计数和算术操作等面向用户的指令;并通过数字式或模拟式输入数字式或模拟式输入/输出控制各种类型的输出控制各种类型的机械或生产过程。机械或生产过程。PLCPLC及其有关外部设备,及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体、易都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设计。于扩充其功能的原则设计。1 1、顺序逻辑控制、顺序逻辑控制2 2、闭环过程控制、闭环过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等
8、过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。连续变化的模拟量的闭环控制。PLCPLC通过通过模拟量模拟量I IO O模块,实现模拟量和数字量模块,实现模拟量和数字量之间的之间的A AD D转换利转换利D DA A转换,并对模拟转换,并对模拟量实行闭环量实行闭环PIDPID(比例(比例-积分积分-微分微分)控制。控制。第二节第二节 PLC的用途与特点的用途与特点一、一、PLCPLC的用途的用途3 3、数据处理、数据处理 现代的现代的PLCPLC具有数学运算、数据传送、转换、具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能,可以采集、分析和处理数排序和查表等功能,可以采集、分析和处理
9、数据。据。4 4、通讯、通讯 为适应近几年兴起的工厂白动化为适应近几年兴起的工厂白动化(FA)(FA)系统系统发展的需要,许多厂家开发了发展的需要,许多厂家开发了PLCPLC之间、之间、PLCPLC与与上级计算机之间的通讯功能,从而实现了上级计算机之间的通讯功能,从而实现了“集集中管理,分散控制中管理,分散控制”的分布式控制。的分布式控制。二、二、PLCPLC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、适应性强,应用灵活、适应性强,应用灵活3、编程方便,易于使用、编程方便,易于使用4、功能强,扩展能力强、功能强,扩展能力强5、设计安装调试方便、设计安装调试方便6、维修方便
10、,维修工作量少、维修方便,维修工作量少7、体积小,重量轻,易于实现机电一体化、体积小,重量轻,易于实现机电一体化二、二、PLC的分类的分类1、I/O点数容量分类点数容量分类机型I/O总点数用户程序容量 信号类型 应用场合典型产品小型机 2562048816K计算、控制、调节设备自动化、过程自动化、过程监控S7-400CVM1、CS12、按结构形式分、按结构形式分(1)整体式:小型机整体式:小型机(2)模块式:中、大型机模块式:中、大型机PLC的发展趋势的发展趋势PLCPLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。高速度
11、、易使用、高性能方向发展。1 1、产品规模向大、小两个方向发展、产品规模向大、小两个方向发展 大型大型PLCPLC采用微处理器系统,可同时进行多任务操作,处采用微处理器系统,可同时进行多任务操作,处理速度提高,特别是增强了过过程控制和数据处理功能。存储理速度提高,特别是增强了过过程控制和数据处理功能。存储容量也大大增加。容量也大大增加。小型小型PLCPLC的整个结构向小型模块化结构发展,增加了配置的整个结构向小型模块化结构发展,增加了配置的灵活性,操作使用十分简便。的灵活性,操作使用十分简便。PLCPLC功能不断增加,将原来大、功能不断增加,将原来大、中型中型PLCPLC才有的功能移植到小型才
12、有的功能移植到小型PLCPLC上,但价格却不断下降,真上,但价格却不断下降,真正成为继电器控制系统的替代产品。正成为继电器控制系统的替代产品。2 2、编程工具丰富多样,功能不断提高,编程语言趋、编程工具丰富多样,功能不断提高,编程语言趋向标准化向标准化3 3、发展多样化、发展多样化4 4、模块化、模块化5 5、网络与通讯能力增强、网络与通讯能力增强 编程工具有简易型和智能型,也可以采用微机辅助编编程工具有简易型和智能型,也可以采用微机辅助编程。编程语言有梯形图(程。编程语言有梯形图(LADLAD)、指令表()、指令表(STLSTL)和顺序功)和顺序功能流程图(能流程图(SFCSFC)。)。PL
