PLC应用技术基础知识课件.ppt
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- PLC 应用技术 基础知识 课件
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1、可编程序控制器基础可编程序控制器基础1 1.1.1PLCPLC的发展、分类及应用的发展、分类及应用 1 1.2.2结构和工作原理结构和工作原理 1 1.3.3技术性能指标技术性能指标 1 1.4.4编程语言编程语言 2.1PLC的发展、分类及应用的发展、分类及应用 1.1.1产生产生 1.1.2定定义义1.1.3发展发展 1.1.4特点特点 1.1.5分类分类 1.1.6应用应用 返回本章首页返回本章首页1.1.1. PLC的产生 随着社会的进步,工业的发展,控制对象越来越多,随着社会的进步,工业的发展,控制对象越来越多,其逻辑关系也越来越复杂,用继电器组成的控制系统其逻辑关系也越来越复杂,用
2、继电器组成的控制系统就会变得非常庞大,从而造成系统的不稳定和造价昂就会变得非常庞大,从而造成系统的不稳定和造价昂贵。主要表现在:贵。主要表现在:当某个继电器损坏、甚至继电器的某触点接触不良当某个继电器损坏、甚至继电器的某触点接触不良都会影响系统的运行;都会影响系统的运行;继电器本身并不太贵,但控制柜内元件的安装和接继电器本身并不太贵,但控制柜内元件的安装和接线工作量极大,造成系统价格偏高;线工作量极大,造成系统价格偏高;产品需要不断地更新换代,生产设备的控制系统不产品需要不断地更新换代,生产设备的控制系统不断地作相应的调整。但对庞大的系统而言,日常维护断地作相应的调整。但对庞大的系统而言,日常
3、维护已很难,再作调整难度更大。已很难,再作调整难度更大。解决问题的设想解决问题的设想 鉴于以上问题,1968年美国通用汽车公司(General Motors)向传统的继电器控制系统提出了挑战: 设想是否能用一种新型的控制器,引入这种控制器后可使庞大的系统减小,并且能方便地进行修改、调整。按照这个宗旨,该公司向外公开招标,提出如下十大指标: GE公司公开招标的十大指标:公司公开招标的十大指标:. 编程简单,可在现场改程序;. 维护方便,最好是插件式 ;. 可靠性高于继电器控制柜;. 体积小于继电器控制柜;. 成本低于继电器控制柜;. 可将数据直接输入计算机 ;. 输入可以是市电(AC110v);
4、. 控制程序容量 4KB;. 输出可驱动市电2A以下的负荷,能直接驱动电磁阀 ;. 扩展时,原有的系统仅作少许更改。 结果结果n这次招标引起了工业界的密切注视,吸引了不少大公司前来投标,最后DEC公司一举中标,并于1969年研制成功第一台PC,当时命名为PC(Programmable Controller)。n这台PLC投运到汽车生产线后,取得了极为满意的效果,引发了效仿的热潮,从此PLC技术得以迅猛的发展。1.1.2 PLC的定义及其术语 1. 定义定义 可编程序控制器是一种数字运算的电子系可编程序控制器是一种数字运算的电子系统,专为在工业环境条件下应用而设计。它采统,专为在工业环境条件下应
5、用而设计。它采用可编程序的存储器,用来在内部存储执行逻用可编程序的存储器,用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式、模拟式的输入输操作的指令,并通过数字式、模拟式的输入输出,控制各种类型的机械或生产过程。出,控制各种类型的机械或生产过程。 NEMA 1987年作的定义年作的定义n 美国电气制造协会(NEMA)1987年作的定义如下:“它是一种带有指令存储器、数字或模拟I/O接口,以位运算为主,能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能,用于控制机器或生产过程的自动控制装置。”2. PLC PC 之争之争nPC
6、(Programmable Controller)nPC (Personal Computer)nPLC (Programmable Logic Controller)3. 3. 常用术语常用术语 n点数点数 指能够输入 / 输出开关量、模拟量的总个数。一般是4或8的倍数。 n扫描周期扫描周期 是指PLC执行系统监控程序、用户程序、I/O刷新一次所用的时间。它直接反映PLC的响应速度,因此是PLC的重要指标之一,其单位是ms/kw (kb)。 1.1.3发展发展 1. 发展及现状发展及现状 2. 发展趋势发展趋势 (1)与计算机联系密切)与计算机联系密切 (2)发展多样化)发展多样化 (3)模
