可编程序控制器 (2).ppt

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1、 可编程控制器及其系统是实现工厂自动化的重要手段，是综合了计算机可编程控制器及其系统是实现工厂自动化的重要手段，是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的工业控制计算机系统。可编程控制器广泛技术、自动控制技术和通信技术的工业控制计算机系统。可编程控制器广泛地应用于冶金、化工、交通、电力、制造等领域。是现代工业控制的支柱技地应用于冶金、化工、交通、电力、制造等领域。是现代工业控制的支柱技术之一。术之一。本部分使学生初步了解可编程控制器在工厂自动化中的应用，掌握基本本部分使学生初步了解可编程控制器在工厂自动化中的应用，掌握基本的工作原理和编程方法，了解和掌握在工厂自动化实践中使用可编程控制器的工

2、作原理和编程方法，了解和掌握在工厂自动化实践中使用可编程控制器进行应用系统设计的基本方法。进行应用系统设计的基本方法。第三章 可编程序控制器 第一节 可编程序控制器系统的产生与定义一一 PLC 产生产生 上世纪60年代，计算机技术已开始应用于工业控制了。但由于计算机技术本身的复杂性，编程难度高、难以适应恶劣的工业环境以及价格昂贵等原因，未能在工业控制中广泛应用。当时的工业控制，主要还是以继电接触器组成控制系统。1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车制造公司（GM），为适应汽车型号的不断翻新，试图寻找一种新型的工业控制器，以尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统的硬件及接线、减少时间，降低成本

3、。可编程控制器的名称可编程控制器的名称19801980年美国电气制造商协会年美国电气制造商协会NEMANEMA正式命名：正式命名：Programmable Controller 可编程控制器可编程控制器 l早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。它主要用于顺序控制，只能实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控制器（Programmable logic controller，略写 PLC)。l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。被称为可编程控制器（Programmable controller，略写PC)。为区别于Personal Computer

4、(PC)，故沿用PLC 这个略写。l现在PLC是指可编程控制器Programmable Controller，而不是可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）。l注意PC，PLC，IPC（Industrial Personal Computer）的区别二、可编程控制器的定义1-8国际电工委员会国际电工委员会(IEC)在可编程控制器标准在可编程控制器标准IEC1131中做了如中做了如下定义：下定义：可编程控制器是一种数字运算的电子系统，专门为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的面向用户的

5、指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。第二节 可编程序控制器的发展1968年美国通用汽车公司GM公开招标，寻求一种新的控制装置。1969年DEC公司推出了世界上第一台可编程序控制器，并试用成功。接着，美国MODICON公司也开发出可编程序控制器，我国74年开始研制，77年开始应用。70年代中期，美日一些厂家将微处理器引入可编程控制器，从而彻底打破了可编程控制器作为继电控制系统替代品的框框。70年代末期到80年代初，为解决各厂家的可编程控制器系统各自为政、无法互联的局面，GM

6、开始制订MAP(Manufacturing Automation Protocol)，可编程控制器网络走上标准化道路。90年代，迅速发展的各种网络和现场总线技术被广泛地集成在可编程控制器系统中，可编程控制器及其相关系统为工厂自动化提供一种全集成自动化TIA的解决方案。一一、历史、历史二、发展趋势二、发展趋势向小型化、专用化、低成本方向发展向大容量，高速度方向发展智能化模块的发展人机界面的发展在过程控制领域使用以及PLC的冗余特性开放性和标准化通讯联网功能的增强和易用性软PLCPACPLC在现场总线控制中位置 第三节 可编程序控制器的应用领域单机电气控制系统制造业自动化运动控制过程工业自动化 第

7、四节 可编程序控制器的特点抗干扰能力强，可靠性高抗干扰能力强，可靠性高控制系统结构简单，通用性强控制系统结构简单，通用性强编程方便编程方便,易于使用易于使用功能强大，成本低功能强大，成本低设计、施工、生产调试的周期短设计、施工、生产调试的周期短维护方便维护方便 第五节 跟其他控制系统比较控制逻辑工作方式可靠性和可维护性控制速度定时控制设计和施工与继电器控制系统的区别本质区别使用场合使用过程使用成本学习难易程度就业方向与单片机控制系统的区别与DCS、FCS控制系统的区别DCS：用于连续过程控制系统PLC：用于开关量控制为主的控制系统FCS：使用总线协议为核心的控制系统1、按、按I/O点数容量分类

