可编程控制器PLC原理及应用课件.pptx

1、可可 编编 程程 控控 制制 器器 原原 理理 及及 应应 用用 Programmable Logic Controller(PLC) Programmable Controller(PC) 可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上，逐可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上，逐步发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信步发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型技术融为一体的新型工业自动控制装置。工业自动控制装置。1 概概 述述一、发展概况一、发展概况PLC 可编程控制器可编程控制器二、二、PLC的品牌产品的品牌产品三三 菱：菱： FX

2、1S、FX1N、FX2N、Q、A系列系列日日 立：立： E、EC、EM、EMII、H、EH-150、MICRO-EH系系列列东东 芝：芝： EX20 EX40系列系列富富 士：士： NB、NJ、NS、SPB系列系列松松 下：下： FP0、FP1、FP2、FP2SH、FP3、FPM、FPC、FP5、 FP10、FP10S、 FP10SH系列系列欧姆龙：欧姆龙： CPM1A、CPM2A、C200H、CQM1、CQM1A、 CJ系列系列SIEMENS： SIMATIC S7-200 S7-300 S7-400系列系列施施 耐耐 德：德： Twido系列系列通通 用：用： GE-I系列系列德洲仪器：德

3、洲仪器：TI100系列系列LG： K10、K30、K60、K80、K100、K120、K120S（E）、）、 K200、K300、K1000系列系列 二、二、PLC的品牌产品的品牌产品三、主要功能三、主要功能 1.逻辑控制逻辑控制 可编程序控制器具有逻辑运算功能，它设置有可编程序控制器具有逻辑运算功能，它设置有“与与”、“或或“、“非非”等逻辑运算指令，能够描述继电器触点的串联、并联、等逻辑运算指令，能够描述继电器触点的串联、并联、串并联、并串联等各种连接。因此它可以代替继电器进行组合逻辑串并联、并串联等各种连接。因此它可以代替继电器进行组合逻辑和顺序逻辑控制。和顺序逻辑控制。 2. 定时控制

4、定时控制 可编程序控制器具有定时控制功能。它为用户提供若干个定时可编程序控制器具有定时控制功能。它为用户提供若干个定时器并设置了定时指令。定时时间可由用户在编程时设定，并能在运器并设置了定时指令。定时时间可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，定时时间的最小单位也可在一定的范围内进行行中被读出与修改，定时时间的最小单位也可在一定的范围内进行选择，因此，使用灵活，操作方便。选择，因此，使用灵活，操作方便。 3.计数控制计数控制 可编程序控制器具有计数控制功能。它为用户提供若干个计数可编程序控制器具有计数控制功能。它为用户提供若干个计数器并设置了记数指令。计数值可由用户在编程时设定，并能在

5、运行器并设置了记数指令。计数值可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，有些可编程序控制器还设置了加计数、减计数两中被读出与修改，有些可编程序控制器还设置了加计数、减计数两种不同的记数方式。种不同的记数方式。 4. A/D、D/A转换转换 大多数可编程序控制器还具有摸大多数可编程序控制器还具有摸/数（数（A/D）和数）和数/摸（摸（D/A）转）转换功能，能完成对模拟量的检测与控制。换功能，能完成对模拟量的检测与控制。三、主要功能三、主要功能 5.定位控制定位控制 有些可编程序控制器具有步进电动机和伺服电动机控制功能，有些可编程序控制器具有步进电动机和伺服电动机控制功能，能组成开环系统或闭

6、环系统，实现位置控制。能组成开环系统或闭环系统，实现位置控制。 6.通信与联网通信与联网 有些可编程序控制器具有联网和通信功能，可以进行远程有些可编程序控制器具有联网和通信功能，可以进行远程I/O控制，多台可编程序控制器之间还可以进行同位链接，还可以与计控制，多台可编程序控制器之间还可以进行同位链接，还可以与计算机进行上位链接。由一台计算机和多台可编程序控制器可以组成算机进行上位链接。由一台计算机和多台可编程序控制器可以组成“集中管理、分散控制集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以完成较大规模的复的分布式控制网络，以完成较大规模的复杂控制。杂控制。三、主要功能三、主要功能 7.数据处理功能数

