机电传动控制精品课件:第7章PLC-杨.ppt
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1、第7章 可编程序控制器原理与应用 (PLC-Programmable Logic controller),主要内容 了解PLC的基本结构和基本工作过程; 熟悉PLC内部等效继电器电路的等效思路; 熟悉PLC的指令系统; 掌握PLC的编程方法和开发步骤.,继电接触器控制系统: 用导线将各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统,控制各种生产机械,这就是传统的继电接触器控制系统。由于它结构简单、容易掌握、价格便宜,能在一定范围内满足自动控制的需要,因而使用面甚广,在一定时期内在工业控制领域中曾占主导地位。 继电接触器控制系统存在的问题 (1)随着生产的发展,控制要求愈来
2、愈复杂,采用继电器的类型和数量就不得不大量增加,电器之间的连接也就非常复杂,使控制柜的体积非常庞大,大大增加了生产控制柜的难度; (2)在继电接触器控制系统中,一个继电器或一条连线出现故障,都会造成整个系统运行的不正常,而且由于系统的复杂,给查找和排除故障带来困难,维修非常不便;,背景:PLC的产生与发展,PLC控制系统的提出 六十年代末期,美国的汽车制造业竞争激烈,各生产厂家汽车型号不断更新,其加工的生产线亦必须随之改变,对整个控制系统要重新配置,因此,1968年美国通用汽车公司(GM)公开招标,对控制系统提出具体要求: (1)编程简单,可在现场修改程序; (2)维修方便,采用模块化结构,即
3、插件式; (3)可靠性高于继电器控制系统,能在恶劣环境下工作; (4)体积小于继电器控制柜; (5)价格便宜,成本应可与继电器控制系统竞争; (6)输入、输出可以采用市电,电流输出达到一定要求(2A以上),可直接驱动继电器和电磁阀; (7)具有数据通讯功能,数据可直接送入管理计算机; (8)易于系统扩展,在扩展系统时只要很小变更; (9)用户程序存储器容量至少能扩展到4KB以上。,背景:PLC的产生与发展,(这些要求实际上提出了将继电器控制系统的简单易懂、使用方便、价格低的优点与计算机的功能完善、灵活性、通用性好的特点结合起来,将继电接触器控制硬接线逻辑转变为计算机的软件逻辑编程的设想。),1
4、969年美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程序控制器,并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。当时只用它取代继电接触器控制,功能仅限于执行继电器逻辑、计时、计数等。 随后日本、欧洲开始相继生产可编程序控制器;到现在世界各国一些著名的电气制造商几乎都在生产PLC装置,如美国的A-B、 GE、德国的西门子、日本的三菱、OMROM等。 现在PLC已作为一个独立的工业设备被列入生产中,成为当代电控装置的主导。,背景:PLC的产生与发展,设计思想: 吸取继电器和计算机两者的优点: 继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难,对生产工艺变化的适应性差,但简单易懂、价
5、格便宜; 计算机功能强大、灵活(可编程)、通用性好,但编程困难; 采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程,使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。(梯形图),背景:PLC的产生与发展,70年代初期: 仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能,只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller) 70年代中期: 微处理器技术应用到PLC中,使PLC不仅具有逻辑控制功能,还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能 80年代以后:随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展,16位和32位微处理器应用于PLC中,使PLC得到迅
