PLC原理及应用概述.ppt

PLC概述 主讲内容 1可编程序控制器 PLC 的基本概念2PLC的主要功能和特点3PLC的应用领域和发展趋势4PLC的组成及其各部分的功能5PLC的结构形式6PLC的工作过程7PLC应用系统的总体设计8PLC应用系统的硬件设计与选型9PLC控制系统设计举例 可编程序控制器的产生1969年 美国数字设备公司 DEC公司 研制出了第一台可编程序逻辑控制器 ProgrammableLogicController 简称PLC 首先在GM公司的自动装配线上试用获得了成功 1可编程序控制器 PLC或PC 的基本概念 1 2PC中的几个基本概念 1 继电器 它在PC中也称编程元件 它包括线圈 常开触点和常闭触点 常开触点 常用符号为 受PC输入开关量或PC内部相应线圈的控制 当PC输入接通或相应的线圈通过电流时 此触点闭合 常闭触点 常用符号为 受控方式与常开触点相同 只是当PC输入接通或相应线圈通电时 此触点断开 线圈 PC中也称逻辑线圈 常用符号为 在PC中用它作为输出元件 以控制外部设备 如电磁阀 接触器 指示灯等 也可以用来控制PC内部的其他触点 以构成复杂的控制逻辑 2 定时器 它的作用与继电器控制中的延时继电器或时间继电器相同 常见的定时单位有0 1s 0 2s 1s几种 其符号因型号不同各异 3 计数器 它的作用是每当其计数输入端由断开 OFF 到接通 ON 时 计一个数 即计数器记录的是其输入由断到通的次数 当计数值与预置值相等时 计数器导通 有的PC 如C40P 计数端由断到通时 自动减一个数 当计数值由预置值减到0时 计数器导通 其相应的触点接通或断开 可用来控制其他元件 4 其他元件 如时序器 加法器 编码器 减法器 译码器等 上述元件在PC内部都是由软件实现的 并不存在它们的物理实体 因此常称之为 虚拟元件 或 软元件 将它们相互连接构成复杂控制逻辑的过程称为 软连接 放入PC后则是一段程序 5 梯形图 LadderDiagram 6 PC控制的助记符 2PLC的主要功能和特点 2 1PC的主要功能 1 步进顺序控制2 限时控制3 条件控制4 计数控制5 模 数和数 模转换 6 数据处理7 通信和联网8 冗余控制9 监控功能10 其他功能 2 2PC的特点1 抗干扰能力强和可靠性高 输入输出均采用光电隔离 提高了抗干扰能力 主机的输入电源和输出电源均可相互独立 减少了电源间的干扰 采用循环扫描工作方式 提高抗干扰能力 采用密封防尘抗震的外壳封装 可适应恶劣环境 2 采用模块化组合式结构 使系统构成十分灵活 可根据需要任意组合 易于维修 易于实现分散式控制 3 编程语言简单易学 便于普及 4 可进行在线修改 柔性好 2 3PC的主要技术指标 1 用户存储器容量PC中用户存储器一般由用户程序存储器和数据存储器组成 小型PC的用户存储器容量多为几K字节 而大型PC可达到几M字节 2 输入输出点数输入输出的点数决定了PC可控制的输入开关信号和输出开关信号的总体数量 3 扫描速度扫描速度通常指PC扫描1K字节用户程序所需的时间 一般以ms K为单位 扫描周期 4 编程指令的种类和功能某种程度上用户程序所完成的控制功能受限于PC指令的种类和功能 PC指令的种类和功能越多 用户编程则越方便简单 5 内部寄存器的配置和容量用户编制PC程序时 需要大量使用PC内部的寄存器存放变量 中间结果 定时计数及各种标志位等数据信息 因此内部寄存器的数量直接关系到用户程序的编制 6 PC的扩展能力在进行PC选型时 其扩展性是一个非常重要的因素 一般来说可扩展性包括存储容量的扩展 输入输出点数的扩展 模块的扩展 通信联网功能的扩展等 3PC的应用领域和发展趋势 如果按应用类型来划分 可编程序控制器的应用可分为以下几个类型 1 开关逻辑和顺序控制 这是可编程序控制器最基本的控制功能 在工业场合应用最广泛 可代替继电器控制系统 开关量逻辑控制不但能用于单台设备 而且可用于生产线上 2 过程控制 PC通过模拟量I O模块 可对温度 流量 压力等连续变化的模拟量进行控制 大中型PC都具有PID闭环控制功能并已广泛地用于电力 化工 机械 冶金等行业 3 运动控制 PC可应用于对直线运动或圆周运动的控制 如数控机床 机器人 金属加工 电梯控制等 4 