7、块化)模块化 (4)网络与通信能力增强)网络与通信能力增强 (5)多样化与标准化)多样化与标准化 (6)工业软件发展迅速)工业软件发展迅速 返回本节返回本节1.1.4特点特点 1. 可靠性高可靠性高、抗干扰能力强2.程序可变、具有柔性 3.编程简单、使用方便 4.功能强大功能强大 、完善、完善5.组合灵活、扩充方便6.减少了工作量 7.体积小、重量轻、环境要求低 8.成本低、水平高 返回本节返回本节1、可靠性高、抗干扰能力强、可靠性高、抗干扰能力强 故障原因故障原因设备故障原 因外部环境、温度、灰尘、有害气体的影响由I/O线、电源线等引入的干扰振动、冲击引起的器件损坏等辐射干扰电磁干扰存储器信
8、息的丢失、出错内部元器件的老化、失效程序错误运行进入死循环解决方法解决方法硬件n常规手段 :优质元器件 ,合理的系统结构 n隔离 :I/O电路光电隔离,无电气回路的联接点 n滤波 :对供电系统及输入回路采用模拟量滤波和数字滤波n屏蔽 :导电、导磁性能良好的材料 ,防电磁波辐射的干扰 n增强电源的适应性 :开关电源 n采用模块式结构 :一旦某模块有故障,能迅速更换解决方法软件n设置警戒时钟WDT (看门狗) n系统软件对用户软件自动进行检查 n掉电保护 n自检 2 2 程序可变、具有柔性程序可变、具有柔性 生产工艺或设备改变后,在原设计的生产工艺或设备改变后,在原设计的PLC功能备用量够用功能备
9、用量够用的情况下,可不变的情况下,可不变PLC的硬件,只要改编控制程序即可。的硬件,只要改编控制程序即可。 这点就充分体现了这点就充分体现了PLC具有继电器控制系统所不具备和具有继电器控制系统所不具备和无可比拟的优点。故无可比拟的优点。故PLC除应用于单机控制外,还在柔性制除应用于单机控制外,还在柔性制造单元造单元(FMC)、柔性制造系统、柔性制造系统(FMC)、工厂自动化、工厂自动化(FA)中中被大量采用。被大量采用。 3 3 编程简单、使用方便编程简单、使用方便 PLC采用与继电器控制逻辑图非常接近的采用与继电器控制逻辑图非常接近的“梯形图梯形图”进行编程,这种编程方法既具备传统控制线路的
10、易懂易进行编程,这种编程方法既具备传统控制线路的易懂易编,清晰直观优点,又顾及了多数电气技术人员的读图编,清晰直观优点,又顾及了多数电气技术人员的读图习惯和微机应用水平,易于被大众接受,因此受到普遍习惯和微机应用水平,易于被大众接受,因此受到普遍欢迎,这种面向生产的编程方法与目前微机控制中常用欢迎,这种面向生产的编程方法与目前微机控制中常用的汇编语言或高级语言编程相比,其优点是显而易见的。的汇编语言或高级语言编程相比,其优点是显而易见的。 为进一步优化编程,为进一步优化编程,PLC还针对实际问题设计了诸还针对实际问题设计了诸如步进顺控指令、移位指令、鼓形控制器等功能性指令,如步进顺控指令、移位
11、指令、鼓形控制器等功能性指令,减少编程工作量,加快了开发速度。减少编程工作量,加快了开发速度。 4 4 功能完善功能完善 现代的现代的PLC还具有数字量及模拟量的输入输出、还具有数字量及模拟量的输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序检测、功率驱逻辑和算术运算、定时、计数、顺序检测、功率驱动、联网通信、人机对话、自检、记录和显示等功动、联网通信、人机对话、自检、记录和显示等功能,使控制系统的水平大大提高,功能更加完善。能,使控制系统的水平大大提高,功能更加完善。 PLC除摸块化外,还具有各种扩充单元,I/O点数及各种I/O方式、I/O量均可选择,可以方便地适应不同的控制对象。6 6 减少了工
12、作量减少了工作量 由于由于PLC是采用软件编程来实现控是采用软件编程来实现控制功能的,而继电器控制采用硬接线制功能的,而继电器控制采用硬接线来实现。这就减少了设计、施工的工来实现。这就减少了设计、施工的工作量。同时,作量。同时,PLC能事先进行摸拟调能事先进行摸拟调试并且具有很强的监视功能,所以系试并且具有很强的监视功能,所以系统的调试、检修、维护的工作量得到统的调试、检修、维护的工作量得到大大地减少。大大地减少。 由于PLC是专为工控而设计的专用计算机,所以其结构紧密、坚固、体积小巧、功能齐全,能直接投运在恶劣的工作环境。 一般PLC的功能若用继电器来实现,需用3至4个1.8m高的大继电器控
13、制柜。8 8 成本低、水平高成本低、水平高 PLC功能强大,使得控制系统的费用大量降低。功能强大,使得控制系统的费用大量降低。 PLC具有易修改性、高可靠性、易扩展性、易维护性,降低了日常具有易修改性、高可靠性、易扩展性、易维护性,降低了日常运行的检修、维修工作量。运行的检修、维修工作量。 PLC安装调试方便,开发、调试周期短,从而降低了设计、开发、安装调试方便,开发、调试周期短,从而降低了设计、开发、安装、调试的工作量。安装、调试的工作量。PLC靠软件编程实现控制功能,硬件及其备件均具有通用性,也减靠软件编程实现控制功能,硬件及其备件均具有通用性,也减少了采购的时间和费用。少了采购的时间和费