6、速发展。PLC不仅控制功能增强,同时可靠性提高,功耗、体积减小,成本降低,编程和故障检测更加灵活方便,而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。,背景:PLC的产生与发展,近年来PLC发展迅速 PLC集三电(电控、电仪、电传)为一体、性能价格比高、高可靠性的特点,已成为自动化工程的核心设备。 PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置,其使用量高居首位。 目前,PLC技术、CAD/CAM技术和工业机器人已成为加工工业自动化的三大支柱。,背景:PLC的产生与发展,第7章 可编程序控制器原理与应用 7.1 PLC的基本结构和工作原理,PLC是一种用于控制的专用微型计算机。 PLC是微机技术
7、和继电器技术相结合的产物,是以微处理器为核心的专用计算机。它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入输出,控制各种类型的机械或生产过程。,PLC的分类 按I/O点数分: (输入输出的总路数,是表征PLC控制规模的重要参数。) 小型PLC:入出总点数256 中型PLC:入出总点数2562048 大型PLC:入出总点数2048 按结构类型分 整体式 模块式(积木式) 按功能分 低档机:主要用于逻辑控制、顺序控制 或少量模拟量控制的单机系统 中档机:较强的模拟量输入/输出、算术运算等功能 高档机:更强的通信联网、运算功能
8、,第7章 可编程序控制器原理与应用 7.1 PLC的基本结构和工作原理,第7章 可编程序控制器原理与应用 7.1 PLC的基本结构和工作原理,FX2N基本单元一览表,型号表示方法,输入和输出点数总和,如128为64点输入和64点输出, 单元种类:M基本单元,E输入输出混合扩展模块及扩展单元,EX输入专用扩展模块,EY输出专用扩展模块, 输出型式:R继电器输出,S晶闸管输出,T晶体管输出, 其它区分:001专为中国推出的产品,,第7章 可编程序控制器 7.1 PLC的基本结构和工作原理,7.1.1 PLC的基本结构,PLC的结构框图,传感器输出的开关信号或模拟量,行程开关,各种开关按钮,指示灯,
9、电磁装置,步进电机伺服电机,接触器线圈,第7章 可编程序控制器 7.1 PLC的基本结构和工作原理,1、中央处理单元 CPU,7.1.1 基本结构,(1)接受用户程序,存入用户程序存储器。 (2)扫描各输入点状态,存入数据存储器。 (3)执行用户程序,向被控对象输出控制信号。 (4)通过故障自诊程序,诊断PLC各种运行错误。,2、存储器:存放程序和数据,(1)系统程序存储器:厂家提供,固化在ROM上,包括监控程序、解释程序、自诊断程序和标准子程序库等。 (2)用户程序存储器:用户程序由编程器输入,经CPU存放于用户程序存储区,使用RAM。 (3)变量存储器:存储程序运行时逻辑变量的现行值,使用
10、RAM,第7章 可编程序控制器 7.1 PLC的基本结构和工作原理,7.1.1 基本结构,3、输入输出接口,微机的I/O接口工作于弱电。PLC的I/O接口按强电设计,输入接口可接受强电信号,输出接口可直接与强电设备相连。,(1)输入接口:采集各开关接点的状态信号,转化成标准的逻辑电平,送给CPU处理。,CPU,传感器输出的开关 信号或模拟量,行程开关,各种开关按钮,第7章 可编程序控制器 7.1 PLC的基本结构和工作原理,7.1.1 基本结构,(2) 输出接口 晶体管输出方式:用于直流负载;晶闸管输出方式:交流负载 ;继电器输出方式:直交流均可。,3、输入输出接口,4、编程器,便携式:联机编
11、程 CRT智能式:联机编程,脱机编程,指示灯,电磁阀,步进电机伺服电机,接触器,整体式PLC:整体式是将PLC的CPU、存储器、I/O单元、电源等安装在同一机体内,构成主机,另外还有I/O扩展单元配合主机使用,用以扩展I/O点数。整体式PLC的特点是结构紧凑、体积小、成本低、安装方便,但输入输出点数固定,灵活性较低,小型PLC多采用这种结构。,第7章 可编程序控制器 7.1 PLC的基本结构和工作原理,7.1.2 PLC的结构形式,模块式PLC:模块式PLC是由一些标准模块单元组成,采用总线结构,不同功能的模块(如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等)通过总线连接起来。 模块式PLC的特
12、点是可以根据功能需要灵活配置,构成具有不同功能和不同控制规模的PLC,多用于大型和中型PLC。,第7章 可编程序控制器 7.1 PLC的基本结构和工作原理,模块式,第7章 可编程序控制器 7.1 PLC的基本结构和工作原理,7.1.3 PLC的基本原理,1. 读入现场信息:在系统软件的作用下,顺次扫描各输入点,读入各输入点的状态。 2. 执行程序:顺次扫描用户程序的各条指令,根据输入状态和指令内容进行逻辑运算。 3. 输出控制信号:根据逻辑运算结果,输出状态寄存器向各输出点并行发出控制信号,实现所要求的逻辑控制功能。 PLC的扫描周期为几十毫秒。 自诊断:每次扫描周期开始,PLC先执行自诊断程