13、C PLC的扩展模块发展迅速,明确化、专用化的复杂功能由专的扩展模块发展迅速,明确化、专用化的复杂功能由专门模块来完成,主机仅仅通过通讯设备向各模块发布命令和门模块来完成,主机仅仅通过通讯设备向各模块发布命令和测试状态,这使得测试状态,这使得PLCPLC的系统功能进一步增强,控制系统设计的系统功能进一步增强,控制系统设计进一步简化。进一步简化。6 6、工业软件发展迅速、工业软件发展迅速第三节第三节 PLC的硬件组成的硬件组成 PLC主要内中央处理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)、电源和编程器等几部分组成。一、一、PLC的组成的组成CPM2AC200HE OMRON
14、 公司的组合式公司的组合式 PLCCVM1底版底版 OMRON 公司的组合式公司的组合式 PLC输输出出设设备备输输入入设设备备 I/OI/O扩展扩展 单元单元 特殊功特殊功 能单元能单元主机主机输输出出单单元元输输入入单单元元 电电 源源外外设设接接口口I/O/O扩扩展展口口存存 储储 器器 系统程序系统程序 存储器存储器 C P U 用户程序用户程序 存储器存储器盒式磁带机盒式磁带机打印机打印机EPROMEPROM写入器写入器 上位计算机上位计算机 PLC PLC编程器编程器可编程终端可编程终端PTPT 整体式整体式 PLC的基本组成框图的基本组成框图 组合式组合式 PLC的基本组成框图的
15、基本组成框图 系系 统统 总总 线线通信单元通信单元 控控 制制 系系 统统 现现 场场 过过 程程CPU单元单元输出单元输出单元 编程器编程器PLC或或上位计算机上位计算机智能智能I/O单元单元输入单元输入单元1 1、中央处理器(、中央处理器(CPUCPU)(1)(1)按照系统程序赋予的功能接收并存储由编程器按照系统程序赋予的功能接收并存储由编程器键入的用户程序和数据,诊断电源及键入的用户程序和数据,诊断电源及PLCPLC内部电路内部电路的工作状态和编程中出现的语法错误。的工作状态和编程中出现的语法错误。(2)(2)用扫描方式工作。监视并接收现场输入信号,用扫描方式工作。监视并接收现场输入信
16、号,从存储器中逐渐读取并执行用户程序,完成用户程从存储器中逐渐读取并执行用户程序,完成用户程序所规定的逻辑或算术等操作,根据运算结果控制序所规定的逻辑或算术等操作,根据运算结果控制输出。输出。小型机用小型机用8 8位微处理器,中型机用位微处理器,中型机用1616位,大型机用位,大型机用高速位片机高速位片机系统程序存储器系统程序存储器 存储系统系统程序存储系统系统程序用户程序存储器用户程序存储器 存储系统用户程序存储系统用户程序工作数据存储器工作数据存储器 存储工作数据存储工作数据 2.存储器存储器 PLC与外部设备联系的桥梁与外部设备联系的桥梁 开关量输入单元开关量输入单元 开关量输出单元开关
17、量输出单元 直流输入单元直流输入单元 交流输入单元交流输入单元 3.输入输入/输出单元输出单元晶体管输出单元晶体管输出单元:用于直流输出负载用于直流输出负载晶闸管输出单元晶闸管输出单元用于交流用于交流继电器输出单元继电器输出单元用于直流、交流用于直流、交流把现场各种开关信号变成把现场各种开关信号变成PLCPLC内部处理的标准信号。内部处理的标准信号。它的作用是把它的作用是把PLCPLC的内部信号转换的内部信号转换成现场执行机构的各种开关信号。成现场执行机构的各种开关信号。直流输入电路直流输入电路COM+5VLEDSR3R1AR2CT 内内 部部 电电 路路滤波滤波 光电耦合光电耦合 外部开关外
18、部开关 输入点的输入点的状态显示状态显示 输入点输入点 公共端公共端 交流输入电路交流输入电路LED+5VAR2TCOMSCR1 内内 部部 电电 路路R3滤波滤波 光电耦合光电耦合 输入点的输入点的状态显示状态显示 外部开关外部开关 输入点输入点 晶体管输出电路晶体管输出电路COMT2LEDDFU+5V内内 部部 电电 路路T1R1R2R3负载负载光电耦合光电耦合 输出点的输出点的状态显示状态显示 公共端公共端 输出点输出点 晶闸管输出电路晶闸管输出电路COMLEDR2 C TFU内内 部部 电电 路路R1负载负载光电耦合光电耦合 输出点的输出点的状态显示状态显示 公共端公共端 输出点输出点
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