欧姆龙PLC 顺序控制系统

单击此处编辑母版标题样式,第,5,章可编程序控制器,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,*,*,*,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,*,*,*,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,*,*,*,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,*,Tsinghua University,*,*,*,*,第,8,章顺序控制系统,第一节,PLC,基本工作原理,第二节 常用,PLC,介绍,第三节 顺序逻辑表示法,第四节,PLC,控制程序设计,第五节 简单应用实例,第六节 综合应用实例,一、顺序控制系统及其实现,（一）顺序控制系统,1.,顺序控制,顺序控制,是指根据预先规定好的时间或条件，按照预先确定的操作顺序，对开关量实现有规律的逻辑控制，使控制过程依次进行的一种控制方法。顺序控制的应用非常广泛，例如组合机床的动力头控制、搬运机械手的控制、包装生产线的控制等都属于顺序控制的范畴。,第一节,PLC,基本工作原理,2.,顺序控制系统的分类,按照顺序控制系统的特征，可将顺序控制系统划分为：,时间驱动,顺序控制系统,事件驱动,顺序控制系统（分为,逻辑,顺序控制系统和,条件,顺序控制系统）。,（,1,）时间顺序控制系统,：以执行时间为依据，每个设备的运行与停止都与时间有关。,例如，物料的多级输送。物料经过多级传送带由起始点输送到目的地，在物料的输送过程中，为了防止物料的堵塞，通常要按以下顺序动作：启动：先启动后级输送带，再启动前级输送带，,A,延迟,10sB,延迟,10sC,停止：先停止前级输送带，再停止后级输送带，,C,延迟,10sB,延迟,10sA,物料的多级输送示意图如图所示。,再如，十字路口的交通信号灯。虽然不同路口的时间设置不同，但对于确定的路口，南北向与东西向的红、绿、黄信号灯点亮的时间顺序是严格确定的。例如：南北向：绿灯亮（,26s,）、黄灯亮（,4s,）、红灯亮（,30s,）、绿灯亮（,26s,）,东西向：红灯亮（,30s,）、绿灯亮（,26s,）、黄灯亮（,4s,）、红灯亮（,30s,）,十字路口的交通信号灯示意图如图所示。,（,2,）逻辑顺序控制系统,：按照逻辑先后关系顺序执行操作指令，与执行时间无严格关系。例如，化学反应池中的液位控制。在化学反应池中，基料与辅料以一定的比例，在加热的情况下产生化学反应并生成最终产品。在反应初期，基料泵工作，基料进入，到达液位,1,后，搅拌机启动并开始搅拌；当液位上升到,2,时，基料泵停止工作，辅料泵工作，辅料进入；当液位到达,3,时，辅料泵停止工作，加料完成，开始加热，进行化学反应。化学反应池中的液位控制示意图如图所示。,（,3,）条件顺序控制系统：,根据条件是否满足执行相应的操作指令。例如，电梯运行控制。某层乘客按了向上的按钮，电梯控制器根据电梯的当前层和乘客所在层的位置，来决定上升还是下降：电梯在乘客层上：下降电梯在乘客层下：上升电梯运行控制示意图如图所示。,（二）顺序控制系统的实现,（,1,）由,继电器,组成的逻辑控制系统（机械式开关）。在继电器组成的逻辑控制系统中，所有的操作和逻辑关系都由硬件来完成，即由继电器的常开、常闭触点，延时断开、延时闭合触点，接触器，开关等元件完成系统所需要的逻辑功能。,（,2,）,可编程序控制器,（软件开关）。可编程序控制器用存储器代替了机械式开关和电子式开关，用存储器的存储值代替了开关的状态，不仅大大提高了开关的可靠性和使用寿命，而且存储器的存储值可以无限次使用，只要更改控制程序就可以实现更改逻辑关系。（,3,）由,计算机,组成的顺序逻辑控制系统。该系统通常应用于集散控制系统或工控机中，可实现逻辑控制功能，适合于大型系统。