13、序,对输入输出点、CPU、存储器进行诊断,将测试出的当前状态与标准状态进行比较,若一致则正常,不一致则立即启动关机程序,保留现行工作状态,并关断所有输出点之后停机。,PLC的基本功能,1 逻辑控制功能 2 定时控制功能 3 计数控制功能 4 数据处理功能 5 监控功能 6 停电记忆功能 7 故障诊断功能 步进控制功能 通讯联网功能,第7章 可编程序控制器 7.2 PLC的主要功能和特点,1 逻辑控制功能,逻辑控制功能是PLC最基本功能之一,是PLC最基本的应用领域,可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。 例如:机床
14、电气控制、起重机、皮带运输机和包装机械的控制、注塑机控制、电梯控制、饮料灌装生产线、家用电器(电视机、冰箱、洗衣机等)自动装配线控制、汽车、化工、造纸、轧钢自动生产线控制等。,2 定时控制功能,定时控制功能是PLC的最基本功能之一。 PLC中有许多可供用户使用的定时器,功能类似于继电器线路中的时间继电器。 定时器的设定值(定时时间)可以在编程时设定,也可以在运动过程中根据需要进行修改,使用方便灵活。 同时PLC还提供了高精度的时钟脉冲,用于准确实时控制。,3 计数控制功能,计数控制功能是PLC的最基本功能之一。 PLC为用户提供许多计数器,计数器计数到某一数值时,产生一个状态信号(计数值到),
15、利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。 计数器的设定值可以在编程时设定,也可以在运行过程中根据需要进行修改。,4 数据处理功能,PLC大部分都具有数据处理功能,可以实现算术运算、数据比较、数据传送、数据移位、数制转换译码编码等操作。中、大型PLC数据处理功能更加齐全,可完成开方、PID运算、浮点运算等操作,还可以和CRT、打印机相联,实现程序、数据的显示和打印。,5 监控功能,PLC设置了较强的监控功能。 利用编程器或监视器,操作人员可以对PLC有关部分的运行状态进行监视。 利用编程器,可以调整定时器、计数器的设定值和当前值,并可以根据需要改变PLC内部逻辑信号的状态及数据区的数据内容,为调
16、整和维护提供了极大的方便。,6 停电记忆功能,PLC内部的部分存储器所使用的RAM设置了停电保持器件(备用电池等),以保证断电后这部分存储器中的信息能够长期保存。 利用某些记忆指令,可以对工作状态进行记忆,以保持PLC断电后的数据内容不变。 PLC电源恢复后,可以在原工作基础上继续工作。,7 故障诊断功能,PLC可以对系统构成、某些硬件状态、指令的合法性等进行自诊断,发现异常情况,发出报警并显示错误类型,如属严重错误则自动中止运行。 PLC的故障自诊断功能,大大提高了PLC控制系统的安全和可维护性。,PLC 主要特点,第7章 可编程序控制器 7.2 PLC的主要功能和特点,1.应用灵活,扩展性
17、好 2.编程简单 3.标准化的软、硬件设计,通用性强 4.完善的监视和诊断功能 5.控制功能强 6.抗干扰能力强,可靠性好,适于恶劣的工况 7.体积小,重量轻,性能价格比高,省电 8.可在线修改控制程序,PLC与其他工业控制系统的比较,PLC与继电器控制系统比较 继电器控制采用硬接线方式装配而成,只能完成既定的功能。 PLC控制只要改变程序并改动少量的接线端子,就可适应生产工艺的改变。 从适应性、可靠性及设计、安装、维护等各方面进行比较。传统的继电器控制大多数将被PLC所取代。,与工业计算机比较 工业控制机控制要求开发人员具有较高的计算机专业知识和微机软件编程的能力。 PLC采用了采用面向控制
18、过程、面向问题的“自然语言”进行编程,使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用 ,便于推广应用。 PLC是专为工业现场应用而设计的,具有更高的可靠性。 在模型复杂、计算量大且较难、实时性要求较高的环境中,工业控制机则更能发挥其专长。,第7章 可编程序控制器 7.2 PLC的主要功能和特点,第7章 可编程序控制器 7.3 PLC的编程元件,1.输入继电器(X) 由输入电路和输入寄存器组成; 在输入电路中,光电耦合器有三个主要作用;,各类等效继电器的功能和使用方法,CPU,a.现场与PLC主机的电器隔离,提高抗干扰性。 b.避免外电路出故障时,外部强电侵入主机而损坏主机 c.电平转换,将不同的电平转化成
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