电气控制与PLC-第五章

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,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,*,70年代以前的控制系统,继电器控制系统：将继电器,定时器,接触器等电气元件按一定的逻辑关系连接起来,组成控制系统,继电器控制系统的优缺点:,优点:结构简单,容易掌握,价格便宜,适用于工作模式固定,工作方式简单的场合,缺点:对大系统,设计连线复杂,控制柜庞大,故障点多,维修困难,通用性、灵活性差。不支持网络通讯。,可编程控制器技术,第五章 可编程控制器概述,内 容 提 要,可编程控制器的基本概念,可编程控制器的特点及应用,可编程控制器的发展,可编程控制器的组成及各部分功能,可编程控制器的工作原理,可编程控制器系统与继电接触器系统的区别,PLC(Programmable Logic Controller),国际电工委员会给出的定义（,1987,年）,PLC,是一种专门为在,工业环境下,应用而设计的,数字运算操作的电子装置,。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或者模拟式的输入和输出，控制,各种类型的机械或生产过程,。,PLC,及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。,一 可编程控制器的基本概念,一 可编程控制器的基本概念,可编程序控制器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。,PLC,目前已成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。与机器人、数控技术并称为工业生产自动化的三大支柱。,1968年 美国,GM,汽车公司提出的,替代继电器,控制系统的新型控制器的,十项指标,：,1）编程简单、现场可,修改程序；,2）维护方便、采用插,件式结构；,3）可靠性高于继电器,控制系统；,4）体积小于继电器控,制系统；,5）数据可以直接送入,计算机；,6）成本可与继电器系,统竞争；,7）输入可为,115V,；,8）输出可为,115V,，,2A,，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；,9）通用性强、易于扩,展；,10）用户存储器大于,4,K。,二 可编程控制器的诞生与发展,PLC,的 产生与发展,第一代：从第一台,PLC,诞生到上个世纪,70,年代初,第二代：,70,年代初至,70,年代末,CPU,使用中小规模集成电路，采用磁芯存储器。,CPU,使用微处理器，采用半导体存储器,EPROM,。,可靠性较差，略强于继电器控制。,机种单一，没形成系列。,有了计算机接口和模拟量控制功能。,可靠性提高。,整机功能向系列化、标准化发展，并由专用向通用方向过渡。,功能简单（只有计数,/,定时功能）。,功能增强（增加逻辑,/,数据运算、数据处理、自诊断等功能）。,第三代：,80,年代初期,CPU,使用,8,或,16,位微处理器甚至多微处理器，采用半导体存储器,EPROM,、,CMOSRAM,等。,增加浮点数运算，平方、三角函数等运算。,增加查表、列表功能。,自诊断及容错技术提高。,梯形图语言及语句表成熟。,小型,PLC,体积减小、可靠性提高、成本下降。,大型,PLC,向模块化、多功能方向发展。,第四代：,80,年代中期到,90,年代中期,第五代：,90,年代中期之后,增加高速计数、中断、,A/D,、,D/A,、,PID,等功能。,处理速度进一步提高（,1,s/,步,）。,连网功能增强。,编程语言进一步完善，开发了编程软件。,CPU,使用,16,位或,32,位微处理器。,PLC,的,I/O,点增加，最多可达,32K,个,I/O,点。,处理速度进一步提高（,1,ns/,步,）。