可编程逻辑控制器(PLC).ppt

可编程逻辑控制器(PLC)训练 生技部 黄明新 生技部1 可编程逻辑控制器(PLC)训练课程 一 PLC简介 二 PLC构成及工作原理 三 PLC的软件系统 四 PLC的软元件介绍 五 PLC的编程指令基本介绍 生技部2 一 PLC简介 生技部3 PLC简介 可编程序控制器（Programmable Logic Controller）简称（PLC），是在继电器控 制技术和计算机技术的基础上开发出来的， 并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动 化技术、计算机技术、 通信技术融为一体 的新型工业控制装置。 生技部4 v定义： 国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可 编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编 程控制器定义如下： “可编程控制器是一种数字运算操作的电子 系统，专为在工业环境下应用而设计。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，并通过数字式和模拟式的输入和 输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编 程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工 业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则 设计”。 生技部5 vPLC的产生 1969年美国数字设备公司（DEC）根 据美国通用汽车公司（GM）的要求研制 成第一台可编程序控制器。 产生背景： 1）继电控制系统的缺点：通用性和灵 活性差、可靠性低。 继电器控制系统体积大、耗电多、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、价格便宜 生技部6 2）1968年，美国通用汽车公司（GM公司）为适应汽车型 号不断翻新（小批量、多品种、多规格、低成本和高质 量），提出要用一种新型的控制装置取代继电接触器 控制装置。拟订了十项公开招标的技术要求： 编程方便，可现场修改程序； 维修方便，采用插件式结构； 可靠性高于继电器控制装置； 体积小于继电器控制盘； 数据可直接送入管理计算机； 成本可与继电器控制盘竞争； 输入可为市电； 输出可为市电，容量要求在 2A 以上，可直接驱动 接触器等； 扩展时原系统改变最少； 用户存储器大于 4KB 。 生技部7 vPLC的发展 1) 70年代初期： 可编程序控制器仅具有逻辑运算、定时、计数等一些 功能。 2）70年代中期： 70年代后随着电子技术和计算机技术的发展，微处 理技术应用，PLC还增加了算术运算、数据传送和数据 处理等功能。 3）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 迅速发展。PLC不仅控制功能增强，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。 4）近年来PLC发展迅速 具备了计算机功能的一种通用工业控制装置，成为现代 工业自动化的三大技术支柱（PLC技术、机器人、 CAD/CAM）之一。 生技部8 PLCPLC的分类的分类 （1）按 IO点数分类； IO点数在256以下为微型PLC； IO点九在2561024为中型PLC； IO点数大于1024为大型PLC； IO点数在4000以上为超大型PLC。 以上划分不包括模拟量I0点数，且划 分界限不是固定不变的。 生技部9 （2）按结构形式分类 整体式PLC： 又称单元式或箱体式。整体式 PLC是将电源、CPU、I0部件都集中装在一个 机箱内。一般小型PLC采用这种结构。 模块式PLC ：将PLC各部分分成若干个单独的 模块，如 CPU模块、I0模块、电源模块和各 种功能模块。模块式PLC由框架和各种模块组 成。模块插在插座上。一般大、中型PLC采用 模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构。 生技部10 整体式 生技部11 模块式 电源模块 CPU模块IO模块 底 板 生技部12 PLC的优点 可靠性高(平均无故障时间3-5万小时） 编程简单 通用性强 体积小、结构紧凑、安装、维护方便 PLC的缺点 各公司的 PLC编程语言互不兼容。 