《可编程控制器应用》PPT课件

可 编 程 控 制 器 应 用主讲教师：阳若宁2008 年上期 第 1章 可 编 程 控 制 器 的 概 述 学 习 要 求 :n 掌 握 可 编 程 控 制 器 的 基 本 概 念 、 硬 件 结构 、 基 本 工 作 原 理 、 性 能 指 标 ;n 熟 悉 可 编 程 控 制 器 的 分 类 及 常 用 产 品n 了 解 可 编 程 控 制 器 的 发 展 、 应 用 、 特 点和 发 展 趋 势 预 备 知 识 :PLC中 数 的 表 示n : 二 进 制 数 的 表 示 :n 一 般 地 ， 任 意 一 个 二 进 制 数 均 可 表 示 成 :n n-1n S=k02 +k12+kn-12n 其 中 k i取 或 两 个 值 之 一 ， n为 正 整 数n 例 : 1101 : 十 进 制 数 转 换 成 二 进 制 数n 除 倒 取 余 法 (215)10 =(11010111)2 n n : 二 进 制 数 转 换 成 十 进 制 数n 例 : 十 六 进 制 数 转 换 成 二 进 制 数n 十 六 进 制 数 的 基 数 为 16,每 位 上 的 数 码 Ki有 0 、 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 、 7 、 8 、 9 、 A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F共 16个 符 号 ,n 运 算 规 则 是 逢 十 六 进 一 n 十 六 进 制 数 的 每 一 位 数 需 要 四 位 二 进 制 数 表 示n 例 :(A85.EF) 16= (101010000101.11101111) 2 :二 进 制 、 十 进 制 、 十 六 进 制 数 码 对 照 表 1.1 可 编 程 控 制 器 的 产 生n 用 户 角 度 提 出 新 一 代 控 制 器 应 具 备 以 下 十 大 条 件n （ 1） 编 程 简 单 ， 可 在 现 场 修 改 程 序 ；n （ 2） 维 护 方 便 ， 更 好 是 插 件 式 ；n （ 3） 可 靠 性 高 于 继 电 器 控 制 柜 ；n （ 4） 体 积 小 于 继 电 器 控 制 柜 ；n （ 5） 可 将 数 据 直 接 送 入 管 理 计 算 机 ；n （ 6） 在 成 本 上 可 与 继 电 器 控 制 柜 竞 争 ； n （ 7） 输 入 可 以 是 交 流 115V（ 即 用 美 国 的 电 网 电 压 ） ；n （ 8） 输 出 为 交 流 115V、 2A以 上 ， 能 直 接 驱 动 电 磁 阀 ；n （ 9） 在 扩 展 时 ， 原 有 系 统 只 需 要 很 小 的 变 更 ；n （ 10） 用 户 程 序 存 储 器 容 量 至 少 能 扩 展 到 4KB。 ： 1.2 可 编 程 控 制 器 的 定 义 n 可 编 程 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 来 在 其 内 部 存 储 和执 行 逻 辑 运 算 、 顺 序 控 制 、 定 时 、 计 数 和 算术 运 算 等 操 作 命 令 ， 并 通 过 数 字 式 和 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 控 制 器 及 其 有 关 外 围 设 备 ， 都按 易 于 与 工 业 系 统 联 成 一 个 整 体 、 易 于 扩 充其 功 能 的 原 则 设 计 。 ” 1.3 可 编 程 控 制 器 的 基 本1.3.1 控 制 组 件n 可 编 程 控 制 器 主 要 由 CPU、 存 储 器 、 基 本 I/O接 口 电路 、 外 设 接 口 、 编 程 装 置 、 电 源 等 组 成 。 n 1. CPU单 元 :n CPU是 可 编 程 控 制 器 的 控 制 中 枢 ， 相当 于 人 的 大 脑 。 CPU一 般 由 控 制 电 路 、 运算 器 和 寄 存 器 组 成 n2. 