项目认识PLC应用知识

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,PLC,应用,任课教师：朱晓瑜,课程目标,具有可编程控制器的设备选型和功能掌控,具有使用基本指令和功能指令的能力,具有梯形图程序设计的初步能力,具有初步设计可编程控制应用系统的能力,本节目标：,PLC,的定义和应用领域,PLC,与继电器控制的区别,任务一,可编程控制,器基础,一、,PLC,的产生及定义,二、,PLC,的特点和分类,三、,PLC,的应用和发展,四、,PLC,的基本组成,五、,PLC,的工作原理,六、三菱,FX,2N,系列,PLC,的特点,引言,从小型三相异步电动机启停控制实例中看出，继电器接触器电器控制的特点有：,1,、一旦控制要求改变，电器控制系统必须重新配线安装。,2,、大型的继电器控制电路接线更加复杂，体积庞大。,3,、机械触点易损坏，因而系统的可靠性较差，检修工作相当困难。,引言,采用可编程控制器对三相电机进行直接启动和延时启动，工作将变得轻松愉快。,采用可编程控制器进行控制，硬件接线更加简单清晰。用户只需要将输入设备如启动按钮,SB1,、停止按钮,SB2,、热继电器,FR,接到,PLC,的输入端口，输出设备如接触器线圈,KM,接到,PLC,的输出端口，再接上电源就可以了。,两种方式启停电机的硬件接线图完全相同。,一、,PLC,的产生、发展和定义,PLC,在早期是一种开关逻辑控制装置，被称为可编程序逻辑控制器,(Programmable Logic Controller),，简称,PLC,。,PLC,采用微处理器作为其控制核心，它的功能已不再局限于逻辑控制的范畴。因此，,1980,年美国电气制造协会,(NEMA),将其命名为,Programmable,Controller(PC,),，但为避免与个人计算机,(Personal Computer),的简称,PC,混淆，习惯上仍将其称为,PLC,。,对新型控制器的主要技术要求,美国通用汽车公司,(GE,公司,) 1968,年提出了研制新型控制装置的十项指标，其主要内容如下：,编程简单，可在现场修改和调试程序；,价格便宜，性价比高于继电器控制系统；,可靠性高于继电器控制系统；,体积小于有继电器控制柜的体积，能耗少；,能与计算机系统数据通信；,输入量是交流,115 V,电压信号（美国电网电压是,110V,）,输出量是交流,115 V,电压信号、输出电流在,2 A,以上，能 直接驱动电磁阀等,具有灵活的扩展能力；,硬件维护方便，采用插入式模块结构；,用户存储器容量至少在,4 KB,以上,1.1 PLC,的产生及发展,可编程序逻辑控制器（,Programmable Logic Controller) (PLC),可编程序控制器（,Programmable Controller) (PC),继电器控制电路,具有逻辑运算,定时计数,等简单功能,速度提高,功能增强,可控制模拟量,以,16,位,32,位,微处理器为核,心功能更强,第一代,第三代,第二代,PLC,的诞生和发展,可编程序控制器,(Programmable Logic Controller,）简称,PLC,，是：以,微处理器,为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自,动控制装置,。,1,.2 PLC,的定义,国际电工委员会（,IEC,）对可编程序控制器的定义：“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。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行,逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算,等操作的命令，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，易于扩充功能的原则而设计”。,PLC,是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计的工业控制装置。,2.1,可编程序控制器（,PLC,）的特点,（,1,）,使用灵活，通用性强；,（,2,）,可靠性高；抗干扰能力强。,（,3,）,编程简单、易于掌握；,（,4,）,接口简单，维护方便,。,二、,PLC,的特点和分类,1,、按,I/O,点数,小型,PLC,：入出总点子数,256,中型,PLC,：入出总点子数,2562048,大型,PLC,：入出总点子数,2048,2,、按结构类型分,整体式（单元式）：基本单元、扩展单元、特殊功能单元,模块式（积木式）：,CPU,模块、,I/O,模块、电源模块、存储器模块等。,叠装式：基本单元、扩展单元、特殊功能单元、扩展模块、特殊功能模块等。