可编程序控制器(PLC)基础入门.ppt

可编程序控制器 PLC 基础入门 张良信息中心2011年3月 内容提要 1 PLC简介PLC的定义及分类PLC的特点PLC的构成PLC应用领域 内容提要 2 PLC编程ControlLogix控制器RsLogix5000编程软件RsLogix5000指令介绍 1 PLC简介 1 1PLC的定义及分类 1 1 1PLC的定义PLC即可编程控制器 ProgrammablelogicController 是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置 在1987年国际电工委员会 InternationalElectricalCommittee 颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义 PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置 它采用可以编制程序的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 顺序运算 计时 计数和算 术运算等操作的指令 并能通过数字式或模拟式的输入和输出 控制各种类型的机械或生产过程 PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体 易于扩展其功能的原则而设计 1 1 2PLC的分类从结构上分 PLC分为固定式 紧凑型 和组合式 模块式 两种 固定式PLC包括CPU板 I O板 显示面板 内存块 电源等 这些元素组合成一个不可拆卸的整体 模块式PLC包括CPU模块 I O模块 内存 电源模块 底板或机架 这些模块可以按照一定规则组合配置 从控制点上分 可分为小型PLC 中型PLC和大型PLC 模块式PLC 固定式PLC 1 2 1可靠性高 抗干扰能力强PLC由于采用现代大规模集成电路技术 采用严格的生产工艺制造 内部电路采取了先进的抗干扰技术 具有很高的可靠性 平均无故障时间可达30万小时 此外 PLC带有硬件故障自我检测功能 出现故障时可及时发出警报信息 在应用软件中 应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序 使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护 这样 整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了 1 2PLC的特点 1 2 2配套齐全 功能完善 适用性强PLC发展到今天 已经形成了大 中 小各种规模的系列化产品 可以用于各种规模的工业控制场合 除了逻辑处理功能以外 现代PLC大多具有完善的数据运算能力 可用于各种数字控制领域 近年来PLC的功能单元大量涌现 使PLC渗透到了位置控制 温度控制 CNC等各种工业控制中 加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展 使用PLC组成各种控制系统变得非常容易 1 2 3易学易用 深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机 是面向工矿企业的工控设备 它接口容易 编程语言易于为工程技术人员接受 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接 近 只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能 为不熟悉电子电路 不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门 1 2 4系统的设计 建造工作量小 维护方便 容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑 大大减少了控制设备外部的接线 使控制系统设计及建造的周期大为缩短 同时维护也变得容易起来 更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能 这很适合多品种 小批量的生产场合 1 2 5体积小 重量轻 能耗低以超小型PLC为例 新近出产的品种底部尺寸小于100mm 重量小于150g 功耗仅数瓦 由于体积小很容易装入机械内部 是实现机电一体化的理想控制设备 以模块式PLC为例 包括必备的CPU模块 I O模块 内存 电源模块 底板或机架 还有可选的通讯模块 热备模块等 这些模块可以按照一定规则组合配置 1 3 1CPU模块CPU是PLC的核心 起神经中枢的作用 每套PLC至少有一个CPU 它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据 用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据 并存入规定的寄存器中 同时 诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等 