存 储 器 : n 可 编 程 控 制 器 的 存 储 器 由 只 读 存 储器 ROM、 随 机 存 储 器 RAM和 可 电 擦 写 的存 储 器 EEPROM三 大 部 分 构 成 ， 主 要 用 于存 放 系 统 程 序 、 用 户 程 序 及 工 作 数 据 . 3. I/O单 元 及 I/O扩 展 接 口 n （ 1） I/O单 元 :可 分 为 模 拟 量 I/O单 元 、 数 字 量I/O单 元 两 大 类 。 根 据 输 入 单 元 形 式 的 不 同 ，可 分 为 基 本 I/O单 元 、 扩 展 I/O单 元 两 大 类 n （ 2） I/O扩 展 接 口 ： 可 编 程 控 制 器 利 用 I/O扩展 接 口 使 I/O扩 展 单 元 与 PLC的 基 本 单 元 实 现 连接 ， 当 基 本 I/O单 元 的 输 入 或 输 出 点 数 不 够 使用 时 ， 可 以 用 I/O扩 展 单 元 来 扩 充 开 关 量 I/O点数 和 增 加 模 拟 量 的 I/O端 子 4. 外 设 接 口 n 外 设 接 口 电 路 用 于 连 接 手 持 编 程 器 或 其他 图 形 编 程 器 、 文 本 显 示 器 ， 并 能 通 过外 设 接 口 组 成 PLC的 控 制 网 络 。 PLC通 过PC/PPI电 缆 或 使 用 MPI卡 通 过 RS-485接口 与 计 算 机 连 接 ， 可 以 实 现 编 程 、 监 控 、连 网 等 功 能 。 5. 电 源 n 电 源 单 元 的 作 用 是 把 外 部 电 源 （ 220V的交 流 电 源 ） 转 换 成 内 部 工 作 电 压 。 外 部连 接 的 电 源 ， 通 过 PLC内 部 配 有 的 一 个 专用 开 关 式 稳 压 电 源 ， 将 交 流 /直 流 供 电 电源 转 化 为 PLC内 部 电 路 需 要 的 工 作 电 源（ 直 流 5伏 、 正 负 12伏 、 24伏 ） ， 并 为 外部 输 入 元 件 （ 如 接 近 开 关 ） 提 供 24V直 流电 源 （ 仅 供 输 入 端 点 使 用 ） ， 而 驱 动 PLC负 载 的 电 源 由 用 户 提 供 。 1.3.2 输 入 输 出 接 口 电 路 1. 输 入 接 口 电 路scom cR1 R2 T R3 +5vA 滤 波 内部电路LED n 输 入 接 口 电 路 提 高 抗 干 扰 能 力 的 方 法 主要 有 （ 1） 利 用 光 耦 合 器 提 高 抗 干 扰 能 力 光 耦 合 器 中 的 发 光 二 极 管 是 电 流 驱动 元 件 ， 要 有 足 够 的 能 量 才 能 驱 动 （ 2） 利 用 滤 波 电 路 提 高 抗 干 扰 能 力 2. 输 出 接 口 电 路（ 1） 小 型 继 电 器 输 出 形 式 :承 受 过 电 压 过 电 流能 力 强 ， 但 动 作 速 度 较 慢 内部电路 负 载COMRLED K （ 2） 大 功 率 晶 体 管 或 场 效 应 管 输 出 形 式 :只 可 驱 动直 流 负 载 可 靠 性 强 ， 速 度 快 ， 但 过 载 能 力 差 内部电路 T1 +5v 负 载R2 VTR3 VDFU COMR1LED （ ） 双 向 晶 闸 管 输 出 形 式 :适 合 驱 动 交 流 负载 可 靠 性 强 ， 速 度 快 ， 但 过 载 能 力 差 内部电路 T 负 载FU COMR1LED R2C 3. I/O电 路 的 常 见 问 题n 1、 当 PLC输 入 单 元 的 漏 电 流 值 大 于 1.3mA时 ，就 可 能 引 起 PLC输 入 电 路 发 生 误 动 作 。 （ 在输 入 端 并 联 旁 路 电 阻 即 可 )n 2、 应 在 输 出 回 路 串 联 保 险 丝 ， 避 免 负 载 电流 过 大 ， 会 损 坏 输 出 元 件 或 电 路 板n 3、 晶 体 管 、 双 向 晶 闸 管 型 输 出 端 子 漏 电 流和 残 余 电 压 的 存 在 ,需 考 虑 误 动 等 问 题 n 4、 感 性 负 载 断 电 时 产 生 很 高 的 反 电 势 ,一般 采 用 阻 容 吸 收 的 方 式 . 