7、据处理功能 大多数可编程序控制器都具有数据处理功能，能进行数据并行大多数可编程序控制器都具有数据处理功能，能进行数据并行传送、比较运算；传送、比较运算；BCD码的加、减、乘、除等运算；还能进行字的码的加、减、乘、除等运算；还能进行字的按位按位“与与”、“或或”、“异或异或”、求反、逻辑移位、算术移位、数、求反、逻辑移位、算术移位、数据检索、比较、数制转换等操作。据检索、比较、数制转换等操作。 随着科学技术的不断发展，可编程序控制器的功能还在不断拓随着科学技术的不断发展，可编程序控制器的功能还在不断拓宽和增强。宽和增强。三、主要功能三、主要功能BCD码: 用用4位二进制数来表示位二进制数来表示1

8、位十进制数中的位十进制数中的09这这10个数码，简个数码，简称称BCD码，即码，即BCD代码。代码。Binary-Coded Decimal ，简称，简称BCD，称，称BCD码或二码或二-十进制代码，亦称二进码十进数。是一种二进制的数字十进制代码，亦称二进码十进数。是一种二进制的数字编码形式，用编码形式，用二进制编码的十进制二进制编码的十进制代码。代码。四、主要特点四、主要特点 1. 可靠性高、抗干扰能力强、适用于恶劣工作环境可靠性高、抗干扰能力强、适用于恶劣工作环境 2. 编程简单易学编程简单易学 3. 应用灵活方便应用灵活方便 4. 通用性强通用性强 5. 具有完善的监视和诊断功能具有完善

9、的监视和诊断功能 6. 体积小、重量轻、功耗小、安装维护方便、性价比高体积小、重量轻、功耗小、安装维护方便、性价比高 1）各种机械行业，可实现设备、自动线的自动化控制；）各种机械行业，可实现设备、自动线的自动化控制； 2）顺序控制、过程控制、位置控制、生产过程的监控和管理、）顺序控制、过程控制、位置控制、生产过程的监控和管理、结合网络技术；结合网络技术； 3）数字量、模拟量的数据采集；）数字量、模拟量的数据采集；五、应用范围五、应用范围一、一、 PLC的基本结构的基本结构三菱三菱PC基本单元外形基本单元外形CPU存储器存储器通用串口通用串口扩展接口扩展接口电电 源源外部设备外部设备（编程器等）

10、（编程器等）扩展单元、特扩展单元、特殊功能单元等殊功能单元等输入状态寄存器输入状态寄存器输出状态寄存器输出状态寄存器输入接口输入接口输出接口输出接口现场输入信号现场输入信号现场输出信号现场输出信号PLC基本结构框图基本结构框图2 可编程控制器的硬件结构与工作原理可编程控制器的硬件结构与工作原理 2. 存储器存储器系统程序存储区：存放系统软件，固化在系统程序存储区：存放系统软件，固化在ROM或或EPROM等只等只读存储器中。读存储器中。用户程序存储区：存放用户程序用户程序存储区：存放用户程序变量（数据）存储区：存放内变量（数据）存储区：存放内部变量或数据部变量或数据通常采用低功耗的通常采用低功耗

11、的CMOS-RAM存储器加存储器加备用电池，可读写备用电池，可读写 1. 中央处理单元中央处理单元CPU 计算和控制中心。它的性能（位数和主频）决定了计算和控制中心。它的性能（位数和主频）决定了PLC的运的运算速度和信息处理量的大小。算速度和信息处理量的大小。 3.输入输入/输出接口：输出接口： 是是CPU连接工业现场设备的桥梁。连接工业现场设备的桥梁。CPU：标准电平标准电平弱电弱电数字量数字量外部设备：外部设备：开关量、模拟量开关量、模拟量不同电压等级的交流、直流量不同电压等级的交流、直流量高速、低速信号高速、低速信号远程、本地信号远程、本地信号输入输入/输出接口输出接口PC厂家为用户提供