,PLC,都可以与计算机通信。,具有强大的数值运算、函数运算、大批量数据处理的功能。,开发了大量的特殊功能模块。,编程软件功能更强大。,不断开发出功能强大可编程终端。,PLC,及其控制系统的发展趋势,PLC,的性能,对小型,PLC,对大中型,PLC,向着更大容量、更高速度、更多的功能、更高的可靠性、易于连络通信的方向发展。使之更利于对大规模、复杂系统的控制。,向着体积更小、速度更高、功能增强、价格低廉的方向发展。使之更利于取代继电器控制。,PLC,的特点,可靠性高，抗干扰能力强,配套齐全，功能完善，适用性强,编程方法简单，容易掌握，深受工程技术人员欢迎,系统设计周期短，维护方便，改造容易,体积小、重量轻、功耗低,三 可编程控制器的特点及应用,PLC,的应用,开关量逻辑控制,模拟量控制,运动控制,闭环过程控制,数据处理,通讯联网,可编程控制器的组成,四 可编程控制器的组成及其功能,系统的控制中枢，由控制电路、运算器、寄存器组成。,功能：,1),接受并存储从编程器键入的用户程序和数据。,2),检查硬件的工作状态，如：电源、存储器、,I/O,以及定时器的状态，并诊断用户程序的语法错误。,3),运行时，读指令执行指令取下一条指令，处理中断。,CPU,单元：,CS1G-H,（一）中央处理器,(CPU),（二）存储器,存储器一般由存储体、地址译码电路、读写控制电路和数据寄存器组成。用于存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其他信息。,常用的存储器：,1,）只读存储器（,ROM,）存放系统程序。,2,）随机存储器（,RAM,）存入用户程序、逻辑变量和其他一些信息。,PLC,使用锂电池作为,RAM,的备用电源，或采用快闪存储器（如,CPM1A,）。,（三）输入、输出接口,功能：,在内部，由于本身工作电压比较低（一般,5V,左右），而输入、输出信号电压一般比较高（如直流,24V,和交流,220V,），所以不能直接与外部输入、输出装置连接，而由输入、输出接口电路转接。这样，输入、输出接口电路除了传递信号外，还有电平转换和噪声隔离的作用。,输入单元：,ID212,输出单元：,OC225,1.,输入接口电路,输入接口电路将现场输入的信号,变成,CPU,能接受的信号。按信号电源的不同可分为直流输入和交流输入两种类型。,1,）直流输入接口电路,两个电阻的作用分别是分压和限流。,光耦合器,:,抗干扰,将电信号转换为光信号进行传输；电平转换，将,DC24V,输入信号转换成,TTL,（,5V,）标准信号。,两个电阻的作用分别是分压和限流。,电容是滤波的。,光耦合器,:,抗干扰,将电信号转换为光信号进行传输；电平转换，将,DC24V,输入信号转换成,TTL,（,5V,）标准信号。,2,）交流输入接口电路,2.,输出接口电路,输出接口电路将,CPU,的决策信号变成驱动控制对象执行的控制信号,。输出接口电路有三种形式：继电器式、晶体管式和晶闸管式。,1,）继电器式输出接口电路,继电器：既是输出开关器件，又是隔离器件。,R,和,LED,组成输出状态显示器。,R,和,C,组成,RC,灭弧电路。,继电器触点动作的响应时间约为,10ms,。,继电器输出模块的负载回路，可选用直流电源，也可选用交流电源。,在电阻性负载时，输出的最大负载电流为,2A/,点,2,）晶体管式输出接口电路,晶体管为输出开关器件，光耦合器为隔离器件。,晶体管输出模块所带负载只能使用直流电源。,在电阻性负载时，最大负载电流为,0.5A/,点，通断响应时间均,0.2ms,。,3,）晶闸管式输出接口电路,双向晶闸管为输出开关器件，由他组成的固态继电器（,AC SSR,）具有光电隔离作用，作为隔离元件。,R,与,C,组成高频滤波电路。,双向晶闸管开通响应时间,1ms,，关断响应时间,10ms,。,在输出负载回路中的电源只能选用交流电源。,（四）电源,PLC,的电源分两类：,1,）开关电源 用于驱动,PLC,各个工作部分的电源。