1.3.3 编 程 器 n 编 程 器 是 PLC的 重 要 外 围 设 备 。 利 用 编 程器 将 用 户 程 序 送 入 PLC的 存 储 器 ， 还 可 以用 编 程 器 检 查 程 序 ， 修 改 程 序 ， 监 视 PLC的 工 作 状 态 n 常 见 的 给 PLC编 程 的 装 置 有 手 持 式 编 程 器和 计 算 机 编 程 方 式 1.4 可 编 程 控 制 器 的 工 作 原 理及 主 要 技 术 指 标 1.4 可 编 程 控 制 器 的 工 作 原 理 及 主 要 技 术 指 标 1.4.1 可 编 程 控 制 器 的 工 作 原 理 n PLC是 采 用 周 期 循 环 扫 描 的 工 作 方 式 ，CPU连 续 执 行 用 户 程 序 和 任 务 的 循 环 序列 称 为 扫 描 。 CPU对 用 户 程 序 的 执 行 过程 是 CPU的 循 环 扫 描 ， 并 用 周 期 性 地 集中 采 样 、 集 中 输 出 的 方 式 来 完 成 的 扫 描 周 期 主 要 可 分 为n （ 1） 读 输 入 阶 段 每 次 扫 描 周 期 的 开 始 ， 先 读取 输 入 点 的 当 前 值 ， 然 后 写 到 输 入 映 像 寄 存 器区 域 。 n （ 2） 执 行 程 序 阶 段 。 用 户 程 序 执 行 阶 段 ，PLC按 照 梯 形 图 的 顺 序 ， 自 左 而 右 ， 自 上 而 下的 逐 行 扫 描 ， n （ 3） 处 理 通 信 请 求 阶 段 n （ 4） 执 行 CPU自 诊 断 测 试 阶 段 。 n （ 5） 写 输 出 阶 段 1.4.2 可 编 程 控 制 器 主 要 技 术 指 标 1. 输 入 /输 出 点 数 n 可 编 程 控 制 器 的 I/O点 数 指 外 部 输 入 、 输出 端 子 数 量 的 总 和 。 它 是 描 述 的 PLC大 小的 一 个 重 要 的 参 数 。 2. 存 储 容 量 n PLC的 存 储 器 由 系 统 程 序 存 储 器 ， 用 户 程序 存 储 器 和 数 据 存 储 器 三 部 分 组 成 。 PLC存 储 容 量 通 常 指 用 户 程 序 存 储 器 和 数 据存 储 器 容 量 之 和 ， 表 征 系 统 提 供 给 用 户的 可 用 资 源 ， 是 系 统 性 能 的 一 项 重 要 技术 指 标 。 3. 扫 描 速 度 n 可 编 程 控 制 器 采 用 循 环 扫 描 方 式 工 作 ，完 成 1次 扫 描 所 需 的 时 间 叫 做 扫 描 周 期 。影 响 扫 描 速 度 的 主 要 因 素 有 用 户 程 序 的长 度 和 PLC产 品 的 类 型 。 PLC中 CPU的 类型 、 机 器 字 长 等 直 接 影 响 PLC运 算 精 度和 运 行 速 度 4. 指 令 系 统 n 指 令 系 统 是 指 PLC所 有 指 令 的 总 和 。 可 编程 控 制 器 的 编 程 指 令 越 多 ， 软 件 功 能 就越 强 ， 但 掌 握 应 用 也 相 对 较 复 杂 。 用 户应 根 据 实 际 控 制 要 求 选 择 合 适 指 令 功 能的 可 编 程 控 制 器 。 5. 通 信 功 能 n 通 信 有 PLC之 间 的 通 信 和 PLC与 其 他 设 备之 间 的 通 信 。 通 信 主 要 涉 及 通 信 模 块 ，通 信 接 口 ， 通 信 协 议 和 通 信 指 令 等 内 容 。PLC的 组 网 和 通 信 能 力 也 已 成 为 PLC产 品水 平 的 重 要 衡 量 指 标 之 一 。 1.5 可 编 程 控 制 器 的 分 类 、特 点 、 应 用 及 发 展 1.5.1 可 编 程 控 制 器 的 分 类 n 1. 按 I/O点 数 和 功 能 分 类 ： 由 I/O点 数 的多 少 可 将 PLC的 I/O点 数 分 成 小 型 、 中 型和 大 型 n 2. 