(精品)第一章、可编程控制器基本ppt.ppt

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1、广州番禺职业技术学院广州番禺职业技术学院4/6/20231传送带生产线控制传送带生产线控制灌装及包装机械灌装及包装机械木材加工木材加工电梯控制电梯控制空调控制空调控制纺织机械纺织机械印刷机械印刷机械4/6/20232 可编程序控制器问世于1969年。是美国汽车制造工业激烈竞争的结果。更新汽车型号必然要求加工生产线改变。正是从汽车制造业开始了对传统继电器控制的挑战。1968年美国General Motors公司，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控制器，并提出10项招标指标。这就是著名的GM 10条。第一章 PLC概论第一节第一节 可编程控制器的产生和发展可编程控制器的产生和发展一、可编

2、程控制器的产生4/6/202331.编程简单，可在现场修改程序；2.可靠性高于继电器控制柜；3.体积小于继电器控制柜；4.维护方便，最好是插件式；5.可将数据直接送入管理计算机；6.在成本上可与继电器控制柜竞争；7.输入可以是交流115V；8.输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀等；9.在扩展时，原系统只需很小变更；10.用户程序存贮器容量至少能扩展到4K。GM10条是可编程序控制器出现的直接原因：4/6/20234 从GM10条可以看出，通用公司在寻找一种新型控制器：1、它应尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线时间，尽可能的降低成本。2、设想把计算机的功能完备、灵活、通用等

3、优点与继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序送入方式简化。3、用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能方便使用。4/6/202352可编程控制器的发展及定义 1969年，美国数据设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器，并成功地应用在GM公司的生产线上。这一时期它主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC(Programmable Logic Controller)PLC(Programmable Logic Controller)。19711971年日本从美

4、国引进这项技术加以改进研制了日本的第一台年日本从美国引进这项技术加以改进研制了日本的第一台PLC.PLC.1972 1972年西欧国家研制了第一台年西欧国家研制了第一台PLC.PLC.1973 1973年我国开始研制年我国开始研制PLCPLC 70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制领域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PC(Programmable Controller)。但由于PC容易和个人计算机(Personal Computer)相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。4/6/2

5、0236 1985年1月国际电工委员会国际电工委员会(IEC)的定义的定义：“可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充的原则设计”。4/6/202373PLC与传统的继电器逻辑相比 1.可靠性高、逻辑功能强、体积小。2.在需要大量中间继电器、时间继电器及计数继电器的场合，PLC 无需增加硬设备。3.随着要求的变更随着要求的变更PLC对程序

6、修改方便。继电对程序修改方便。继电器线路要想改变控制功能，必须变更硬接线，器线路要想改变控制功能，必须变更硬接线，灵活性差。灵活性差。4.具有网络通讯功能，可附加高性能模块对模拟量进行处理，实现各种复杂控制功能。4/6/20238继电器控制系统4/6/202394PLC与工业控制计算机相比 1.1.PLCPLC继承了继电器系统的基本格式和习惯继承了继电器系统的基本格式和习惯，对于有继电器系统方面知识和经验的人来说，尤其是现场的技术人员，学习起来十分方便。2.PLC一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，各各厂家的产品不通用。厂家的产品不通用。工业控制机工业控制机是由通用计算机推广应用发展起来的，

7、一般由微机厂、芯片及板卡制造厂开发生产。它在硬件结构方面的突出优点是总总线标准化程度高，产品兼容性强。线标准化程度高，产品兼容性强。3.PLC的运行方式与工业控制机不同，微机的许多软微机的许多软件不能直接使用。件不能直接使用。工业控制机可使用通用微机的各种编程语言，对要求快速、实时性强、模型复杂的工业对象的控制占有优势。但它要求使用者具有一定的计算机专业知识。4/6/2023104.PLC和工业控制机都是专为工业现场应用环境而设计的。都具有很高的可靠性。都具有很高的可靠性。5.PLC一般具有模块结构，可以针对不同的对可以针对不同的对象进行组合和扩展。象进行组合和扩展。4/6/202311 五

8、PLC的特点、应用场合和发展趋势1 1PLCPLC的主要特点的主要特点1.可靠性高、抗干扰能力强。2.工业生产对控制设备可靠性要求很高，要求有很高的抗干扰能力，能在恶劣的环境下可靠工作。平均故障时间长，故障修复时间短，这是PLC优于微机控制的一大特点，一般PLC平均无故障时间长达几万几十万小时主要有以下几个方面。同时，具有很强的自诊断功能，一旦cpu出现故障、RAM故障或I/O故障，就立即给出出错信号，并停止用户程序的执行，切断输出信号并等待修复。为了提高工作可靠性和抗干扰能力，PLC在硬件和软件上采取了相应的措施：4/6/202312硬件措施：1、屏蔽：对电源变压器、cpu、编程器等部件，采

