第5章 工业机器人PLC控制课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PPT课件,单击此处编辑母版标题样式,机械职业教育教学指导委员会推荐教材,全国高等职业教育,“,十二五,”,规划教材,全国工业机器人技能培养系列精品教材,工业机器人,电气控制与维修,（,ISBN 978-7-121-29476-1,）,邢美峰 主 编,卢彦林 李伟娟 副主编,1,PPT课件,第,5,章,工业机器人,PLC,控制,5.1,可编程序逻辑控制器概要,1,5.2PLC,的硬件结构,2,5.3PLC,的工作方式与工作过程,3,5.4PLC,的程序结构,4,5.5PLC,的寄存器,5,5.6PLC的基本元器件与指令系统,6,2,PPT课件,5.1.1,可编程逻辑控制器（,PLC),的定义,1,PLC,定义,可编程逻辑控制器简称,PLC,（英文全称：,Programmable Logic Controller,）。,1987,年国际电工委员会（,IEC,）颁布的,PLC,标准草案中对,PLC,做了如下定义：“,PLC,是一种数字运算操作的电子的电子系统，专门在工业环境下应用而设计。它采用可以编制程序的存储器，用来在执行存储逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入,(I),和输出,(O),接口，控制各种类型的机械设备或生产过程。”,5.1,可编程序逻辑控制器概要,3,PPT课件,该定义强调了可编程控制器是“数字运算操作的电子系统”，是一种计算机。它是“专为工业环境下应用而设计”的工业计算机，是一种用程序改变控制功能的设备，该种设备采用“面向用户的指令”，因此编程方便，可完成逻辑运算、顺序控制、定时计数和数学运算操作，还具有数字量与模拟量的输入输出能力。,可编程控制器是应用面广、功能强大、使用方便的通用工业控制设备，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。,5.1,可编程序逻辑控制器概要,4,PPT课件,2,PLC,的应用范围。,PLC,的应用范围极其广阔，经过,30,多年的发展，目前,PLC,已经广泛应用于冶金、石油、化工、建材、电力、矿山、机械制造、汽车、交通运输、轻纺、环保等各行各业。几乎可以说，凡是有控制系统存在的地方就有,PLC,。,概括起来，,PLC,的应用主要有以下,5,个方面。,5.1,可编程序逻辑控制器概要,5,PPT课件,（,1,）开关量控制,这是,PLC,最基本的应用领域，可用,PLC,取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用实例。如机床电气控制、起重机、皮带运输机和包装机械的控制、注塑机的控制、电梯的控制、饮料灌装生产线、家用电器（电视机、冰箱、洗衣机等）自动装配线的控制、汽车、化工、造纸、轧钢自动生产线的控制等。,5.1,可编程序逻辑控制器概要,6,PPT课件,（2）模拟量控制,目前，很多PLC都具有模拟量处理功能，通过模拟量I/O模块可对温度、压力、速度、流量等连续变化的模拟量进行控制，而且编程和使用都很方便。大、中型的PLC还具有PID闭环控制功能，运用PID子程序或使用专用的智能PID模块，可以实现对模拟量的闭环过程控制。随着PLC规模的扩大，控制的回路已从几个增加到几十个甚至上百个，可以组成较复杂的闭环控制系统。PLC的模拟量控制功能己广泛应用于工业生产各个行业，例如自动焊机控制、锅炉运行控制等都是典型的闭环过程控制的应用场合。,5.1,可编程序逻辑控制器概要,7,PPT课件,（3）运动控制,运动控制是指PLC对直线运动或圆周运动的控制，也称为位置控制。早期PLC通过开关量I/O模块与位置传感器和执行机构的连接来实现这一功能，现在一般都使用专用的运动控制模块来完成。目前，PLC的运动控制功能广泛应用在金属切削机床、电梯、机器人等各种机械设备上，典型的如PLC和计算机数控装置(CNC)组合成一体，构成先进的数控机床。,5.1,可编程序逻辑控制器概要,8,PPT课件,（,4,）数据处理,现代,PLC,都具有不同程度的数据处理功能，能够完成数学运算（函数运算、矩阵运算、逻辑运算）、数据的移位、比较、传递、数值的转换和查表等操作，对数捃进行采集、分析和处理。