,2,）后备电源 在停机或突然失电时，保证,RAM,中的信息不丢失。,电源单元：,PA209R,（五）外部设备,编程器一般都具有下列,5,种功能：,1,）编辑功能,2,）编程功能,3,）监视功能,4,）检查功能,5,）命令功能,编程器还具有与,EPROM,写入器、打印机、盒式录音机等外围设备通信的功能。,计算机应用相应的编程软件也可作为,PLC,的编程器。,PLC,与编程器的连接,1,可编程控制器的结构,（一）单元式,把,CPU,、,RAM,、,ROM,、,I/O,接口、编程器或,EPROM,写入器相连的接口、输入输出端子、电源、指示灯等装配在一起的整体装置。,优点：结构紧凑，体积小，成本低，安装方便。,缺点：输入输出点数是固定的，不一定能适合具体的控制现场的需要。,有时整体,PLC,的输入口或输出口要扩展，这就又需要一种只有一些接口而没有,CPU,也没有电源的装置。,为了区分这二种装置，人们把前者叫做基本单元，而把后者叫做扩展单元。,五 可编程控制器的结构及软件,按硬件的结构类型分类,（二）模块式结构,模块式结构又叫积木式。,把,PLC,的每个工作单元都制成独立的模块，如,CPU,模块，输入模块，输出模块，电源模块，通讯模块等等。另外有一块带有插槽的母板，实质上就是计算机总线。把这些模块按控制系统需要选取后，都插到母板上，就构成一个完整的,PLC,。,特点：系统构成非常灵活，安装，扩展，维修都很方便。,缺点是体积比较大。,（三）叠装式结构,叠装式结构是单元式和模块式相结合的产物。,将,CPU,，,I/O,口及电源模块仍然作成独立的，不使用模块式,PLC,中的母板，采用电缆联接各个单元，在控制设备中安装时可以一层层地安装。,特点：配置灵活，体积小。,1,）超小型，,I/O,点数,64,点,2,）小型机，,64,点,I/O,点数,256,点，如,OMRON,公司的,C-60P,。,3,）中型机，,128,点,I/O,总点数,512,点，如美国公司的,PLC5,系列产品。,4,）大型机，,512,点,I/O,总点数,8192,点，如德国,Siemens,公司的,S5-150U,。,5,）超大型，,I/O,总点数,8192,点,按应用规模及功能分类,2,可编程控制器的软件,软件的分类,PLC,的软件包含系统软件和应用软件两种。（一）系统软件,系统软件包含系统的管理程序，用户的解释程序，另外还包括一些供系统调用的专用标准程序块等。,系统管理程序用以完成机内运行相关时间分配、存储空间分配管理及系统自检等工作。,用户指令的解释程序用以完成用户指令变换为机器码的工作。,（二）应用软件,应用软件也叫做用户软件。是用户为达到某种控制目的，采用,PLC,厂家提供的编程语言自主编制的程序。同一台,PLC,用于不同控制目的时就需要编制不同的应用软件。用户软件存入,PLC,后如需要改变控制目的可多次改写。,应用软件编程语言的表达方式,应用软件的编制需使用可编程控制器生产厂方提供的编程语言。不同的,PLC,使用不同的编程语言。,梯形图,指令表,顺序功能表,功能块图,结构文本,1,、梯形图（,Ladder Diagram,）,梯形图语言是一种以图形符号及其在图中的相互关系表示控制关系的编程语言。,2,、指令表（,instruction list,）,指令表也叫语句表,程序由一条一条语句来表示，它和微机的指令一样，也是由操作码和操作数组成的。,操作码：表示哪一种操作和运算。,操作数：包含执行该操作所必需的信息，指明,CPU,用哪个存储器的什么内容来执行此操作。,3,、顺序功能图（,Sequential function chart,）,顺序功能图常用来编制顺序控制类程序,.,4,、功能块图（,Function block diagram,）,功能块图是一种类似于数字逻辑的编程语言，熟悉数字电路的人比较容易掌握。,没有梯形图编程器中的触点和线圈，,FBD,编程语言有利于程序流的跟踪,.,5,、结构文本（,Structured Text,）,高级语言：,basic,、,c