第7章可编程序控制器概论课件

第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:1 第第7章章PLC概念及工作原理概念及工作原理 7.17.1PLCPLC的产生和发展的产生和发展7.27.2PLCPLC的定义和特点的定义和特点 7.37.3PLCPLC的分类及应用的分类及应用7.47.4PLCPLC的组成及各组成部分的作用的组成及各组成部分的作用7.57.5PLCPLC的工作原理的工作原理7.67.6PLCPLC的编程语言的编程语言7.77.7PLCPLC与微机、继电器控制等的区别与微机、继电器控制等的区别第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:2 传统的生产机械自动控制装置传统的生产机械自动控制装置继电器控制系统继电器控制系统 优点优点结构简单、价格低廉、容易操作结构简单、价格低廉、容易操作 。缺点缺点体积庞大、生产周期长、接线复杂、故障率高、可靠体积庞大、生产周期长、接线复杂、故障率高、可靠性及灵活性差性及灵活性差 。应用应用比较适用于工作模式固定，控制逻辑简单等工业应用比较适用于工作模式固定，控制逻辑简单等工业应用场合。场合。7.1 PLC7.1 PLC的产生的产生和发展和发展返回本章返回本章第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:3 用户迫切用户迫切需要需要一种先进的自动控制装置一种先进的自动控制装置继电器控制系统继电器控制系统先进自动控制系统先进自动控制系统返回本节返回本节第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:4 对先进自动控制装置提出对先进自动控制装置提出设想设想：把把计算机计算机的功能完善、通用、灵活等优点和的功能完善、通用、灵活等优点和继电器继电器控制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，制成一种通用成一种通用控制装置控制装置。把计算机的编程方法和程序输入方式。把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，采用面向控制过程、面向对象的语言编程。加以简化，采用面向控制过程、面向对象的语言编程。工业控制计算机工业控制计算机工业控制计算机工业控制计算机 继电器控制系统继电器控制系统继电器控制系统继电器控制系统 先进控制装置先进控制装置先进控制装置先进控制装置 返回本节返回本节第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:5 可编程序逻辑控制器的可编程序逻辑控制器的产生产生 美国数字设备公司（美国数字设备公司（DECDEC）根据这一设想，于根据这一设想，于19691969年研制年研制成功了第一台可编程序控制器。由于当时主要用于顺序控制，成功了第一台可编程序控制器。由于当时主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为只能进行逻辑运算，故称为可编程序逻辑控制器可编程序逻辑控制器可编程序逻辑控制器可编程序逻辑控制器（Programmable Logic ControllerProgrammable Logic Controller，PLCPLC）。）。返回本节返回本节第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:6 发展趋势发展趋势 （1 1）与计算机联系密切）与计算机联系密切 （2 2）发展多样化）发展多样化 （3 3）模块化）模块化 （4 4）网络与通信能力增强）网络与通信能力增强 （5 5）多样化与标准化）多样化与标准化 （6 6）工业软件发展迅速）工业软件发展迅速 返回本节返回本节第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:7 7.2 PLC7.2 PLC的定义和分类的定义和分类PLCPLCPLCPLC的定义的定义的定义的定义 经历经历：可编程逻辑控制器（：可编程逻辑控制器（PLCPLC）可编程控制器（可编程控制器（PCPC）通用叫法通用叫法：可编程序控制器（：可编程序控制器（Programmable ControllerProgrammable Controller，PCPC），），是一台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具是一台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但由于输出接口，并且具有较强的驱动能力。但由于PCPC容易和个人计算机（容易和个人计算机（Personal ComputerPersonal Computer）混淆，所以人们混淆，所以人们还沿用还沿用PLCPLC作为可编程控制器的英文缩写。作为可编程控制器的英文缩写。返回本章返回本章第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:8 国际电工委员会（国际电工委员会（IECIEC）对可编程控制器的定义对可编程控制器的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统电子系统，专为在，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于工业环境应用而设计的。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、计数与其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输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部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩外部设备，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。充其功能的原则设计。”返回本节返回本节第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:9 PLCPLC的分类的分类 一体化紧凑型一体化紧凑型PLC PLC：电源、电源、CPUCPU中央处理系统、中央处理系统、I/OI/O接口接口都集成在一个机壳内。如都集成在一个机壳内。如西门子西门子S7-200S7-200系列。系列。CPUCPU（基本单元）（基本单元）+扩展模块扩展模块 返回本节返回本节第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:10 标准模块式结构化标准模块式结构化PLC PLC：各种模块相互独立，并安装在固各种模块相互独立，并安装在固定的机架（导轨）上，构成一个完整的定的机架（导轨）上，构成一个完整的PLCPLC应用系统。