9、用导电、导磁性能良好的材料进行屏蔽，防止外部信号干扰；2、滤波：对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块间的相互影响；3、电源调整与保护4、隔离：在微处理器与I/O电路采用光电隔离措施5、采用模块式结构4/6/202313软件措施：1、故障检测：定期检测外部环境，如掉电、欠压、强干扰信号等2、信息保护和恢复：出现故障时，不破坏PLC内部信息，一旦故障消失，可恢复正常并继续原来的工作3、设置了警戒时钟WDT4、加强对程序的检查和校验5、对程序和动态数据进行电池后备4/6/2023142、控制程序可变，具有很好的柔性在生产工艺改变或生产线设备更新的情况下，不必

10、改变PLC的硬设备，只需改变程序就可满足要求3、编程简单，使用方便这是plc优于微机的特点。目前，多数PLC均采用继电器控制形式的梯形图编程方式，对具体问题还设计了步进梯形图、功能梯形图及功能指令等等，既清晰直观，又易于接受。4、功能完善PLC具有数字量和模拟量I/O模块，具有逻辑运算、算术运算、定时、技术、顺序控制、功率驱动、通讯、人机对话、自检、记录、显示、检测等功能，使设备控制水平大大提高5、扩充方便，组合灵活4/6/2023156、减少了控制系统设计及施工的工作量PLC是采用软件编程来达到完成控制工程的工艺要求，而不是用硬接线，从而减少了设计和施工的工作量；同时PLC能事先模拟调试，减

11、少了现场工作量；PLC的模块化及很强的监视功能也大大减少了维修工作量7、体积小、重量轻是机电一体化产品的特有产品PLC是专为工业生产的计算机，其结构紧密、坚固、体积小巧，又因抗干扰能力强、易于装入机械设备内部，因而成为机电一体化的理想设备总之，由于PLC具有以上的特点，与继电器逻辑控制和微机控制、单片机控制等相比，具有优越性，代表了当代电器控制的世界先进水平。4/6/2023162PLC的应用场合1.逻辑控制逻辑控制：可取代传统继电器系统和顺序控制器。如各种机床、自动电梯、装配生产线、电镀流水线、运输和检测等的控制。2.运动控制运动控制：可用于精密金属切削机床、机械手、机器人等设备的控制。3.

12、过程控制过程控制：通过配用AD、DA转换模块及智能PID模块实现对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行闭环调节控制。4.4.数据处理数据处理 5.多级控制：利用PLC的网络通信功能模块及远程IO控制模块实现多台PLC之间、PLC与上位计算机的链接，以完成较大规模的复杂控制。4/6/2023173可编程控制器的发展趋势 目前，世界先进工业国家的PLC已经成为工业控制的标准设备，应用几乎覆盖了所有工业企业。PLC控制技术已是世界潮流，是工业自动化的三大支柱（PLC技术、工业机器人、CAD/CAM）之一。发展趋势：1.在系统构成规模上向大、小两个方向发展向大、小两个方向发展；2.

13、功能不断增强，各种应用模块不断推出；3.产品更加规范化、标准化规范化、标准化 ；4.4.集成度越来越高，速度越来越快，工作性能越来越集成度越来越高，速度越来越快，工作性能越来越可靠。可靠。4/6/202318 第二节 可编程控制器的基本结构1 1PLCPLC的系统结构的系统结构4/6/2023192PLC各部分的作用 1.CPU诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。采集现场的状态或数据，并送人PLC的寄存器中。逐条读取指令，完成各种运算和操作。将处理结果送至输出端。响应各种外部设备的工作请求。4/6/2023202PLC各部分的作用2.存储器存储器 系统程序存储器系统程序存

14、储器：用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据。PLC出厂前已将其固化在只读存储器ROM或PROM中，用户不能更改。用户存储器：用户存储器：包括用户程序存储区及工作数据存储区。这类存储器一般由低功耗的CMOS-RAM构成，其中的存储内容可读出并更改。注意：注意：PLC产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。4/6/2023212PLC各部分的作用3.输入输出接口电路输入输出接口电路输入接口电路输入接口电路：采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。PLC的输入接口电路（直流输入型）4/6/20