生技部13 PLC的主要生产厂家 v欧洲：西门子（Siemens）； 法国的TE（Telemecanique）公司 v美国：A-B（Allen-Bradly）、 GE（General Electric）公司 v日本：三菱电机（Mitsubishi Electric）、 欧姆龙（OMRON）、富士(FUJI) 、 基恩士(KEYENCE) 、松下(PANASONIC) v台湾：台达(DELTA) v韩国: LG 生技部14 三菱部分PLC图片(工厂使用) 生技部15 三菱部分PLC图片(工厂使用) 生技部16 松下部分PLC图片(工厂使用) 生技部17 三菱和台达部分PLC图片(工厂使用) 生技部18 OMRON和KEYENCE部分PLC图片(工厂使用 ) 生技部19 LG、富士和西门子部分PLC图片(工厂使用 ) 生技部20 二 PLC构成及工作原理 生技部21 PLC硬件组成示意图 PLC 中央处理器存储器输入输出单元电源编程设备 生技部22 PLC结构框图 生技部23 中央处理器(CPU) n中央处理单元（CPU）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。 nCPU的主要功能： u从存储器中读取指令 u执行指令 u顺序取指令 u处理中断 生技部24 存储器 v只读存储器ROM：存放监控程序和用户已 调试好的程序 v随机存储器RAM：存储各种暂存数据、中 间结果、用户正调试的程序 生技部25 输入输出(I/O)单元 采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电 路的电气隔离，减小了电磁干扰 v1) 输入接口电路：将按钮、行程开关或传感器 等产生的信号，转换成数字信号送入主机。 v2) 输出接口电路：将主机向外输出的信号转换 成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接 触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计 算机与外部强电隔离 v3)输出三种形式：继电器 - 低速大功率 可控硅 - 高速大功率 晶体管 - 高速小功率 生技部26 外接实物图 按钮 传感器 行程开关 接触器 发光管 指示灯 蜂鳴器 电磁阀 生技部27 输入接口电路 l开关量输入接口 直流输入单元 交流输入单元 交直流输入单元 l作用：把现场的开关量信号变成 内部处理的标准信号 生技部28 直流输入电路图 PLC输入端,开关类 元件 工作电 流流向 生技部29 交流输入电路图 上“” 下“” 下“” 上“” 生技部30 输入接口电路 l模拟量输入接口 电压信号 电流信号 l作用：把现场连续变化的模拟量标准信号转换 成适合内部处理的由若干位二进制数字 表示的信号 生技部31 模拟量输入接口的内部电 路框图 锁 存 器 光电 隔离 总线 逻辑 多路 转换 开关 现场 装置 现场 装置 滤波 电平 转换 滤波 电平 转换 数 据 总 路 线 生技部32 输出接口电路 l开关量输出接口 1)继电器型 2)晶体管型 3)可控硅型 作用：把内部的标准信号转换成现 场执行机构所需的开关量信号 l模拟量输出接口 作用：将PLC运算处理后的数字量信号转 换为模拟量输出，以满足生产过程现场连续 控制信号的需求 生技部33 继电器型内部电路晶体管型内部电路可控硅型内部电路 输出接口电路 生技部34 电源 v交流 直流 v后备电池（锂） 供用户存贮器（数据 ） 开关电源开关电源 供PLC 供外部（DC24V） 生技部35 外部设备 v编程器 v其他外部设备 生技部36 编程器 液晶显示屏 模式键 指令参数键 控制键 生技部37 其他外部设备 COM2 COM3COM1 生技部38 PLC工作原理 一、工作方式 周期循环扫描 二、工作过程自诊断、输入采样、程序 扫描、输出刷新几个外阶段。 三、扫描周期 T =自检时间+读入一点时间输入点数+ 程序步数运算速度+输出一点时间输出 点数。 生技部39 PLC工作原理 生技部40 三 PLC的软件系统 生技部41 PLC软件系统组成 系统监控程序 运行管理 生成用户元件 系统内部自检 管理程序 解释程序 标准程序模块、系统调用 用户程序 自动化系统控制程序 数据表格 软件系统 生技部42 PLC的软件 1 系统软件 v管理程序 v解释程序 v程序块 2 应用软件 应用软件也叫用户软件，是用户为达到 某种控制目的，采用专用编程语言自住编制的 程序 生技部43 应用软件常用的编程语言 l梯形图编程（LD） 采用继电器电气工程原理逻辑图，各种软元件被表示为触点和线圈， 图形上各个触点和线圈之间的电路连接关系就是它们的控制逻辑关系 l指令列表编程（IL） 所有的逻辑和运算都使用指令和操作数的方式输入 l顺序功能图编程（SFC） 顺序功能图是根据机械设备的流程或者工序，将控制分成了多个步和 步到步之间转换的一种语言。