数据处理通常用在大、中型控制系统中，如柔性制造系统、机器人的控制系统等。,5.1,可编程序逻辑控制器概要,9,PPT课件,（,5,）通信联网,通信联网是指,PLC,与,PLC,之间、,PLC,与上位计算机或其他智能设备间的通信，利用,PLC,和计算机的,RS-232,或,RS-422,接口、,PLC,的专用通信模块，用双绞线和同轴电缆或光缆将它们联成网络，可实现相互间的信息交换，构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，建立工厂的自动化网络。,5.1,可编程序逻辑控制器概要,10,PPT课件,5.1.2 PLC,的特点,1,可靠性高，抗干扰能力强,现代,PLC,采用了集成度很高的微电子器件，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其可靠程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的。为了保证,PLC,能在恶劣的工业环境下可靠工作，在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干扰措施。,5.1,可编程序逻辑控制器概要,11,PPT课件,在硬件方面采取的主要措施有：,（,1,）隔离,PLC,的输入、输出接口电路一般都采用光电耦合器来传递信号，这种光电隔离措施使外部电路与,PLC,内部之间完全避免了联，有效的抑制了系部干扰源对,PLC,的影响，还可防止外部强电窜入内部,CPU,。,（,2,）滤波,在,PLC,电路电源和输入、输出,(I/O),电路中设置多种滤波电路，可有效抑制高频干扰信号。,5.1,可编程序逻辑控制器概要,12,PPT课件,（,3,）在,PLC,内部对,CPU,供电电源采取屏蔽、稳压、保护等措施，防止干扰信号通过供电电源进入,PLC,内部，另外各个输入输出,(I/O),接口电路的电源彼此独立，以避免电源之间的互相干扰。,（,4,）内部设置连锁、环境检测与诊断等电路，一旦发生故障，立即报警。,（,5,）外部采用密封、防尘、抗振的外壳封装结构，以适应恶劣的工作环境。,5.1,可编程序逻辑控制器概要,13,PPT课件,在软件方面采取的主要措施有：,（,1,）设置故障检测与诊断程序，每次扫描都对系统状态、用户程序、工怍环境和故障进行检测与诊断，发现出错后，立即自动做出相应的处理，如报警、保护数据和封锁输出等：,（,2,）对用户程序及动态数据进行电池后备，以保障停电后有关状态及信息不会因此而丢失。,采用以上抗干扰措施后，一般,PLC,的抗电平干扰强度可达峰值,1000V,，其平均无故障时间可高达,3050,万小时以上。,5.1,可编程序逻辑控制器概要,14,PPT课件,2编程简单易学,PLC采用与继电器控制线路图非常接近的梯形图作为编程语言，它既有继电器电路清晰直观的特点，又充分考虑到电气工人和技术人员的读图习惯：对使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识。因此，易学易懂，程序改变时也容易修改,5.1,可编程序逻辑控制器概要,15,PPT课件,3功能完善，适应性强,目前PLC产品已经标准化、系列化和模块化，不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有A/D、D/A转换、算术运算及数据处理、通信联网和生产过程监控等功能。它能根据实际需要，方便灵活地组装成大小各异、功能不一的控制系统：既可控制一台单机、一条生产线，又可以控制一个机群、多条生产线；既可以现场控制，又可以远程控制。,针对不同的工业现场信号，如交流或直流、开关量或模拟量、电流或电压、脉冲或电位、强电或弱电等，PLC都有相应的I/O接口模块与工业现场控制器件和设备直接连接，用户可以根据需要方便地进行配置，组成实用、紧凑的控制系统。,5.1,可编程序逻辑控制器概要,16,PPT课件,4使用简单，调试维修方便,PLC的接线极其方便，只需将产生输入信号的设备（如按钮、开关等）与PLC的输入端子连接，将接收输出信号的被控设备（如接触器、电磁阀等）与PLC的输出端子连接，仅用螺丝刀即可完成全部接线工作。