,2.2 PLC,的分类,1.,单元式结构（整体式）,体积小、速度快,内置,RS-232C,接口,具有软,PID,功能,2.,模块式结构,3.,叠装式,3,、按功能分,低档机 中档机 高档机,4,、按生产厂家分,日本立石（,OMRON,）公司的,SPC,系列,可编程序控制器；,日本三菱（,MITSUBISHI,）公司的,F,、,F1,、,F2,、,FX2N,系列可编程序控制器；,日本松下（,PANASONIC,）电工公司的,FP1,系列可编程序控制器；,美国通用电气（,GE,）公司的,GE,系列可编程序控制器；,美国艾论,布拉德利（,A-B,）公司的,PLC-5,系列可编程序控制器；,德国西门子（,SIEMENS,）公司的,S5,、,S7,系列可编程序控制器,Power,in a Small Package!,电源模块,CPU,模块,IO,模块,底 板,中、大型机：,模块式。可根据需要在主板上随意组合,。,三、,PLC,的应用,开关量逻辑控制：取代传统的继电器接触器控制,。,这是,PLC,最广泛的应用,.,过程控制：对生产过程中连续变化的模拟量进行检测和,控制,数据处理：数据运算、数据传递、数据转换，排序,查表、位操作等,通信联网与显示打印：可组成多级、分布式控制系 统。实现控制与管理的结合。,传送带生产线控制,灌装及包装机械,木材加工,电梯控制,空调控制,纺织机械,印刷机械,可编程序控制器的发展趋势,四、,PLC,的基本结构,PLC,的硬件,I/O,扩展部分,PLC,的基本,组成部分,外部设备,中央处理器,CPU,存储器,输入接口,输出接口,电源,PLC,的软件,用户程序,系统监控程序,输出设备,输入设备,I/O,扩展,单元,特殊功 能单元,主机,输出单元,输入单元,电 源,外设接口,I,/O,扩,展,口,存 储 器,系统程序,存储器,C P U,用户程序,存储器,盒式磁带机,打印机,EPROM,写入器,上位计算机,PLC,编程器,可编程终端,PT,CPU,的具体作用：,（,1,）接收，存储用户程序；,（,2,）以扫描方式接收来自输入单元的数据和状态信息，并存入相,应的数据存储区；,（,3,）执行监控程序和用户程序；,（,4,）响应外部设备（如编程器，打印机）的请求。,4.1,中央处理单元（,CPU,）,CPU,是,PLC,的控制中枢，它是由控制器和运算器组成。,PLC,中所采用的,CPU,通常有三种 ：,（,1,）通用处理器：8086、80286、80386；,（2）单片机芯片：8031、8096,（,3,）位片式微处理器：,AMD-2900,小型,PLC,多采用,8,位微处理器或单片机作为,CPU,；,中型,PLC,多采用,16,位微处理器或单片机作为,CPU,；,大型,PLC,多采用高速位片式微处理器,4.2,存储器,主要用于存放系统程序，用户程序和工作状态数据。,（,1,）,系统存储器：存放系统管理程序。,（,2,）,用户存储器：存放用户编制的控制,（,3,）工作数据存储器： 存储工作数据,RAM,：,存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序。,ROM,：,存放监控程序和用户已调试好的程序。,用户程序存储器的容量一般以,字,为单位,三菱,FX,系列的用户程序存储器以,程序步,为单位。,4.3,输入接口电路,PLC,通过输入单元可实现将不同输入电路的电平进行转换，转换成,PLC,所需的标准电平供,PLC,进行处理。,接到,PLC,输入接口的输入器件是：各种开关、按钮、传感器等。,各种,PLC,的输入电路大都相同，,PLC,输入电路中有光耦合器隔离，并设有,RC,滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。,输入接口作用：,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。,4.4,输出接口：采用光电隔离，实现了,PLC,的内部电路与,外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。,输出接口作用：,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；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。,输出三种形式：继电器,-,低速大功率,晶闸管（可控硅）,-,高速大功率,晶体管,-,高速小功率,4.5,电源单元,把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。,有的电源单元还向外提供,24v,隔离直流电源，可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。,PLC,的外部设备主要有：,编程设备,触摸屏,操作面板,文本显示器,打印机 等,4.6,外部设备,4.,7,编程设备,PC,FP PROGRAMMER,(HELP),CLR,WRT,FN/P,FL,STK,IX/IY,NOT,DT/Ld,READ,OT,L,WL,OR,R,WR,AN,Y,WY,ST,X,WX,SRC,(-),OP,(BIN),K/H,SC,CT,C,EV,TM,T,SV,ACLR,ENT,B,A,F,E,D,C,9,8,3,2,1,0,7,6,5,4,(DELT),CLR,利用编程器可将用户程序输入,PLC,的存储器，还可以用编程器检查程序、修改程序；利用编程器还可以监视,PLC,的工作状态。