进入运行后 从用户程序存贮器中逐条读取指令 经分 1 3PLC的构成 析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号 去指挥相关的控制电路 CPU主要由运算器 控制器 寄存器及实现它们之间联系的数据 控制及状态总线构成 CPU单元还包括外围芯片 总线接口及有关电路 内存主要用于存储程序及数据 是PLC不可缺少的组成单元 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数 它们决定着PLC的工作速度 IO数量及软件容量等 因此限制着控制规模 1 3 2I O模块PLC与电气回路的接口 是通过输入输出部分 I O 完成的 I O模块集成了PLC的I O电路 其输入暂存器反映输入信号状态 输出点反映输出锁存器状态 输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统 输出模块相反 I O分为开关量输入 DI 开关量输出 DO 模拟量输入 AI 模拟量输出 AO 等模块 常用的I O分类如下 开关量 按电压水平分 有220VAC 110VAC 24VDC 按隔离方式分 有继电器隔离和晶体管隔离 模拟量 按信号类型分 有电流型4 20mA 0 20mA 电压型 0 10V 0 5V 10 10V 等 按精度分 有12bit 14bit 16bit等 除了上述通用IO外 还有特殊IO模块 如热电阻 热电偶 脉冲等模块 按I O点数确定模块规格及数量 I O模块可多可少 但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力 即受最大的底板或机架槽数限制 1 3 3电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源 同时 有的还为输入电路提供24V的工作电源 电源输入类型有 交流电源 220VAC或110VAC 直流电源 常用的为24VDC 1 3 4底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架 其作用是 电气上 实现各模块间的联系 使CPU能访问底板上的所有模块 机械上 实现各模块间的连接 使各模块构成一个整体 1 3 5PLC系统的其它设备 编程设备 编程器是PLC开发应用 监测运行 检查维护不可缺少的器件 用于编程 对系统作一些设定 监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况 但它不直 接参与现场控制运行 小编程器PLC一般有手持型编程器 目前一般由计算机 运行编程软件 充当编程器 也就是我们系统的上位机 人机界面 最简单的人机界面是指示灯和按钮 目前液晶屏 或触摸屏 式的一体式操作员终端应用越来越广泛 由计算机 运行组态软件 充当人机界面非常普及 目前 PLC在国内外已广泛应用于钢铁 石油 化工 电力 建材 机械制造 汽车 轻纺 交通运输 环保及文化娱乐等各个行业 使用情况大致可归纳为如下几类 1 4 1开关量的逻辑控制这是PLC最基本 最广泛的应用领域 它取代传统的继电器电路 实现逻辑控制 顺序控制 既可用于单台设备的控制 也可用于多机群控及自动化流水线 如注塑机 印刷机 订书机械 组合机床 磨床 包装生产线 电镀流水线等 1 4PLC的应用领域 1 4 2模拟量控制在工业生产过程当中 有许多连续变化的量 如温度 压力 流量 液位和速度等都是模拟量 为了使可编程控制器处理模拟量 必须实现模拟量 Analog 和数字量 Digital 之间的A D转换及D A转换 PLC厂家都生产配套的A D和D A转换模块 使可编程控制器用于模拟量控制 1 4 3运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制 从控制机构配置来说 早期直接用于开关量I O模块连接位置传 感器和执行机构 现在一般使用专用的运动控制模块 如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块 世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能 广泛用于各种机械 机床 机器人 电梯等场合 1 4 4过程控制过程控制是指对温度 压力 流量等模拟量的闭环控制 作为工业控制计算机 PLC能编制各种各样的控制算法程序 完成闭环控制 PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法 大中型PLC都有PID模块 目前许多小型PLC也具有此功能模块 PID处理一 般是运行专用的PID子程序 过程控制在冶金 化工 热处理 锅炉控制等场合有非常广泛的应用 1 4 5数据处理现代PLC具有数学运算 含矩阵运算 函数运算 逻辑运算 数据传送 数据转换 排序 查表 位操作等功能 可以完成数据的采集 分析及处理 