8、点数容量分类可编程控制器的规模以所配置的输入可编程控制器的规模以所配置的输入/输出点数来衡量输出点数来衡量小型：I/O点数2048 应该指出大、中、小的规模主要是指I/O点数，程序容量在目前的多数可编程控制器中是可以扩展，扩展后可达数十兆。第六节第六节 PLC的分类的分类2、按结构形式分类：、按结构形式分类：整体式整体式 它将电源、CPU和少量I/O(开关量)组装在一个机壳内，称为基本单元。当I/O点数不足或需要诸如模拟量I/O等功能时就需要通过扁平电缆(并行内部总线)连接扩展单元。小型可编程控制器较多地采用这种形式，其结构紧凑，便于安装，成本降低。模块式模块式 可编程控制器的各个功能模块在结

9、构上也以单独的模块形式出现，如电源模块，中央处理模块，各种I/O模块，他们通过一个共同的基板或者机架上的内部总线构成一个完整的控制系统。这种结构一般在中大型、高档产品中采用。随着近年来小型产品高档化的发展趋势，在小型系统中也有出现。Series 90-70S7-200基本单元扩展模块扩展模块根据性能分类根据性能分类低档低档：性能主要局限于原来的继电器控制系统的替代品。功能主要是各种逻辑运算，定时，计数，移位等。主要配置开关量输入/输出模块。中档中档：除了低档可编程控制器具备的功能外，中档产品具备了诸如数据运算、传递、比较、代码转换等功能，开关量I/O点数也较多，另外有模拟量I/O和远程I/O，

10、其中远程I/O借助于通讯功能来实现。高档高档：除了中低档产品的功能外，高档产品借助于其一个或多个高性能的微处理器为工业应用提供了大量的高级功能，诸如浮点运算、文件管理，往往提供了对上，对下的多种网络通讯方式，高档产品是一个完整系列产品，为整个工厂自动化提供了一个完整的解决方案。SIEMENSMatsushitaSeries 90-30SchneiderTSX Neza Modicon TSX Quantum TSX Premium TSX Momentum TSX Micro TSX Compact 第七节 PLC的系统组成1.中央处理单元 中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组

11、成，这些电路都集成在一个芯片上。CPU的主要功能：1）从存储器中读取指令 2）执行指令 3）顺序取指令 4）处理中断 2.存储器 1）只读存储器ROM 2）随机存储器RAM 3.输入/输出单元（1）输入接口电路 为了防止各种干扰信号和高电压信号进入PLC，影响其可靠性或造成设备损坏，现场输入电路一般有光电耦合器电路进行隔离。输入类型有直流、交流、交直流。源型输入是指输入源型输入是指输入点接入直流正极有效点接入直流正极有效漏型输入是指输入漏型输入是指输入点接入直流负极有效点接入直流负极有效直流开关量输入接口电路直流开关量输入接口电路2）输出接口电路 PLC输出电路用来驱动被控负载（电磁铁、继电、

12、接触器线圈等）。PLC输出电路结构形式分为继电器式，晶体型和晶闸管式三种。三种形式特点：继电器三种形式特点：继电器-低速大功率低速大功率 晶闸管晶闸管-高速大功率高速大功率 晶体管晶体管-高速小功率高速小功率NPN集电极开路集电极开路型漏型输出是指输出的是直流负极漏型输出是指输出的是直流负极 PNP集电极开路型集电极开路型源型输出是指输出的是直流正极源型输出是指输出的是直流正极I/O电路的外部接线电路的外部接线 汇点式汇点式分隔式分隔式输出模块的外部接线输出模块的外部接线 汇点式汇点式 分隔式分隔式SINK 输入接线（输入接线（漏入漏入）SINK 输出接线输出接线(漏出漏出)SOURCE 输入

13、接线输入接线(源入源入)SOURCE 输出接线输出接线(源出源出)源入：电流由输入点流入。源入：电流由输入点流入。漏入：电流由输入点流出。漏入：电流由输入点流出。源出：电流由输出点流出。源出：电流由输出点流出。漏出：电流由输出点流入漏出：电流由输出点流入I/O电路的电流方向电路的电流方向 4.其它 电源扩展接口、电源、扩展接口编程设备、附件。第八节 PLC的工作原理1、PLC的工作方式与运行框图电气控制梯形图：并行工作方式PLC梯形图：串行工作方式2 PLC的基本工作原理一、扫瞄一、扫瞄CPU分时操作分时操作-扫瞄扫瞄 扫瞄：从存储器存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按地址