,1.,可编程序控制器的定义,可编程序控制器自产生到现在，随着各种新技术的加入，仍处于发展过程中，因此，它还没有最终的、明确的定义。国际电工委员会在,1987,年颁布的,PLC,标准中对,PLC,做了如下定义：可编程序控制器是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可编程序存储器作为内部指令记忆装置，具有逻辑、排序、定时、计数及算术运算等功能，并通过数字或模拟输入,/,输出模块控制各种类型的设备和生产过程。,二、,PLC,组成和工作原理,可编程控制器是一种,以微处理器,为核心，带有,指令存储器和输入,/,输出接口,，将,自动化技术、计算机技术和通信技术,融为一体的新型,工业控制装置,。,（一）、,PLC,的基本构成,系统程序,用户程序,编程器,存 储 器,输入口,CPU,输出口,通信口,系 统 总 线,电,源,软件,系统,基本,单元,硬件系统,CPU,存储器,总线,I/O,口,通信接口,编程器,电源,扩展设备,系统软件,用户软件,硬件系统,软件系统,FR,KM,KM,A,FU2,SB2,SB1,B,SB1,SB2,FR,24V,COM,0.00,0.02,PLC,COM,10.00,0.01,输,入,模,块,输,出,模,块,L,N,B,A,QS,FU1,KM,FR,M,3,L3,L2,L1,N,FU2,KM,FU3,拆除原控制回路,安装,PLC,接入输入元件,接入输出元件,对,PLC,供电,编写程序（梯形图）,写入,PLC,PLC,控制实例,（二）、,PLC,控制的等效电路,输入元件,负载,SB1,SB2,FR,KM,负载电源,PLC,内部控制电路,（用户程序）,等效输出继电器,0.00,PLC,COM,DC 24V,0.00,0.01,0.02,0.01,0.02,10.00,10.00,10,。,00,COM,等效输入继电器,END,动画演示,符号名称,继电器电路图符号,梯形图符号,常开触点,常闭触点,线圈,符号对照表,（三）、,PLC,的工作原理,1,、,PLC,的工作方式,*,PLC,的扫描周期与用户程序的长短和该,PLC,的扫描速度紧密相关。,PLC,一次扫描的过程，包括,自诊断、与编程器或计算机等通信、输入采样、程序执行和输出刷新,共五个阶段，其所需时间称为一个工作周期（或扫描周期）。,检查,CPU,等内部硬件，对监视定时器（,WDT,）复位以及其它工作,与其它智能装置（如编程器、计算机等）实现通信,按顺序对所有输入端的状态进行采样，并存入相应寄存器,对用户程序扫描执行 ，并将结果存入相应的寄存器,将寄存器中与输出有关状态，转到输出锁存器，输出驱动外部负载,I/O,信号的传递过程,读,写,读,写,20000,01000,01000,00000,输入映像寄存器,元件映像寄存器,输出锁存器,输出端子,输入端子,输入电路,输出电路,从,PLC,的输入端有一个输入信号发生变化，到,PLC,输出端对该变化做出响应，需要一段响应时间。,1,、理论上，微处理机也可以通过编程以形成,PLC,的多数功能，然而，通用微机一般不适应工业环境。,2,、,微机与外部连接时，需要专门的接口电路板，如,A,D,、,D,A,、并行,I/0,、串行,I,0,、可编程计数器等，而,PLC,带有各种,I/O,模块可供直接利用，且输入输出线可多达数百条甚至更多。,3,、,PLC,具有多种诊断能力及模块式结构，易于维修。,4,、,PLC,可采用梯形逻辑图编程，编程语言直观简单，容易掌握。,5,、虽然许多,PLC,能够接收模拟信号和进行简单的算术运算，但是，其运算能力较弱，无法与通用微机相比。,PLC,与微机的主要区别,描写顺序控制的方法：,梯形图、指令语句表、流程图、顺序功能图、状态图、过程定时图及逻辑（布尔）语句,。,第二节 常用,PLC,介绍,PLC,三大流派,欧洲：,西门子（,Siemens,）； 法国的（,Telemecanique,）；,美国：,A-B,（,Allen-,Bradly,）、,GE,（,General Electric,） ；,日本：,三菱电机（,Mitsubishi Electric,）、 欧姆龙（,OMRON,）、,FUJI,、松下电工（日本主要发展中小型,PLC,，其小型机性能先进，结构紧凑，价格便宜）。