12、各种类型的厂家为用户提供各种类型的I/O接口电路。接口电路。直流开关量输入接口电路光耦的作用光耦的作用:电气隔离，抗干扰电气隔离，抗干扰电平转换电平转换1) 开关量输入接口：将工业现场的开关量信号转变成开关量输入接口：将工业现场的开关量信号转变成CPU能接受能接受的标准逻辑电平。的标准逻辑电平。(图)直流开关量输入接口直流开关量输入接口交流开关量输入接口交流开关量输入接口内部直流电源内部直流电源发光二极管发光二极管光电耦合器光电耦合器输出输出方式方式2) 开关量输出接口：通过该接口实现对外部设备的驱动控制开关量输出接口：通过该接口实现对外部设备的驱动控制继电器输出继电器输出晶体管输出晶体管输出

13、晶闸管输出晶闸管输出继电器输出：输出接口由继电器构成。继电器输出：输出接口由继电器构成。晶体管输出：输出接口由晶体管构成。晶体管输出：输出接口由晶体管构成。晶闸管输出：输出接口由晶闸管构成。晶闸管输出：输出接口由晶闸管构成。适于大功率、低速、交、直流负载适于大功率、低速、交、直流负载适合于小功率、高速、直流负载适合于小功率、高速、直流负载适合于大功率、高速、交流负载适合于大功率、高速、交流负载请问请问PLCPLC输出输出24V24V是否直接驱动接触器，接触器是不是否直接驱动接触器，接触器是不是直流接触器？补充：是直流接触器？补充：PLCPLC控制的接触器控制控制的接触器控制220V220V的的

14、电路。要不要中间还要有什么转换电路。电路。要不要中间还要有什么转换电路。 PLCPLC有多种输出控制，常见的是晶闸管，小型继电器，有多种输出控制，常见的是晶闸管，小型继电器，理论上是可以直接控制接触器的，但是万一你的接触理论上是可以直接控制接触器的，但是万一你的接触器质量不好，是要烧坏器质量不好，是要烧坏PLCPLC的，所以中间还是加套中间的，所以中间还是加套中间继电器控制，加保险丝继电器控制，加保险丝 (图)继电器输出型接口电路继电器输出型接口电路负载电源由外部提供负载电源由外部提供继电器输出接口电路继电器输出接口电路PLCPLC 通过通过 PhotoMOSPhotoMOS继电器继电器 驱动

15、电磁阀、接触器驱动电磁阀、接触器 效果好效果好使用使用 PhotoMOSPhotoMOS继电器继电器 驱动电磁阀、电磁开关、直流电机、驱动电磁阀、电磁开关、直流电机、接触器等接触器等高速高速1KHz 1KHz 无机械磨损无机械磨损 无噪音无噪音 无辐射污染无辐射污染5V TTL5V TTL 电平信号驱动电平信号驱动 直流直流5-48V 3-20A5-48V 3-20A 电流电流24V PLC24V PLC 电平信号驱动电平信号驱动 直流直流5-48V 3-20A5-48V 3-20A 电流电流信号源可以是信号源可以是 PLC,TTL,DCS,DSP,MCUPLC,TTL,DCS,DSP,MCU

16、 6. 编程器：编程器：是是PLC的主要外设。用于用户程序的编制、编辑、的主要外设。用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视。调试、检查和监视。 便携式：本身不带便携式：本身不带CPU，只能联机编程。体积小、重量轻、，只能联机编程。体积小、重量轻、便于生产现场调试。便于生产现场调试。 CRT智能式：带有显示屏的图形编程器，有智能式：带有显示屏的图形编程器，有CPU，可联机，可联机编程也可脱机编程，可用多种语言编程。编程也可脱机编程，可用多种语言编程。 4. 扩展接口：扩展接口：是用于扩展是用于扩展I/O单元或特殊功能单元。单元或特殊功能单元。 通用微机作为编程器：个人电脑，配上厂家提供的编程