14、号递增的顺序逐条扫瞄用户程序，也就是顺序逐条执行用户程序，直到程序结束。每扫瞄完一次程序就构成一个扫瞄周期，然后再从头开始扫瞄，并周而复始地重复。理解PLC扫瞄的含义，与PC机工作方式有什么不同，扫瞄周期。影响周期的因数二、程序执行过程二、程序执行过程 理解三个阶段的作用理解三个阶段的作用1、输入采样阶段（输入处理）、输入采样阶段（输入处理）在此阶段，在此阶段，PLC以扫描方式顺序将所有输入以扫描方式顺序将所有输入端的端的输入信号状态输入信号状态(ON或或OFF)读入到读入到输入映像寄输入映像寄存器存器中寄存起来，称为对输入信号的采样或输中寄存起来，称为对输入信号的采样或输入刷新。入刷新。在程

15、序执行阶段即使输入状态发生了变化，在程序执行阶段即使输入状态发生了变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。才被重新读入。2、程序执行阶段（程序处理）、程序执行阶段（程序处理）PLC按顺序扫描执行程序。按顺序扫描执行程序。每扫描到一条指令时，所需的输入状态或其每扫描到一条指令时，所需的输入状态或其他元素状态分别由他元素状态分别由输入映像寄存器输入映像寄存器和和元素映像元素映像寄存器寄存器中读出，而将执行结果写入到元素映像中读出，而将执行结果写入到元素映像寄存

16、器中。这就是说，对于每个元素来说，寄存器中。这就是说，对于每个元素来说，元元素映像寄存器中寄存的内容会随程序执行的进素映像寄存器中寄存的内容会随程序执行的进程而变化。程而变化。3、输出刷新阶段输出刷新阶段（输出处理）（输出处理）当程序执行完后，进入输出刷新阶段。此当程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时将元素映像寄存器中所有输出继电器的状态时将元素映像寄存器中所有输出继电器的状态转存到输出锁存电路，再去驱动用户输出设备转存到输出锁存电路，再去驱动用户输出设备(或负载或负载)，这就是，这就是PLC的实际输出的实际输出。三、对输入输出的处理规则三、对输入输出的处理规则 1、输入映像寄存器的数据取决于

17、输入采样阶段所刷、输入映像寄存器的数据取决于输入采样阶段所刷新的数据。新的数据。2、输出映像寄存器的数据取决于程序执行结果。、输出映像寄存器的数据取决于程序执行结果。3、输出锁存电路中的数据，由上一个工作周期的输、输出锁存电路中的数据，由上一个工作周期的输出刷新阶段存入到输出锁存电路中数据确定。出刷新阶段存入到输出锁存电路中数据确定。4、输出端子上的输出状态，由锁存电路中数据确定。、输出端子上的输出状态，由锁存电路中数据确定。5、程序执行中所需的输入、输出状态，由输入映像寄、程序执行中所需的输入、输出状态，由输入映像寄存器和输出状态映像寄存器中读出存器和输出状态映像寄存器中读出。四、信息刷新方

18、式四、信息刷新方式 信息刷新方式有多种信息刷新方式有多种一般来说，输入刷新在采样阶段，输出刷新在输出一般来说，输入刷新在采样阶段，输出刷新在输出阶段。阶段。有的有的PLC可以定时刷新，有的有专门的刷新指令。可以定时刷新，有的有专门的刷新指令。五、输入五、输入/输出滞后现象输出滞后现象产生原因：产生原因：1、PLC的工作方式的工作方式 2、输入滤波器的滞后作用和输出继电器的机械、输入滤波器的滞后作用和输出继电器的机械滞后作用滞后作用IEC1131IEC1131为可编程控制器定义了为可编程控制器定义了四种编程语言：四种编程语言：梯形图梯形图Ladder Diagram指令列表指令列表Instruc

19、tion List功能图功能图Function Diagram结构化文本结构化文本Structure Text第九节第九节 PLC的编程语言的编程语言一一 PLC梯形图梯形图 可编程控制器的梯形图程序类似于继电器控制可编程控制器的梯形图程序类似于继电器控制线路梯形图的形式。线路梯形图的形式。传统的继电器控制线路是通过硬接线来实现控传统的继电器控制线路是通过硬接线来实现控制逻辑，而可编程控制器的梯形图通过软件实现制逻辑，而可编程控制器的梯形图通过软件实现相应的控制。相应的控制。梯形图编程方法简单，修改灵活方便，保留了梯形图编程方法简单，修改灵活方便，保留了继电器控制线路形象、直观的特点。继电器控

20、制线路形象、直观的特点。起停控制起停控制PLC等效电路等效电路接点接点母线母线线圈线圈连线连线梯形图中的基本元素：梯形图中的基本元素：电源母线电源母线 Power rails连线（连接元素）连线（连接元素）Link Elements接点接点 Contacts线圈线圈 Coils功能和功能块功能和功能块 Functions and Function Blocks梯形图元素梯形图元素-母线母线Power rails 梯形图被限制在左右两根竖线内，这两根竖线梯形图被限制在左右两根竖线内，这两根竖线被分别称之为左、右母线。被分别称之为左、右母线。右母线可以被明确表示，也可以在图中省略。右母线可以被明确