15、23222PLC各部分的作用输出接口电路：输出接口电路：采用光电耦合电路，将将CPUCPU处理过的信处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。有三种类型：继电器输出型继电器输出型继电器输出型：为有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的开关频率较低的直流负载直流负载或或交流负载交流负载回路回路。4/6/202323（b）晶闸管输出型（c）晶体管输出型（NPN集电极开路）（d）晶体管输出型（PNP集电极开路）晶体管输出型晶体管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。晶闸管输出型：晶闸管输出型：为

16、无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载。4/6/2023244.4.电源电源 PLC的电源的电源是指将外部输入的交流电处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备提供标准电源。4/6/2023255.5.手持编程器手持编程器 手持编程器采用助记符语言编程助记符语言编程，具有编辑、检索、修改程序、进行系统设置、内存监控等功能。可一机多用，具有使用方便、价格低廉的特点。缺点：缺点：不够直观不够直观 可通过PLC的RS232外设通讯

17、口(或RS422口配以适配器)与计算机联机，利用专利用专用工具软件用工具软件（NPSTGR、FPSOFT、FPWINGR）对对PLCPLC进行编程和监控进行编程和监控。利用计算机进行编程和监控比手持编程工具更加直观和方便。4/6/2023264/6/2023274/6/2023286.6.输入输出输入输出I I0 0扩展接口扩展接口 若主机单元的IO点数不能满足需要时，可通过此接口用扁平电缆线将IO扩展单元与主机相连，以增加IO点数。PLC的最大扩展能力主要受CPU寻址能力和主机驱动能力的限制。4/6/202329 第三节 可编程控制器的原理及 技术性能1 1PLCPLC的基本工作原理的基本工

18、作原理 微机：等待命令等待命令的工作方式 PLC：循环扫描循环扫描的工作方式 CPU从第一条指令开始按指令步序号作周期性的循环扫描，如果无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。4/6/2023304/6/202331 一个扫描周期主要分为三个阶段：一个扫描周期主要分为三个阶段：1.输入刷新阶段 2.程序执行阶段 3.输出刷新阶段 输入刷新 程序执行输出刷新一个扫描周期输入刷新 PLC的扫描工作过程用户输出设备输入端子输入锁存器输入映象寄存器输出映象寄存器输出锁存器输出端子程序执行用户输入设备写读读4/6

19、/2023321PLC的基本工作原理 由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的，所以亦将这两个阶段统称为IO刷新阶段。实际上，除了执行程序和IO刷新外，PLC还要进行各种错误检测(自诊断功能)并与编程工具通讯，这些操作统称为“监视服务”。扫描周期的长短主要取决于程序的长短。由于每一个扫描周期只进行一次I0刷新，故使系统存存在输入、输出滞后现象。在输入、输出滞后现象。这对于一般的开关量控制系统不但不会造成影响，反而可以反而可以增强系统的抗干扰能力。增强系统的抗干扰能力。但对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞

20、后。4/6/2023332PLC的主要技术指标1.输入输出点数（I/O点数）2.内存容量 注意：注意：“内存容量”实际是指用户程序容量，不包括系统程序存储器的容量。3.扫描速度(单位：msk或s/步。)4.指令条数 5.内部继电器和寄存器数目 6.编程语言及编程手段 7.高级模块 主控模块可实现基本控制功能，高级模块可实现高级模块可实现一些特殊的专门功能。一些特殊的专门功能。如AD和DA转换模块等。4/6/2023343PLC的内存分配及IO点数1.1.I I0 0继电器区：继电器区：I0区的寄存器可直接与可直接与PLCPLC外部的外部的输入、输出端子传递信息，输入、输出端子传递信息，具有“继

21、电器”的功能，有自己的“线圈”和“触点”。故常称为“I0继电器区”。2.2.内部通用继电器区：内部通用继电器区：只能在只能在PLCPLC内部使用，内部使用，其作用与中间继电器相似，在程序控制中可存放中间变量。3.3.数据寄存器区数据寄存器区：只能按字使用只能按字使用，不能按位使用。一般只用来存放各种数据存放各种数据。4.4.特殊继电器、寄存器区特殊继电器、寄存器区：被系统内部占用被系统内部占用，专门用于某些特殊目的，一般不能由用户任意占用不能由用户任意占用。5.5.系统寄存器区：系统寄存器区：用来存放各种重要信息和参数。存放各种重要信息和参数。通过用户程序，不能读取和修改系统寄存器的内容。4/