17、通用微机作为编程器：个人电脑，配上厂家提供的编程软件和通讯线。有效利用资源。软件和通讯线。有效利用资源。 5. 电源：电源：是是PLC的供电电源一般为市电（也有的供电电源一般为市电（也有24V供电的）。供电的）。PLC内部设计有电路进行稳压和变换。以适应内部电路的需要。内部设计有电路进行稳压和变换。以适应内部电路的需要。二、二、 PLC的基本工作原理的基本工作原理PLC的工作方式：的工作方式：循环扫描工作方式循环扫描工作方式扫描周期：从开始到输出结果完成所扫描周期：从开始到输出结果完成所需的时间。一般为几毫秒需的时间。一般为几毫秒几十毫秒。几十毫秒。(图)开始开始自诊断自诊断与编程器通信与编程

18、器通信读入现场信号读入现场信号执行用户程序执行用户程序输出结果输出结果STOPRUN用用户户程程序序输输入入映映象象寄寄存存器器输输出出映映象象寄寄存存器器执行用户程序执行用户程序输出输出读入读入PLC的分类的分类按按I/O点数分点数分小型小型PLC：入出总点数：入出总点数 256中型中型PLC：入出总点数：入出总点数2562048大型大型PLC：入出总点数：入出总点数2048按结构类型分按结构类型分整体式整体式模块式（积木式）模块式（积木式）按功能分按功能分低档机低档机中档机中档机高档机高档机 三、三、 PLC分类、主要技术指标分类、主要技术指标PLC的主要技术指标的主要技术指标入入/出点数

19、出点数扫描速度扫描速度内存容量内存容量指令条数指令条数内部元件内部元件功能模块功能模块编程语言编程语言3 可编程控制器的可编程控制器的软件和用户环境软件和用户环境一、一、 PLC的软件结构的软件结构软件结构软件结构监控程序监控程序用户程序用户程序 1. 监控程序监控程序 监控程序是可编程控制器产品必须包括的部分，由生产厂家监控程序是可编程控制器产品必须包括的部分，由生产厂家提供。其功能如下：提供。其功能如下： 1）系统管理）系统管理 运行管理：何时输入、何时输出、何时运算、何时自检、何运行管理：何时输入、何时输出、何时运算、何时自检、何时通讯等进行时间上的分配管理。时通讯等进行时间上的分配管理

20、。 程序空间的管理：生成用户环境。程序空间的管理：生成用户环境。 系统自检程序：系统出错检验、用户程序语法检验、句法检验系统自检程序：系统出错检验、用户程序语法检验、句法检验等。等。 2）用户指令解释程序）用户指令解释程序 编辑程序和解释程序。编辑程序和解释程序。 3）标准程序和系统调用）标准程序和系统调用 2. 用户程序用户程序 用户用户在在PLC提供的编程环境下编制的完成控制功能的程序。提供的编程环境下编制的完成控制功能的程序。 1. 用户数据结构用户数据结构 1）位数据）位数据 这是一类逻辑量，其值只有这是一类逻辑量，其值只有“0”或或“1”。 2）字数据）字数据 其数制、字长有很多形式

21、。单字或双字、十进制（其数制、字长有很多形式。单字或双字、十进制（K）或十六）或十六进制进制(H)等。等。 3）位和字的混合。）位和字的混合。二、二、 用户环境用户环境 2、 PLC的内部等效电路的内部等效电路输入设备输入设备输出设备输出设备COM1STKMX400X407Y430COMY437Y430T450M100X400Y430电源电源输出继电器输出继电器逻辑控制逻辑控制输入继电器输入继电器X401Y430SB1) 输入部分：等效输入继电器。输入部分：等效输入继电器。2) 逻辑控制部分：由用户程序实现的逻辑关系。构成逻辑电逻辑控制部分：由用户程序实现的逻辑关系。构成逻辑电路的元件是等效编