多级控制网络系统 PC之间 PC与计算机之间及其他智能控制设备之间可以联网通信 实现远程数据处理和信息共享 从而构成工厂CIMS CIPS系统 PC的组成及其各部分的功能 PC的单总线结构框图 5 PC的结构形式 1 单元式结构 2 模块式结构 3 叠装式结构有些PC生产厂家开发出叠装式结构 将二者的优点结合起来 叠装式结构的CPU 电源 I O等单元也是各自独立的模块 但它们相互的连接安装不需要用基板 仅用电缆连接即可 并且各模块可以一层层地叠装 这样 不但系统可以灵活配置 还可以将体积做得小巧 6 PLC的工作过程 小型PC的工作过程可以分为四个扫描阶段 一般处理扫描阶段 在此扫描阶段PC复位 检查I O总线和程序存储器 执行外设命令扫描阶段 在此阶段PC执行编程器 图形编程器等外设输入的命令 执行用户程序扫描阶段 数据输入 输出扫描阶段 7PC应用系统的总体设计 1 熟悉控制对象 确定控制范围2 制定控制方案 选择可编程序控制器机型3 系统硬件设计和软件编程4 模拟调试5 现场运行调试6 编制系统的技术文件PC控制应用系统的设计内容中还应包含的几个方面 1 可靠性设计 2 安全性设计 3 标准化设计 8PC应用系统的硬件设计与选型 1 控制结构和方式的选择2 PC机型的选择 3 I O点数的估算4 输入 输出模块的选择 5 估算系统对PC响应时间的要求6 对程序存储器容量的估算 7 可编程序控制器的电源选择 1 控制结构和方式的选择 1 单机控制系统 2 远程I O系统 3 分布式控制系统分散型控制系统 这种系统多用于多台生产线的控制 并且控制某设备的PC如果停运的话 不影响其他设备 适合于控制规模较大的工业现场 3 I O点数的估算 常用电气元件所需PC的I O点数 5 估算系统对PC响应时间的要求 响应时间包括输入滤波时间 输出滤波时间和扫描周期 PC的程序扫描工作方式决定了它不能可靠地接收持续时间小于扫描周期的输入信号 为此 需要选取扫描速度高的PC来提高对输入信号的接收准确性 7 可编程序控制器的电源选择 电源是PC干扰引入的主要途径之一 因此选择优质电源无疑有助于提高PC控制系统的可靠性 一般可选用畸变较小的稳压器或带有隔离变压器的电源 使用直流电源要选用桥式全波整流电源 对于供电不正常或电压波动较大的情况 可考虑采用不间断电源 UPS 或稳压电源供电 对于输入触点的供电可使用PC本身提供的电源 如果负载电流过大 可采用外设电源供电 输出电流是电源的一个关键因素 应特别注意 9PLC控制系统设计举例 例1交流电机单向运转的启停控制 PC控制的接线图 PC梯形图 PC控制的助记符程序 例2送料车自动循环控制 如图所示 有一送料车自动循环送料 小车处于起始位置时 CK0闭合 系统启动后 小车在起始位置装料 20秒后向右运动 到CK1位置时 CK1闭合 小车下料后再返回起始位置 再用20秒的时间装料 其后向右运动到CK2位置 此时CK2闭合 小车下料后返回起始位置 以后重复上述过程 直至有复位信号输入 小车的工作循环过程如下 启动 装料 第一次向右运动 第一次返回 第二次装料 第二次向右运动 第二次返回 根据小车的工作循环过程可以画出CK0 CK1 CK2及定时器的时间关系图 因为小车在第一次到达CK1时要改变运动方向 而第二次和第三次到达CK1时不改变运动方向 所以可以利用计数器的计数功能来决定到达CK1时是否要改变小车的运动方向 定时器用来记录装料时间 由经验设计法可知小车控制属于一种双向控制 非常适合采用PC控制 其PC控制的I O分配如表所示 送料小车控制系统I O分配表 中间辅助继电器20000作为系统工作允许继电器 启动信号00009使20000置 ON 复位信号00010使之置 OFF 只有当20000为 ON 时 小车才能循环工作 当20000为 OFF 时 小车回到起始位置后停止工作 小车位于CK0时 开始定时装料 20秒后定时器接通 小车右行即01000得电 当小车离开CK0时 定时器TIM000复位 但01000的自锁功能使之仍得电 小车仍右行 小车行至CK1时 计数器减一 由于CK1的常闭触点断开 使01000失电 小车停止右行 小车停止右行使中间继电器20001失电产生一个脉冲 使01002得电即小车左行 01002的自