22、6/202335四、PLC的主要逻辑部件1、继电器逻辑 PLC内部存储器的存储单元有两种连接状态0和1，分别对应于继电器的off和on状态。PLC里的继电器仅仅是一个逻辑概念，称之为“软继电器”，与普通的物理继电器相比有几个特点：1、体积小、功耗低2、无触电，速度快3、有无数个常开、常闭触点供程序使用，在使用中不必考虑节点的多少4/6/202336包括几种继电器逻辑：1、输入继电器X 用于接受从外部敏感元件或开关发来的信号，与PLC的输入端点相连，注意的是，输入继电器只能由外部信号驱动，不能在程序内部用指令驱动，而且输入触点也不能直接带动负载。2、输出继电器Y 是专门用来将输出信号传递给外部负

23、载的，外部信号无法驱动Y，只能在程序内部用指令来驱动。输出继电器有三种，分别为继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出3、内部继电器R 包括通用内部继电器（分掉电保护和非掉电保护）和特殊继电器（寄存器）4/6/2023372、定时器逻辑T 相当于继电器控制系统中的延时继电器，可提供无数对常开/常闭触点供编程使用。松下FP1系列C40最多可提供144个定时器，定时时间为032767s.3、计数器逻辑4、触发器逻辑5、移位寄存器6、数据寄存器4/6/202338 第四节 PLC的分类及功能1PLC的分类1.按结构形式分类按结构形式分类整体式模块式 2.按功能分类低档机中档机 高档机 分分 类类I0点数点

24、数程序容量程序容量超小型机超小型机64点以内点以内2561000字节字节小型机小型机6425613.6K字节字节中型机中型机25620483.613K字节字节大型机大型机2048以上以上13K字节以上字节以上 3.按按I IO O点数和程序容量点数和程序容量分类分类4/6/2023392PLC的主要功能1.条件控制功能2.定时计数控制功能 3.数据处理功能 4.步进控制功能 5.5.A AD D与与D DA A转换功能转换功能 6.运动控制功能 7.过程控制功能 8.8.扩展功能扩展功能 9.远程I0功能 10.通信联网功能 11.监控功能 4/6/202340 第六节 PLC的几种编程语言

25、不采用微机的编程语言，采用梯形图语言、指令助记符语言、控制系统流程图语言、布尔代数语言等。其中梯形图、指令助记符语言最为常梯形图、指令助记符语言最为常用。用。PLC的设计和生产至今尚无国际统一标准，不不同厂家所用语言和符号也不尽相同。同厂家所用语言和符号也不尽相同。但它们的梯形图语言的基本结构和功能是大同小异大同小异的。4/6/2023411 1梯形图语言梯形图语言 梯形图是梯形图是在原继电器接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言一种图形语言。它是目前用得最多的它是目前用得最多的PLCPLC编程语言。编程语言。注意注意：梯形图表示的并并不是一个实际电路而只是一个不是一个实际电

26、路而只是一个控制程序，控制程序，其间的连线表示的是它们之间的逻辑关系，即所谓“软接线”。常开触点：常闭触点：线圈：注意：注意：注意：注意：它们并非是物理实体，而是它们并非是物理实体，而是“软继电器软继电器”。每每个个“软继电器软继电器”仅对应仅对应PLCPLC存储单元中的一位。存储单元中的一位。该位状态为“1”时，对应的继电器线圈接通，其常开触点闭合、常闭触点断开；状态为“0”时，对应的继电器线圈不通，其常开、常闭触点保持原态。4/6/2023424/6/202343 理解梯形图的关键概念是“能流”，但这仅是假想的“能流”，我们把上图左母线设想为“火线”，右母线设想为“零线”。如果有能流自左向

27、右流向线圈，则线圈被激励（1），on状态；如没有能流流过，则线圈不被激励（0），off状态。与电流不同的是，能流只能自左向右流，任何时候都不允许自右向左流。4/6/2023442指令助记符语言助记符语言类似于计算机汇编语言助记符语言类似于计算机汇编语言，用一些简洁易记的文字符号表达PLC的各种指令。同一厂家的PLC产品，其助记符语言与梯形图语言是相互对应的，可互相转换。助记符语言常用于手持编程器中，梯形助记符语言常用于手持编程器中，梯形图语言则多用于计算机编程环境中。图语言则多用于计算机编程环境中。4/6/202345生产PLC的著名厂家有：Siemens（西门子）：以S7系列PLC为代表，占据了工业自动化控制的大部分市场份额；Omrom(欧姆龙）、Mishubishi(三菱）、Panasonic（松下）、施耐德等PLC也占据了一定的市场份额不同牌子的PLC编程语言各不相同4/6/202346