,PLC,的分类,1,按,I/O,总点数分,256,、,2048,、小型、中型、大型,2,按组成结构分,整体式、模块式,3,按功能分,低档、中档、高档,一、西门子,S7,系列,PLC,1,、,S7-200,超小型化,2,、,S7-300,模块化小型,PLC,系统，满足中等性能要求,3,、,S7-400,用于中、高档性能范围,二、欧姆龙,C,系列,PLC,CP,系列：,CPM1A,、,CPM2A,、,CPM2AH,、,CPM2AH-S,、,CPM2C,、,CP1H,、,CP1L,和,CP1E,等。除,CPM2C,外，都是整体式小型,PLC,。,由电源、,CPU,、输入,/,输出口和程序存储器组成，称为,CPU,单元（或称基本单元）。,能方便的加装扩展单元。,组合电路的控制结果只和输入变量的状态有关。,可以用布尔代数,(,也称开关代数或逻辑代数,),通过计算而得出。,在组合电路中，也是由输入变量、中间逻辑变量和输出逻辑变量三者构成的，但不含有记忆元件。,中间逻辑变量也可以根椐逻辑关系将其消除。,C=AB,H=CD,H= ABD =(A,B)D,一、组合电路,第三节 顺序逻辑表示法,SB4 SB3,HL2,0 0,0 1,1 0,1 1,0,1,1,1,SB1 SB2,HL1,0 0,0 1,1 0,1 1,0,0,0,1,表,1,串联电路真值表 表,2,并联电路真值表,逻辑与运算,00=0,；,01=0,；,10=0,；,11=1,。,逻辑或运算,0,0=0,；,0,1=1,；,1,0=1,；,1,1=1,。,例,1,在楼梯走廊里，在楼上楼下各安装一个开关来控制一盏灯，试画出控制电路。,S2 S1,E,0 0,0 1,1 0,1 1,0,1,1,0,两个开关控制一盏灯电路,由真值表写出逻辑表达式,:,根据逻辑表达式画出控制电路,两个开关只有种状态，根据题意分析可知当只有其中一个开关动作时灯亮，两个开关都动作或都不动作时灯不亮，据此列出真值表。,例,化简下面图的电路,解：,根据电路写出逻辑表达式，并化简：,Y=BAC,AC= (BA,A)C=(B,A)C,化简电路,根据化简逻辑表达式画出电路,如图所示。,梯形图语言,是一种以图形符号及图形符号在图中的相互关系表示控制关系的编程语言,是从继电器电路图演变过来的。,理解梯形图的一个关键概念是“,能流,”，这仅是概念上的“能流”。,把左母线设想为电源“火线”，右母线设想为“零线,绘梯形图的一种设计思想,:,将可编程控制器中参与逻辑组合的元件看成和继电器一样,具有常开、常闭触点及线圈,且线圈的得电失电将导致触点的相应动作,;,再用母线代替电源线,用能量流概念来代替继电器电路中的电流概念,;,使用绘制继电器电路图类似的思路绘出梯形图。,PLC,中的继电器等编程元件不是实际物理元件,而只是计算机存储器中一定的位,它的所谓接通不过是相应存储单元置,1,而已。,二、梯形图,在,PLC,中有大量的、各种各样的继电器，如输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等。不过这些继电器不是真正的继电器，而是用计算机中的存储器来模拟的，我们把它叫作,软继电器,。,存储器中的某一位就可以表示一个继电器，这种继电器也叫,位继电器,。,存储器中的一位有两种状态：,“,0,”,和,“,1,”,。,我们用,0,表示继电器失电,，用,1,表示继电器得电,。把,“,0,”,或,“,1,”,写入存储器中的某一位就表示对应的继电器线圈失电或得电。,读出该存储器某位的值,为,0,时，表示对应继电器的常开接点断开,；,为,1,时，表示对应继电器的常开接点闭合,。而常闭接点的值是对存储器位的取反。,读存储器的次数是不受限制的，所以一个位继电器的接点从理论上讲是无穷多的。