按 结 构 形 式 分 类 ： PLC可 分 为 整 体 式结 构 和 模 块 式 结 构 两 大 类 1.5.2 可 编 程 控 制 器 的 特 点 n 可 编 程 控 制 器 的 特 点 n （ 1） 编 程 简 单 ， 使 用 方 便 n （ 2） 控 制 灵 活 ， 程 序 可 变 ， 具 有 很 好 的 柔 性 n （ 3） 功 能 强 ， 扩 充 方 便 ， 性 能 价 格 比 高 n （ 4） 控 制 系 统 设 计 及 施 工 的 工 作 量 少 ， 维 修 方 便 n （ 5） 可 靠 性 高 ， 抗 干 扰 能 力 强 n （ 6） 体 积 小 、 重 量 轻 、 能 耗 低 ， 是 “ 机 电 一 体 化 ” 特有 的 产 品 n 2. 可 编 程 控 制 器 PLC与 个 人 计 算 机 PC的 主 要 差 异 n 3. PLC与 继 电 器 控 制 的 区 别 1.5.3 可 编 程 控 制 器 的 应 用 1. 逻 辑 控 制 n 可 编 程 序 控 制 器 具 有 “ 与 ” 、 “ 或 ” 、“ 非 ” 等 逻 辑 运 算 的 能 力 ， 可 以 实 现 逻辑 运 算 ， 用 触 点 和 电 路 的 串 、 并 联 ， 代替 继 电 器 进 行 组 合 逻 辑 控 制 ， 定 时 控 制与 顺 序 逻 辑 控 制 2. 运 动 控 制 n 可 编 程 序 控 制 器 使 用 专 用 的 运 动 控 制 模块 ， 或 灵 活 运 用 指 令 ， 使 运 动 控 制 与 顺序 控 制 功 能 有 机 地 结 合 在 一 起 3. 过 程 控 制 n 可 编 程 序 控 制 器 可 以 接 收 温 度 、 压 力 、流 量 等 连 续 变 化 的 模 拟 量 ， 通 过 模 拟 量I/0模 块 ， 实 现 模 拟 量 (Analog)和 数 字 量(Digital)之 间 的 A/D转 换 和 D/A转 换 ， 并对 被 控 模 拟 量 实 行 闭 环 PID（ 比 例 -积 分 -微 分 ） 控 制 4. 数 据 处 理 n 可 编 程 序 控 制 器 具 有 数 学 运 算 、 数 据 传送 、 转 换 、 排 序 和 查 表 、 位 操 作 等 功 能 ，可 以 完 成 数 据 的 采 集 、 分 析 和 处 理 。 5. 构 建 网 络 控 制 n 可 编 程 序 控 制 器 的 通 信 包 括 主 机 与 远 程I/0之 间 的 通 信 、 多 台 可 编 程 序 控 制 器 之间 的 通 信 、 可 编 程 序 控 制 器 和 其 他 智 能控 制 设 备 (如 计 算 机 、 变 频 器 )之 间 的 通 信 。可 编 程 序 控 制 器 与 其 他 智 能 控 制 设 备 一起 ， 可 以 组 成 “ 集 中 管 理 、 分 散 控 制 ”的 分 布 式 控 制 系 统 。 1.5.4 可 编 程 控 制 器 的 发 展 n 1. 向 高 集 成 、 高 性 能 、 高 速 度 ， 大 容 量发 展 n 2. 向 普 及 化 方 向 发 展 n 3. 向 模 块 化 、 智 能 化 发 展 n 4. 向 软 件 化 发 展 n 5. 向 通 信 网 络 化 发 展 ” 1.6 习 题 n 1. 简 述 可 编 程 序 控 制 器 的 定 义 。n 2. 可 编 程 控 制 器 的 基 本 组 成 有 哪 些 ？n 3. 输 入 接 口 电 路 有 哪 几 种 形 式 ？ 输 出 接 口 电 路 有 哪 几种 形 式 ？ 各 有 何 特 点 ？n 4. PLC的 工 作 原 理 是 什 么 ？ 工 作 过 程 分 哪 几 个 阶 段 ？n 5. PLC的 工 作 方 式 有 几 种 ？ 如 何 改 变 PLC的 工 作 方 式 ？n 6. 可 编 程 序 控 制 器 有 哪 些 主 要 特 点 ? n 7. 与 一 般 的 计 算 机 控 制 系 统 相 比 可 编 程 序 控 制 器 有 哪些 优 点 ?n 8. 与 继 电 器 控 制 系 统 相 比 可 编 程 序 控 制 器 有 哪 些 优 点 ?n 9. 可 编 程 序 控 制 器 可 以 用 在 哪 些 领 域 ?