一个标准的顺序功能图由初始步、一般 步、步间的转换条件、跳转和重置组成、每一步就是机械设备的一个 处理工序，一个步中可以有内置梯形图，也就是这一步需要完成的处 理工序。 生技部44 指令 软元件 指令说明 LD X0 /装载输入点X0的值作为当前能流点的值 OR X1 /装载输入点X1的值，和当前能流点的值进行或运 /算后作为当前能流点的值 AND X2 /装载输入点X2的值，和当前能流点的值进行或运 / 算后作为当前能流点的值 OUT Y0 /根据当前能流点的值，确定输出点的值 生技部45 梯形图 u梯形图语言是一种以图形符号及图形符号在图中 的相互关系表示控制关系的编程语言,是从继电器 图演变过来的 继 电 器 图 形 符 号 梯 形 图 图 形 符 号 生技部46 指令表 v指令表也叫做语句表 v 助记符 操作数 生技部47 PLC数据结构 v十进制数（DEC:DECimal number），常用于： 定时器/计数器的设定值； 辅助继电器（M）、定时器（T）、计数器（C）、 状态（S）等软元件的地址号； 应用指令的数值型操作数及指令动作常数（K）。 v十六进制数（HEX:HEXdecimal number） 与十进制数一样，用于指定应用指令的数值型操作数及 指令动作常数（H）。 生技部48 v二进制数（BIN:BINary number） PLC内部数据类型，通过外设进行监视时，各软 元件的数值自动变换为十进制数或十六进制数。 v八进制数（OCT:OCTal number）用于输入继 电器和输出继电器的软元件编号。 输入继电器用X00X07、X10X17、X20X27等八 进制格式进行编号(三菱PLC)； 输出继电器用Y00Y07、Y10Y17、Y20Y27等八 进制格式进行编号(三菱PLC )。 PLC数据结构 生技部49 vBCD码（BCD:BINary Code Decimal）用二进制 形式表示的十进制数，常采用8421BCD码。 常用BCD码编码开关将BCD码数据送入PLC； PLC常以BCD码格式将输出数据送数码显示 器显示。 v浮点数据（标绘值） 二进制浮点数常用于高精度浮点运算； 十进制浮点数用于实施监视。 PLC数据结构 生技部50 PLC的软元件介绍 生技部51 软元件分类 u输入继电器(如三菱PLC X开头) u输出继电器(如三菱PLC Y开头) u辅助继电器(如三菱PLC M开头) u状态继电器(如三菱PLC S开头) u计数器(如三菱PLC C开头) u计时器(如三菱PLC T开头) u数据寄存器(如三菱PLC D开头) 生技部52 PLC软元件(逻辑元件) l输入继电器（X） 在PLC内部，与输入端子相连的输入继电器是光电隔离的 电子继电器，采用八进制编号，用无数个常开和常闭触点。 输入继电器不能用程序驱动。 生技部53 l输出继电器（Y） 输出继电器采用八进制编号，有内部触点 和外部输出触点（继电器触点、双向可控硅、 晶体管等输出元件）之分，由程序驱动。 在PLC内部，外部输出触点与输出端子相连 ，向外部负载输出信号，且一个输出继电器只 有一个常开型外部输出触点。 输出继电器有无数个内部常开和常闭触点 ，编程时可随意使用。 PLC软元件(逻辑元件) 生技部54 l辅助继电器（M） 由内部软元件的触点驱动,常开和常闭触点使用次 数不限，但不能直接驱动外部负载,采用十进制编号。 通用辅助继电器 掉电保持辅助继电器 特殊辅助继电器 只能利用其触点的特殊辅助继电器 可驱动线圈的特殊辅助继电器 通用辅助继电器与掉电保持用辅助继电器的比例 ，可通过外设设定参数进行调整。 PLC软元件(逻辑元件) 生技部55 l状态继电器（S） 状态是对工序步进型控制进行简易编程的内部软 元件，采用十进制编号。与步进指令STL配合使用； 状态有无数个常开触点与常闭触点，编程时可随 意使用； 状态不用于步进阶梯指令时，可作辅助继电器使 用。 状态同样有通用状态和掉电保持用状态，其比例 分配可由外设设定。 PLC软元件(逻辑元件) 生技部56 l定时器（T） 定时器实际是内部脉冲计数器，可对内部 1ms、10ms和100ms时钟脉冲进行加计数，当达 到用户设定值时，触点动作。 定时器可以用用户程序存储器内的常数k或 H作为设定值，也可以用数据寄存器D的内容作 为设定值。 PLC软元件(逻辑元件) 生技部57 加法计数器 设定值 K、H或D 触点动作 Tx Tx 时钟