,动画演示,第四节,PLC,控制程序设计,LD 0.00,OUT 10.00,0.00,10.00,梯形图图例,指令表图例,1.,梯形图编程,触点符号,继电器线圈符号,操作数,2.,指令表编程,指令步,（,一般由编程器自动依次给出,）,操作码,操作数,一、梯形图和指令表,1.,软元件地址编号规则,位（,bit,）：,二进制数的一位,(l/0),，,分别对应继电器线圈得,/,失电（,ON /OFF,）,或触点的通,/,断（,ON/ OFF,）。,数字（,digit,）：,由,4,位二进制数构成，可以是十进制,0,9,，也可是十六进制,0,F,。,字节,(byte),：,由,8,位二进制数构成。,字（,word,）：,又称为通道（,channel,），由,2,个字节构成。,*存储器是字元件，按字使用，每个字,16,位。,*继电器是位元件，按位使用，地址按通道进行管理。,二、,PLC,软元件地址分配及功能概要,位地址,通道（字）地址,例：,100.00,例：,100,例：,W200.15,例：,W200,位地址,=,通道（,CH,）,号,+,通道内序号,通道（,CH,）号高位的,0,可省略,位地址和通道（字）地址的表示方法,软元件类型,通道号,通道内序号,输入继电器,000009,0015,输出继电器,010019,0015,辅助继电器,200255,0015,特殊辅助继电器,232255,0015,保持继电器,HR00HR19,0015,辅助记忆继电器,AR00AR15,0015,链接继电器,LR00LR15,0015,暂存继电器,TR07,定时器,/,计数器,TIM/CNT000127,数据存储器,DM0000DM6655,2,CPM1A,中的软元件,输入继电器,接收输入信号；只能由外部信号所驱动；不能用程序内部的指令来驱动；,触点无限多个。,输入模块则可等效成输入继电器的线圈,输入模块,S,COM,0.00,0.00,0.00,0.00,输入端子,梯形图,DC24V,（,1,）输入,/,输出继电器,软触点,硬触点,01000,01001,01000,01001,输出模块,01000,COM,01001,01000,负载,2,梯形图,输出端子,负载,1,输出继电器,由内部程序驱动；,具有,:,由软件构成的内部触点（软触点，用于逻辑运算）,由输出模块构成的外部触点（硬触点，能和负载连接）。,（,2,）内部辅助继电器,不能读取外部输入，也不能直接驱动外部负载，只起到中间继电器的作用。,（,3,）特殊辅助继电器,主要用于动作状态标志、动作起动标志、时钟脉冲输出、模拟电位器、高速计数器、计数模式、中断等各种功能的设定值,/,现在值的存储单元。,符号名称,地址,/,值,注释,CPM1A,P_On,253.13,常通标志,(,常,ON,位,),P_First_Cycle,253.15,首次循环标志（第一次循环为,ON,）,P_1min,254.00,周期为,1min,的时钟脉冲位,P_0_1s,255.00,周期为,0.1s,的脉冲位,P_0_2s,255.01,周期为,0.2s,的脉冲位,P_1s,255.02,周期为,1s,的脉冲,P_CY,255.04,进位标志（执行结果有进位时为,ON,）,P_GT,255.05,GT,（,）标志（比较结果大于时为,ON,）,P_EQ,255.06,EQ,（,=,）标志（比较结果等于时为,ON,）,P_LT,255.07,LE,（,=,=,=,备注,符号地址,P_GT,P_EQ,P_LT,P_GE,P_NE,P_LE,实际地址,255.05,255.06,255.07,CPM1A,对,2,组数据或常数进行比较，将比较结果反映到状态标志中,例：,D1,的数据小于,5,或大于,20,时,，,100.00,有输出,问题：,D1,的数据大于,5,且小于,20,时,呢？,3.,数据传送指令,MOV,基本格式,传送指令应用,将源通道,S,（单字）数据或常数以二进制的形式输出到传送目的地通道,D,例：,用,MOV,指令改变定时器的设定值,