22、程元件。路的元件是等效编程元件。3) 输出部分：等效输出继电器。输出部分：等效输出继电器。X400COMX401X407Y430COMY437SBKM 三菱三菱F系列系列PLC的基本情况的基本情况 日本三菱的早期产品，小型机，整体式结构，包括：基本单元，日本三菱的早期产品，小型机，整体式结构，包括：基本单元，扩展单元、特殊单元三种。扩展单元、特殊单元三种。 3. PLC的元件的元件 用户可以使用的输入输出接口、内部存储单元用户可以使用的输入输出接口、内部存储单元统称元件。统称元件。 编程元件编程元件1. 输入继电器（输入继电器（X0X7，X10X17，X20X27，） 注意：注意：元件编号采用

23、八进制元件编号采用八进制 输入继电器线圈由外部信号驱动，触点可无限次使用。输入继电器线圈由外部信号驱动，触点可无限次使用。2. 输出继电器（输出继电器（Y0Y7，Y10Y17，Y20Y27 ，） 主要用于将内部逻辑结果传递到外部负载，每一输出继主要用于将内部逻辑结果传递到外部负载，每一输出继电器仅有一常开触点连到输出端子供外部负载用，同时电器仅有一常开触点连到输出端子供外部负载用，同时也有软触点可无限次使用。也有软触点可无限次使用。3.辅助继电器辅助继电器(M) 编号从编号从 M0开始开始 十进制编码十进制编码 通用型和掉电保护型两种通用型和掉电保护型两种辅助继电器仅供内部使用辅助继电器仅供内

24、部使用4. 定时器（定时器（T） 编号从编号从T0开始；开始； 十进制编码十进制编码 定时器按定时时钟的不同进行分组定时器按定时时钟的不同进行分组 延时时间由设定的延时时间由设定的K值大小确定值大小确定定时器做计时功能定时器做计时功能5. 计数器计数器(C) 编号从编号从C0开始；开始； 十进制编码十进制编码 分加计数、减计数和双向计数器分加计数、减计数和双向计数器 分掉电保护和通用型两种分掉电保护和通用型两种 计数值由设定的计数值由设定的K值大小确定值大小确定可对外部事件或内部脉冲进行计数。可对外部事件或内部脉冲进行计数。4 可编程控制器的编程和基本的逻辑指令可编程控制器的编程和基本的逻辑指

25、令一、一、 PLC的常用编程语言的常用编程语言助记符语言：助记符语言：类似于汇类似于汇编语言，用易于记忆的编语言，用易于记忆的助记符表达某种操作助记符表达某种操作梯形图语言梯形图语言:与传统的继电器接与传统的继电器接触器控制线路图相似，不同的是触器控制线路图相似，不同的是特定元件和构图规则特定元件和构图规则LD X400OR X402ANI X401OUT Y430LD X402OUT Y431形象、直观、易于接受形象、直观、易于接受二、二、 梯形图程序设计的规则和方法梯形图程序设计的规则和方法梯形图中的元件：梯形图中的元件： 必须是对应必须是对应PLC中给定编号的编程元件中给定编号的编程元件

26、梯形图符号梯形图符号线圈线圈常开触点常开触点 常闭触点常闭触点母线：假象能电流从左母线流向右母线母线：假象能电流从左母线流向右母线逻辑行（每一继电器线圈为一逻辑行）：按自上而下，自左而右的逻辑行（每一继电器线圈为一逻辑行）：按自上而下，自左而右的顺序画逻辑行顺序画逻辑行线圈和触点的使用：线圈和触点的使用：线圈：广义的线圈。线圈右边必须连右母线，左边必须有触点，线圈：广义的线圈。线圈右边必须连右母线，左边必须有触点，同一程序中同一元件的线圈使用两次或以上称为双线圈输出，同一程序中同一元件的线圈使用两次或以上称为双线圈输出，一般不应出现双线圈输出。一般不应出现双线圈输出。触点：软触点，可以无限次的