,PLC的用户程序可在实验室模拟调试，输入信号用开关来模拟，输出信号可以观察PLC的发光二极管。调试后再将PLC在现场安装通调。调试工作量要比继电器控制系统少得多。,PLC的故障率很低，并且有完善的自诊断功能和运行故障指示装置。一旦发生故障，可以通过PLC机上各种发光二极管的亮灭状态迅速查明原因，排除故障。,5.1,可编程序逻辑控制器概要,17,PPT课件,5体积小、重量轻、功耗低,由于PLC采用半导体大规模集成电路，因此整个产品结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低，PLC很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想的控制设备。,5.1,可编程序逻辑控制器概要,18,PPT课件,5.1.3 PLC,编程语言,PLC,普遍流行的梯形图进行讲解，直观易懂。它是通过连线把,PLC,指令的梯形图符号连接在一起的连通图，与电气原理图相似。梯形图通常有左右两条母线，两母线之间是内部“软继电器”的常开、常闭触点以及继电器线圈组成的平行的逻辑行，每个逻辑行以触点与左母线开始，以线圈和右母线结束。,5.1,可编程序逻辑控制器概要,19,PPT课件,梯形图沿用继电器等概念，如输入继电器、输出继电器和内部辅助继电器，它们不是真实的硬件继电器，而是在梯形图中使用的编程元件（软元件），每一个软元件都与,PLC,存储器的元件映像存储器的存储单元相对应。,5.1,可编程序逻辑控制器概要,20,PPT课件,5.2 PLC的硬件结构,PLC是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其实质是一种工业控制用的专用计算机。因此其组成与一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分构成。,可编程控制器主要由CPU、存储器、I/O单元、外设接口、电源等组成。图5-1为硬件系统的结构框图,图,5-1,为,PLC,硬件系统的结构框图,5.2,PLC,的硬件结构,21,PPT课件,5.2.1,中央处理单元,(CPU),CPU,是,PLC,的核心，由控制器、运算器和寄存器等组成。它按照系统程序赋予的功能接收并存储用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入设备送来的状态或数据，将其存入输入寄存器中，并能诊断电源和内部电路的工作状态。,5.2,PLC,的硬件结构,22,PPT课件,当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算，再将结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。,5.2,PLC,的硬件结构,23,PPT课件,为了进一步提高,PLC,的可靠性，对大型,PLC,还采用双,CPU,构成冗余系统，或采用三,CPU,的表决式系统。这样，即使某个,CPU,出现故障，整个系统仍能正常运行。,CPU,速度和内存容量是,PLC,的重要参数，它们决定着,PLC,的工作速度，,I/O,数量及软件容量等，因此限制着控制规模。,5.2,PLC,的硬件结构,24,PPT课件,5.2.2 存储器,PLC存储器包括系统存储器和用户存储器。,系统存储器固化厂家编写的系统程序，用户不可以修改，包括系统管理程序和用户指令解释程序等：用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和功能存储器（工作数据区）两部分。工作数据区是外界与PLC进行信息交互的主要交互区，它的每一个二进制位、每一个字节单位和字单位都有唯一的地址。,系统程序存储器是存放系统软件的存储器；用户程序存储器是存放PLC用户程序应用;数据存储器用来存储PLC程序执行时的中间状态与信息，它相当于PC的内存。,5.2,PLC,的硬件结构,25,PPT课件,5.2.3,输入输出接口（,I/O,模块）,PLC,与电气回路的接口，是通过输入输出部分（,I/O,）完成的。,I/O,模块集成了,P