21、表示，也可以在图中省略。梯形图元素梯形图元素-连线连线Link Elements 连线元素又分为水平连连线元素又分为水平连线和垂直连线。线和垂直连线。水平连线水平连线垂直连线垂直连线连线连线-水平连线水平连线 水平连线元素用一个水平连线元素用一个水平线表示。水平线表示。水平连线元素将其左水平连线元素将其左侧元素状态传递到其右侧侧元素状态传递到其右侧元素。元素。水平连线水平连线连线连线-垂直连线垂直连线垂直连线垂直连线梯形图元素梯形图元素-接点接点Contacts常开接点常开接点常闭接点常闭接点梯形图元素梯形图元素-线圈线圈Coils 线圈将其左侧连线状线圈将其左侧连线状态或变化的某个函数赋予态

22、或变化的某个函数赋予其对应的布尔变量。其对应的布尔变量。线圈线圈梯形图特点：梯形图特点：1、梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每、梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每个继电器线圈为一个逻辑行，每一个逻辑行起于左母个继电器线圈为一个逻辑行，每一个逻辑行起于左母线，然后是接点的各种连接，最后终于继电器线圈。线，然后是接点的各种连接，最后终于继电器线圈。2、图中的继电器不是继电器控制电路中的物理继、图中的继电器不是继电器控制电路中的物理继电器，它实质上是存储器中的每位触发器，它是软继电器，它实质上是存储器中的每位触发器，它是软继电器。电器。3、梯形图中，一般情况下，某个编号的继电器线、梯形图

23、中，一般情况下，某个编号的继电器线圈只能出现一次，而继电器接点则可以无限引用，可圈只能出现一次，而继电器接点则可以无限引用，可以是常开接点，也可以是常闭接点。以是常开接点，也可以是常闭接点。4、梯形图是、梯形图是PLC形象化的编程手段，梯形图两端形象化的编程手段，梯形图两端是没有任何电源可接的。梯形图中没有真实的物理电是没有任何电源可接的。梯形图中没有真实的物理电流流动，而仅是流流动，而仅是“概念概念”电流，是用户程序解算中满电流，是用户程序解算中满足输出执行条件的形象表示方式。足输出执行条件的形象表示方式。“概念概念”电流只能电流只能从左到右，层次改变只能先上后下。从左到右，层次改变只能先上

24、后下。5、输入继电器供、输入继电器供PLC接受外部输入信号，而不能接受外部输入信号，而不能由内部其他继电器的接点驱动。梯形图中只出现输入由内部其他继电器的接点驱动。梯形图中只出现输入继电器的接点，而不出现输入继电器的线圈。输入继继电器的接点，而不出现输入继电器的线圈。输入继电器的接点表示相应的输入信号。电器的接点表示相应的输入信号。6、输出继电器供、输出继电器供PLC作输出控制用。它通过开关作输出控制用。它通过开关量输出模块对应的输出开关（晶体管、双向可控硅、量输出模块对应的输出开关（晶体管、双向可控硅、继电器触点）去驱动外部负载。当梯形图中输出继电继电器触点）去驱动外部负载。当梯形图中输出继

25、电器线圈满足接通条件时，就表示在对应的输出点有输器线圈满足接通条件时，就表示在对应的输出点有输出信号。出信号。、的内部继电器不能作输出控制用，其接、的内部继电器不能作输出控制用，其接点只能供内部使用。点只能供内部使用。、当处于运行状态时，就开始按照、当处于运行状态时，就开始按照梯形图符号排列的先后顺序（从上到下、从左到右）梯形图符号排列的先后顺序（从上到下、从左到右）逐一处理。逐一处理。9、每一接点和线圈均对应有一编号。不同类型的、每一接点和线圈均对应有一编号。不同类型的PLC，其编号方法不一。，其编号方法不一。二、语句表二、语句表 在形式上类似计算机汇编语言，用指令的助在形式上类似计算机汇编语言，用指令的助记符来编程的，不同的使用的助记符不记符来编程的，不同的使用的助记符不一样。一样。如：，如：，语句表达式由操作码和操作数两部分组语句表达式由操作码和操作数两部分组成的，其格式成的，其格式操作码操作数操作码操作数（指令）（指令）（数据）（数据）三、控制系统流程图三、控制系统流程图 在形式上类似与、或、非等逻辑图在形式上类似与、或、非等逻辑图西门子的叫西门子的叫FBD（Function Block Diagram Programming Language）四、逻辑方程式或布尔代数式四、逻辑方程式或布尔代数式