27、使用，触点不能连到右母线。触点：软触点，可以无限次的使用，触点不能连到右母线。程序有结尾标志程序有结尾标志三、三、 三菱三菱F系列系列PLC的指令系统的指令系统输入、输出指令输入、输出指令LD：“取取”指令指令 ,用于母线、分支电路开始的常开触用于母线、分支电路开始的常开触点。点。LDI： “取反取反”指令，用于母线、分支电路开始的常指令，用于母线、分支电路开始的常闭触点。闭触点。OUT：输出，驱动：输出，驱动Y、M、T、C的线圈，注意：驱动的线圈，注意：驱动T或或C时，该指令后必须设常数时，该指令后必须设常数K值值输入输出指令编程示例输入输出指令编程示例LD X000OUT Y000LDI

28、X001OUT M100OUT T0K 19LD T0OUT Y001LD、LDI地址码：地址码：X、Y、C、T、MOUT地址码：地址码：Y、C、T、M逻辑指令逻辑指令与指令与指令AND： “与与”，串联一个常开触点，串联一个常开触点ANI：“与非与非”，串联一个常闭触点，串联一个常闭触点地址码：地址码：X、Y、M、T、CLD X002AND M102OUT Y035LD Y035ANI X003OUT M102AND T1OUT Y036或指令或指令OR：”或或“，并联一个常开触点，并联一个常开触点ORI：”或非或非”，并联一个常闭触点，并联一个常闭触点地址码：地址码：X、Y、M、T、CLD

29、 X014OR X016ORI M102OUT Y035LD Y035AND X015OR M103ANI X017ORI M110OUT M103空操作指令空操作指令NOP：不完成任何操作，只是占用一步的时间。：不完成任何操作，只是占用一步的时间。程序结束指令程序结束指令END：用于结束程序，表示程序终了：用于结束程序，表示程序终了指令小结：指令小结：LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI对触点操作的指令对触点操作的指令ANB、ORB触点块连接指令触点块连接指令OUT、SET、RST、PLS对线圈操作的指令对线圈操作的指令CJP、EJP、MC、MCR、MPS、MRD、 MPP、NOP、E

30、ND其它指令其它指令2.定时器及计数器的应用定时器及计数器的应用1) 定时器用作时间继电器定时器用作时间继电器5 可编程控制器的应用可编程控制器的应用一、电动机常用控制线路举例一、电动机常用控制线路举例1.三相异步电动机起、停控制三相异步电动机起、停控制开关量逻辑控制开关量逻辑控制SB1:起动按钮起动按钮SB2:停止按钮停止按钮图X400Y430Y430X402X401KH:热继电器常热继电器常开触点开触点X402正转正转反转反转停止停止2.三相异步电动机正反转控制三相异步电动机正反转控制目标：目标：按一下按一下SB1，电机正，电机正转转KM1得电得电并保持并保持按一下按一下SB2，电，电机反

31、转机反转KM2得电并保持得电并保持按一下按一下SB3，电，电机停转机停转KM1、KM2失电失电图X400X401M100M100X402Y431M100T450K2T450Y430X401X400M101M101X402Y430M101T451K2T451Y431v 在上述正反转控制中，若梯形图设计为在上述正反转控制中，若梯形图设计为如下方式，在实际运行中可行吗？为什么？如下方式，在实际运行中可行吗？为什么？X401X400Y430X401X401Y430Y431X402Y431X402X400Y430Y4313.三相异步电动机三相异步电动机Y/启动启动控制控制Y：KM、KM1得电得电：KM、KM2得电得电起动起动停止停止KMKM2KM1引出分支母线引出分支母线起动起动KM的同时的同时T450开始延时开始延时KM1线圈失电后线圈失电后T451开始延时开始延时保持保持KM得得电电KM1:ONKM2:OFFKM1:OFFKM2:ON先先后后分支母线返回分支母线返回图KM1KM2主电路主电路KMX400X401Y430M100T450T450M100Y430Y432Y431Y431Y432T451T451Y432Y432Y430Y432七、七、PLC控制系统的开发步骤控制系统的开发步骤