如：应用系统。如：西门子西门子S7-300S7-300、S7-400S7-400系列。系列。PS(电源模块电源模块)CPU IM(接口模块接口模块)SM:DISM:DOSM:AISM:AO CP:-点点-到到-点点-PROFIBUS-工业以太网工业以太网返回本节返回本节第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:11 S7-400系列系列第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:12 7.3 PLC7.3 PLC的功能和特点的功能和特点PLCPLC的功能的功能 控制功能控制功能 逻辑控制逻辑控制 定时控制定时控制 计数控制计数控制 顺序控制顺序控制返回本章返回本章第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:13 PLCPLC的功能的功能 数据采集、存储与处理功能数据采集、存储与处理功能数学运算功能数学运算功能数据处理数据处理模拟数据处理模拟数据处理返回本节返回本节第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:14 PLCPLC的功能的功能 输入输入/输出接口调理功能输出接口调理功能具有具有A/DA/D、D/AD/A转换功能，通转换功能，通过过I/OI/O模块完成对模拟量的模块完成对模拟量的控制和调节。位数和精度可控制和调节。位数和精度可以根据用户要求选择。具有以根据用户要求选择。具有温度测量接口，直接连接各温度测量接口，直接连接各种热电阻或热电偶。种热电阻或热电偶。返回本节返回本节第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:15 PLCPLC的功能的功能 通信、联网功能通信、联网功能PROFIBUS DPPROFIBUS PA(Ex)PROFIBUS PA返回本节返回本节第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:16 PLCPLC的功能的功能 人机界面功能人机界面功能返回本节返回本节第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:17 PLCPLC的功能的功能 编程、调试等编程、调试等使用复杂程度不同的使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式手持、便携和桌面式编程器、工作站和操编程器、工作站和操作屏，进行编程、调作屏，进行编程、调试、监视、试验和记试、监视、试验和记录，并通过打印机打录，并通过打印机打印出程序文件。印出程序文件。STEP7STEP7ProToolProToolMPI cable有有MPI接口的接口的PG 或或PC返回本节返回本节第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:18 PLCPLC的特点的特点 高可靠性高可靠性丰富的丰富的I/OI/O接口模块接口模块采用模块化结构采用模块化结构运行速度快运行速度快功能完善功能完善编程简单，易于使用编程简单，易于使用系统设计、安装、调试方便系统设计、安装、调试方便维修方便，维修工作量小维修方便，维修工作量小总价格低总价格低返回本节返回本节第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:19 7.4PLC组成及各组成部分的作用组成及各组成部分的作用返回本章首页返回本章首页 PLCPLC的基本组成的基本组成 PLCPLC各组成部分的作用各组成部分的作用第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:20 7.4.1 PLC的基本组成的基本组成编程器或其他编程设备编程器或其他编程设备SBSQ SA HLYVKM微处理器微处理器存储器存储器输输入入单单元元输输出出单单元元电源电源第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:21 1.中央处理单元中央处理单元 1.中央处理单元（中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。CPU的主要功能：的主要功能：1）从存储器中读取指令从存储器中读取指令 2）执行指令）执行指令 3）顺序取指令）顺序取指令 4）处理中断）处理中断 7.4.2 PLC各组成部分的作用各组成部分的作用第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:22 RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。存放监控程序和用户已调试好的程序。2.存储器存储器第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:23 采用光电隔离，实现了采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。气隔离，减小了电磁干扰。输出接口作用：输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。输出三种形式：输出三种形式：继电器继电器-低速大功率低速大功率 可控硅可控硅-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输入接口作用：输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。转换成数字信号送入主机。3.输入、输出接口：输入、输出接口：第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:24（1）输入接口电路：）输入接口电路：采用采用光电耦合器，防止强电干扰。光电耦合器，防止强电干扰。COM光电三极管光电三极管发光二极管发光二极管直流电源直流电源输入端子输入端子+PLCI0.0+24V发光二极管发光二极管第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:25 继电器输出继电器输出（2）输出接口电路：）输出接口电路：以以继电器形式为例：继电器形式为例：PLC内内部部电电路路内内部部电电路路J+交流电源或交流电源或直流电源直流电源COM-Q0.0第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:26 4.电源单元电源单元 把外部供应的电源变换成系统内部各单元所把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。需的电源。