编程器一般分简易型 和智能型。,专 用 编 程 器,在装有专用编程软件的计算机上编程,简易编程器,直插式、便携式,计算机辅助编程,图形编程器,编程工具,4.,8 PLC,的软件,1.,软件组成,PLC,的软件包括系统监控程序和用户程序两大部分。,系统监控程序是由,PLC,的生产厂家编制的，用于控制,PLC,的运行，包括管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块和系统调用三个部分。,用户程序又称用户软件、应用软件等，是,PLC,的使用者编制的针对控制问题的程序，,2.,应用软件常用的编程语言,目前，,PLC,常用的编程语言包括梯形图、指令语句表、功能图、功能块图、高级编程语言等。,1),、梯形图是用图形符号在图中的互相关系来表示控制逻辑的编程语言,梯形图中用,表示,PLC,编程,元件的,动合触点,动断触点,线圈,编程元件的种类用图形符号及字母或数字加以区别。,(,END,),X2,X1,Y1,Y1,连,动,线,路,梯,形,图,PLC,输入,继电器,动断触点,动合触点,动合触点,KM,1,2,SB,1,SB,2,KM,( ),( ),输出继电器线圈,(1),梯形图中的继电器,不是“硬”继电器,，,是,PLC,存储器的一个,存储单元,。当写入该单元的 逻辑状态为“,1”,时，则表示相应继电器的线圈接通，其动合触点闭合，动断触点断开。,几点说明,(2),梯形图按,从左到右、自上而下,的顺序排列。每一逻辑行,(,或称梯级,),起始于左母线，然后是触点的串、并联连接，最后是线圈与右母线相联。,(3),梯形图中,每个梯级流过,的,不是物理电流,，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中满足线圈接通的条件。,五、,PLC,的工作原理,5.1,PLC,的工作原理：,采用,循环扫描方式,在,PLC,处于运行状态时，从内部处理、通信操作、,程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。,注意,由于,PLC,是扫描工作过程，在程序执行阶段即使输入发生了变化，输入状态映象寄存器的内容也不会变化，要等到下一周期的输入处理阶段才能改变。,5.2 PLC,的运行方式：,（,1,）运行工作模式,(RUN),当处于运行工作模式时，,PLC,要进行从内部处理、通信服务、输入处理、程序处理、输出处理，然后按上述过程循环扫描工作。,在运行模式下，,PLC,通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能，为了使,PLC,的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是不断地重复执行，直至,PLC,停机或切换到,STOP,工作模式。,注：,PLC,的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。,（,2,）停止模式（,STOP,）,当处于停止工作模式时，,PLC,只进行内部处理和通信服务等内容。,方式开关置,STOP:,只执行前,2,个阶段，即只作内部处理与自诊断与外设进行通信处理；,方式开关置,RUN:,将执行所有阶段。,每一次扫描所用的时间称为一个扫描周期，在一个扫描周期内可编程控制器工作过程分为三个阶段：,1,输入采样,可编程控制器把所有外部输入电路的接通,/,断开（,ON/OFF,）状态读入输入映像寄存器。,2,程序执行,在没有跳转指令时，,CPU,从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入对应的元件映像寄存器中。,3,输出刷新,CPU,将输出映像寄存器的“,0”/“1”,状态传送到输出锁存器。,5.3 PLC,的工作过程,输出刷新阶段,用户程序执行阶段,输入采样阶段,输入端子,输入映象寄存器,元件映象寄存器,输出锁存器,输出端子,扫描周期,写,周期扫描过程,X0,Y0,读,用户输入设备,用户输出设备,Y0,M100,读,扫描周期,扫描周期,(T),：自诊断时间，,I/O,扫描时间，程序扫描时间以及通信时间。,FX,系列机型,基本指令扫描速度,应用指令扫描速度,FX0N,1.6,至,3.6S /,指令,几十至几百,S /,指令,FX1S,0.55,至,0.7S /,指令,3.7,至几百,S /,指令,FX2N,0.08S /,指令,1.52,至几百,S /,指令,I/O,滞后时间：,即系统响应时间，是指可编程控制器外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的间隔。,5.3,输入,/,输出的滞后时间,I/O,滞后现象的原因,（,1,）输入滤波器有时间常数,（,2,）输出继电器有机械滞后,（,3,）,PC,循环操作时，进行公共处理、,I/O,刷新和执行用户程序等产生扫描周期,（,4,）程序语句的安排，也影响响应时间,