14、用。体积小、功能强,所以占地少、耗电小,每年节省的电费就可将投体积小、功能强,所以占地少、耗电小,每年节省的电费就可将投资收回。资收回。 PLC是一种专用工控计算机,实现了智能控制,从而使得控制水平是一种专用工控计算机,实现了智能控制,从而使得控制水平上了新台阶,并且具有联网功能,很易构成综合控制系统。上了新台阶,并且具有联网功能,很易构成综合控制系统。 1.1.5分类分类 1. 从结构上从结构上可编程序控制器从结构上可分为整体式和模块可编程序控制器从结构上可分为整体式和模块式。式。2. 从规模上从规模上按按PLC的输入输出点数可分为小型、中型和大的输入输出点数可分为小型、中型和大型。型。 返
15、回本节返回本节1.1.6应用应用 1. 工业工业1)开关量控制,如逻辑、定时、计数、顺序等;)开关量控制,如逻辑、定时、计数、顺序等;2)模拟量控制,部分)模拟量控制,部分PLC或功能模块具有或功能模块具有PID控制功控制功能,可实现过程控制;能,可实现过程控制;3)监控,用)监控,用PLC可构成数据采集和处理的监控系统;可构成数据采集和处理的监控系统;4)建立工业网络,为适应复杂的控制任务且节省资)建立工业网络,为适应复杂的控制任务且节省资源,可采用单级网络或多级分布式控制系统。源,可采用单级网络或多级分布式控制系统。2. 其他行业其他行业可编程序控制器在其他行业的应用也日益广泛:在国可编程
16、序控制器在其他行业的应用也日益广泛:在国防和民用,如建筑,环保,家用电器等。防和民用,如建筑,环保,家用电器等。返回本节返回本节1.2结构和工作原理结构和工作原理2.2.1结构结构 2.2.2工作原理工作原理 返回本章首页返回本章首页1.2.1结构结构 PLC专为工业场合设计,采用了典型的计算机结构,专为工业场合设计,采用了典型的计算机结构,主要是由主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。图接口电路等组成。图2.1为一典型为一典型PLC结构简图。结构简图。图图2.1结构简图结构简图CPU存储器电源部分输入单元输出单元编程器或其他设备按钮
17、接触器电磁阀指示灯行程开关继电器触点一一. 中央处理单元中央处理单元 中央处理单元(中央处理单元(CPU)一般由控制器、运算器和寄存器组成,)一般由控制器、运算器和寄存器组成,这些电路都集成在一个芯片上。这些电路都集成在一个芯片上。 CPU的主要功能:的主要功能:(1)控制用户程序和数据的接收和存储控制用户程序和数据的接收和存储(2)用扫描的方式通过用扫描的方式通过I/O部件接收现场信号的状态和数据部件接收现场信号的状态和数据,并存并存入输入映像寄存器或数据存储器中入输入映像寄存器或数据存储器中(3)诊断诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等内部电路的工作故障和编程中的语法错误等(4
18、)根据运算结果根据运算结果,更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容内容,再经输出部件实现输出控制再经输出部件实现输出控制,制表或数据通信等功能制表或数据通信等功能二二. 存储器存储器 n系统程序存储器系统程序存储器(1)系统管理程序(2)用户指令解释程序(3)标准程序模块与系统调用 n用户程序存储器用户程序存储器 n数据表存储器数据表存储器 (I/O映像存储器映像存储器) l PLC的的I/O部分,因用户的需求不同有各部分,因用户的需求不同有各种不同的组合方式种不同的组合方式 1)开关量I/O模块2)模拟量I/O模块3)数字量I/O模块4)高速计数模块
19、5)精确定时模块6)快速响应模块7)中断控制模块8)PID模块9)位置控制模块10)轴向定位模块11)通信模块。 以下我们详细介绍三三. 输入输出单元输入输出单元 1.开关量I/O模块(部分) (1)开关量输入模块开关量输入模块的作用: 接收现场设备的状态信号、控制命令等,如限位开关、操作按钮等,并且将此开关量信号转换成CPU能接收和处理的数字量信号。 开关量输出模块的作用: 将经过CPU处理过的结果转换成开关量信号送到被控设备的控制回路去,以驱动阀门执行器、电动机的启动器和灯光显示等设备。开关量I/O模块的特性 仅有通、断两种状态;用发光二极管在面板上显示。 输入电压等级 、 464点/模块
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