有的电源单元还向外提供有的电源单元还向外提供24v24v隔离直流电源，隔离直流电源，可供与开关量输入单元连接的现场无源开关等使可供与开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。用。可编程序控制器的电源一般采用开关式电源，可编程序控制器的电源一般采用开关式电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。率高、抗干扰性能好。第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:27 5.各种接口、高功能模块：各种接口、高功能模块：PSCPUSM:DISM:DOSM:AISM:AOCPFMSMIM第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:28 6.通信接口通信接口第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:29 编程设备可以是专用的手编程设备可以是专用的手持式的编程器；也可以是安装持式的编程器；也可以是安装了专门的编程通讯软件的个人了专门的编程通讯软件的个人计算机。计算机。用户可以通过键盘输入和用户可以通过键盘输入和调试程序；另外在运行时，还调试程序；另外在运行时，还可以对整个控制过程进行监控。可以对整个控制过程进行监控。PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTL WLORR WRANY WYSTX WXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTC EVTMT SVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR手持式的编程器手持式的编程器7.编程设备编程设备第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:30 7.57.5工作原理工作原理 7.5.1 7.5.1 PLCPLC的工作方式与运行框图的工作方式与运行框图 继继电电器器控控制制系系统统是是一一种种“硬硬件件逻逻辑辑系系统统”，采采用用的的是并行工作方式。是并行工作方式。PLCPLC是是一一种种工工业业控控制制计计算算机机，它它的的工工作作原原理理是是建建立立在在计计算算机机工工作作原原理理基基础础上上的的，即即通通过过执执行行程程序序实实现现，而而序序依依次次完完成成相相应应各各电电器器的的动动作作，所所以以时时间间上上是是串串行行的的。概概括括而而言言，PLCPLC的的工工作作方方式式是是一一个个不不断断循循环环的的顺顺序序扫扫描描工工作方式。作方式。第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:31 电源电源ONON内部处理内部处理输入处理（输入传送、远程输入处理（输入传送、远程I/OI/O）通信服务（外设、通信服务（外设、CPUCPU、总线服务）总线服务）PLCPLC的运行框图的运行框图返回本节返回本节第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:32 7.5.2 PLC7.5.2 PLC的的工作过程工作过程输入刷新输入刷新输出刷新输出刷新程序执行程序执行扫描周期扫描周期输入刷新阶段输入刷新阶段输出刷新阶段输出刷新阶段程序执行阶段程序执行阶段第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:33 7.6PLC的编程语言的编程语言 1.梯形图梯形图 2.语句表语句表 3.逻辑符号图逻辑符号图 4.高级语言高级语言 第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:34 STEP7 编程语言编程语言AI0.0AI0.1=Q8.0STL指令表指令表&Q8.0=I0.0I0.1FBD功能块功能块I0.0I0.1Q8.0LAD梯形图梯形图第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:35 选择编程语言选择编程语言第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:36 用用 LAD/FBD 编程编程第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:37 用用 STL 编程编程第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:38 简单程序的调试简单程序的调试第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:39 7.7 与计算机、继电器控制等的区别与计算机、继电器控制等的区别相同点：相同点：（1）基本结构相同）基本结构相同（2）程序执行原理相同）程序执行原理相同 不同点：不同点：两者的不同点主要体现在工作方式上。两者的不同点主要体现在工作方式上。与计算机的异同与计算机的异同 第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:40 与继电接触器的异同与继电接触器的异同 相同点：相同点：图形结构和逻辑关系相同。图形结构和逻辑关系相同。不同点：不同点：（1）实现原理不同）实现原理不同（2）工作方式不同）工作方式不同返回本节返回本节第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:41 第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:42 第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:43 第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:44 第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:45 第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:46 第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:47 第第2 2篇可编程控制器篇可编程控制器Date:2024/7/15 Page:48 思考题思考题 1.1.什么是可编程控制器？什么是可编程控制器？2.2.简述可编程控制器的工作原理，如何理解简述可编程控制器的工作原理，如何理解PLCPLC的循环的循环扫描工作过程？扫描工作过程？3.3.简述简述PLCPLC与继电接触器控制在工作方式上各有什么特与继电接触器控制在工作方式上各有什么特点。点。4.4.详细说明详细说明PLCPLC在扫描的过程中，输入映像寄存器和输在扫描的过程中，输入映像寄存器和输出映像寄存器各起什么作用。出映像寄存器各起什么作用。