这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较 完成一定的控制操作 也可以利用通信功能传送到别的智能装置 或将它们打印制表 数据处理一般用于大型控制系统 如无人控制的柔性制造系统 也可用于过程控制系统 如造纸 冶金 食品工业中的一些大型控制系统 1 4 6通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信 随着计算机控制的发展 工厂自动化网络发展得很快 各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能 纷纷推出各自的网络系统 新近生产的PLC都具有通信接口 通信非常方便 2 PLC编程入门 2 1ControlLogix控制器 2 1 1控制器面板介绍和普通的控制器相比 ControlLogix控制器的面板较为简单 只有与控制有关的钥匙开关和状态指示灯 2 1 1 1状态指示灯RUN 程序运行状态 熄灭 控制器在程序模式 绿灯常亮 控制器在运行模式 正常运行I O 控制器所属I O状态 熄灭 没有组态I O或控制器中没有程序 绿灯常亮 所有I O模块工作正常 绿灯闪烁 至少有一个I O模块没有响应控制器 红灯闪烁 没有一个I O模块响应控制器 FORCE 强制状态 熄灭 无强制状态 黄色闪烁 强制被设置但未使能 强制不起作用 黄色常亮 强制使能 强制开始起作用RS 232 串口通信状态 熄灭 串口没有通信 绿色快速闪烁 串口通信正在进行OK 控制器状态灯 熄灭 控制器未上电 绿灯常亮 控制器工作正常 绿灯闪烁 控制器将项目装入闪存或从闪存读出 红灯闪烁 内存无程序 或内存丢失 新控制器或正在更新版本号时应该是这个状态BAT 锂电池报警状态 BAT 锂电池报警状态 熄灭 电池正常 红灯亮 没有电池或电池电压偏低2 1 1 2钥匙开关 决定控制器工作状态 有三个档位RUN 选择此档 令控制器工作在本地运行 编程终端不能改变控制器状态 程序不能被修改 PRO 选择此档 令控制器工作在本地编程 编程终端可以对程序进行修改 但不能改变控制器的工作状态REM 选择此档 令控制器工作在远程状态 编程终端可远程改变控制器状态 并可在远程运行状态下修改程序 即在线编程 这种情况可满足不能停机的程序修改 但此时修改程序要更加谨慎 2 1 2控制器程序文件结构一个项目 或一个控制器 的用户程序文件由三层结构组成 第一层由任务 Task 组成 第二层由程序 Program 组成 第三层由例程 Routine 组成ControlLogix2 1 2 1任务 Task ControlLogix控制器的每个项目最多可以定义32个任务 任务分为连续型 周期型和事件触发型三种类型 每个项目的32个任务中只能定义一个任务为连续型任务 并且连续型任务的优先级最低2 1 2 2程序 Program 每个任务下最多可以定义32个程序 15版本以后扩展到100个程序或设备阶段 每个任务都必须指定一个程序为主程序 每个程序拥有自己独立的数据区域和例程 2 1 2 3例程例程是真正的执行程序 一般为梯形图程序 每个程序可以定义的例程个数由控制器的内存决定 每个程序的多个例程中必须指定一个例程为主例程 作为本程序运行的启动程序 2 1 3控制器的数据类型2 1 3 1基本数据类型BOOL布尔数0 11位SINT短整数 128 1278位INT整数 32768 3276716位DINT长整数 32位REAL实数 32位ControlLogix系统的数据处理和传送的基本单元是32位 当数据类型为BOOL SINT和INT被分配给一个标签时 控制器仍然花费了一个完整的DINT 4B 剩余部分则被闲置 造成内存空间的浪费 所以为了节约控制器的内存空间和系统资源 要尽可能地使用DINT和REAL数据类型 2 1 3 2系统预定义结构数据类型 如TIMER PID COUNTER等 2 1 3 3用户自定义结构数据类型 2 1 4控制器的在线连接2 1 4 1Rslinx软件Rslinx是编程软件与控制器之间的一个连接软件 中间件 起着承上启下的作用 各种编程软件和组态软件 都通过它连接 Rslinx的作用是 组态软件或编程软件的连接建立并组态通信驱动浏览网络节点数据采集2 1 4 2在线操作编程软件连接上控制器后 成为在线 控制器的在线操作有 下载 Download 上载 Upload 在线 Online 离线 Offline 2 1 4 3控制器的操作权限控制器解锁 允许两个以上的用户同时在控制器上进行操作 编辑 并以最后的修改结果为准 控制器锁定 不允许其他用户对控制器编辑 2 2RsLogix5000编程软件 2 2 1基本编程操作2 2 1 1控制器项目的创建打开编程软件 点击file下拉菜单 点击NEW 进入项目创建窗口 Type选择控制器类型 必须与实际控制器一致 Revision软件的版本号 必须与控制器的固件版本号一致 Name项目名称 也是控制器名称 不可缺省 Desciption项目的注释说明ChassisType机架尺寸 要求与实际机架尺寸一致Slot制定控制器在机架中的位置 槽号 点击OK 项目创建完