PLC原理及应用1.ppt

1 第一章 PLC概述 2 1 1PLC的产生与发展 3 1987年 国际电工委员会 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为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 模拟式的输入和输出 控制各种机械或生产过程 可编程序控制器及其有关设备 都应按易于使工业控制系统形成一个整体 易于扩充其功能的原则设计 PLC的定义 可编程逻辑控制器 ProgrammableLogicalController 简称PLC 4 继电器控制系统的明显缺点 体积大 可靠性低 查找故障困难 特别是由于它是靠硬连线逻辑构成系统 所以接线复杂 对生产工艺变化的适应性差 改造工期长 费用高 计算机系统的优点 灵活性 通用性好 PLC的产生背景 5 1968年 美国最大的汽车制造厂家 通用汽车公司 GM 提出了研制可编程序控制器的基本设想 即 1 能用于工业现场 2 能改变其控制 逻辑 而不需要变动组成它的元件和修改内部接线 3 出现故障时易于诊断和维修 1969年 美国数字设备公司 DEC 研制出了世界上第一台PLC 型号为PDP 14 我国1974年研制 77年应用 6 PLC的发展历史 第一代 从第一台PLC诞生到上个世纪70年代初 第二代 70年代初至70年代末 CPU使用中小规模集成电路 采用磁芯存储器 小型计算机 CPU使用微处理器 采用半导体存储器EPROM 有了计算机接口和模拟量控制功能 功能简单 只有计数 定时功能 功能增强 增加逻辑 数据运算 数据处理 自诊断等功能 7 第三代 70年代末到80年代中期 CPU使用8或16位微处理器甚至多微处理器 采用半导体存储器EPROM CMOSRAM等 梯形图语言及语句表成熟 小型PLC体积减小 可靠性提高 成本下降 大型PLC向模块化 多功能方向发展 8 第四代 80年代中期到90年代中期 第五代 90年代中期之后 增加高速计数 中断 A D D A PID等功能 处理速度进一步提高 连网功能增强 编程语言进一步完善 开发了编程软件 CPU使用16位或32位微处理器 PLC的I O点增加 最多可达32K个I O点 具有强大的数值运算 函数运算 大批量数据处理的功能 开发了大量的特殊功能模块 9 从技术上看 PLC会向运算速度更快 存储容量更大 功能更广 性能更稳定 性价比更高的方向发展 从规模上看 PLC会进一步向超小型和超大型两个方向发展 从配套性上看 PLC产品会向品种更丰富 规格更齐备的方向发展 从网络通信的角度看 PLC将向网络化和通信的简便化方向发展 PLC的发展趋势 10 对小型PLC 对大中型PLC 向着更大容量 更高速度 更多的功能 更高的可靠性 易于连络通信的方向发展 使之更利于对大规模 复杂系统的控制 向着体积更小 速度更高 功能增强 价格低廉的方向发展 使之更利于取代继电器控制 11 1 2PLC的主要特点与应用领域 12 通用性和灵活性强 2 抗干扰能力强 可靠性高 3 编程语言简单易学 4 系统的设计 安装 调试 维修工作量少 5 功能强 功能的扩展能力强 6 体积小 重量轻 易于机电一体化 PLC的主要特点 13 PLC的应用领域 开关量逻辑控制自动生产线 机床电气控制 冲压机械 铸造机械 运输带 包装机 飞剪等控制运动控制金属切削机床 金属成形机械 装配机器人 电梯等 闭环过程控制温度 压力 流量等连续变化的模拟量的闭环控制 数据处理数学运算 数据传输 转换 排序 查表 位操作 通信联网PLC与远程I O PLC之间 PLC与其它智能控制器之间 14 1 3PLC的基本组成 15 按控制规模 1 微型机 几十点 2 小型机 500点以下 3 中型机 500 1000点 4 大型机 1000点以上 5 超大型机 10000点按结构 1 整体式 小型机常采用整体式 2 组合式 中 大型机常采用组合式 PLC的分类 16 主要生产厂家 美国Rockwell自动化公司所属的A B Allen Bradly 公司 GE Fanuc公司 德国的西门子 SIEMENS 公司法国的施耐德 SCHNEIDER 自动化公司日本的欧姆龙 OMRON 和三菱公司等 17 OMRON公司的整体式PLC C28P 18 CPM2A 19 CPM1A 20 CQM1 OMRON公司的组合式PLC 21 C200HE OMRON公司的组合式PLC 22 CVM1 底版 OMRON公司的组合式PLC 23 整体式PLC的基本组成框图 24 组合式PLC的基本组成框图 25 输入并存储用户程序 CPU指挥PLC完成各种预定的功能 检查 校验用户程序 发现错误即报警 执行用户程序 驱动外部输出设备动作 诊断故障 记忆故障信息并报警 1 CPU单元 26 系统程序存储器 存储系统程序 用户程序存储器 存储用户程序 工作数据存储器 存储工作数据 2 存储器 27 PLC与外部设备联系的桥梁 开关量输入单元 开关量输出单元 3 输入 输出单元 28 直流输入电路 光电耦合 外部开关 输入点的状态显示 输入点 公共端 29 交流输入电路 光电耦合 输入点的状态显示 外部开关 输入点 30 晶体管输出电路 光电耦合 输出点 公共端 输出点的状态显示 31 晶闸管输出电路 光电耦合 输出点的状态显示 公共端 输出点 32 继电器输出电路 输出点的状态显示 继电器 机械触点 公共端 输出点 33 PLC由开关式稳压电源为内部电路供电 抗干扰性能好 有的PLC能向外部提供24V的直流电源 可作为输入单元连接的外部设备的电源 开关电源 输入电压范围宽 体积小 重量轻 效率高 4 电源单元 34 I O扩展端口 5 I O扩展端口 C28P 35 I O扩展端口 CPM1A的外设端口和I O扩展端口 36 I O扩展单元 A D转换单元 I O扩展端口可以连接的设备举例 37 CPM1A主机与I O扩展器的连接 主机 I O扩展器 连接电缆 38 I O扩展端口连接扩展器的示意图 39 6 外设端口 外设端口 40 编程器是对PLC进行操作的工具 专用编程器 在装有专用编程软件的计算机上编程 简易编程器 直插式 便携式 计算机辅助编程 图形编程器 7 编程工具 41 显示屏 工作方式选择开关 编程位 主机 监控位 运行位 编程器 直插式编程器 42 键盘 指令键 数字键 编辑键 清除键 直插式编程器 43 便携式编程器 键盘 显示屏 工作方式选择开关 44 CPM1A主机与编程器的连接 45 CPM1A主机与编程器的连接 46 计算机辅助编程 47 智能单元本身是一个独立的系统 CPU 系统程序 存储器 与外界相连的接口 它们有自己的 对组合式PLC 智能单元是PLC系统的一个模块 与CPU单元通过系统总线相连接 在CPU单元的协调管理下独立地进行工作 对整体式PLC 主机通过I O扩展接口与智能单元连接 8 智能单元 48 1 4PLC的编程语言 49 PLC的编程语言 50 一 梯形图编程语言 1 梯形图编程语言 两种梯形图的继电器符号图对照 梯形图编程语言是一种图形语言 由触点 线圈和用方框表示的功能块组成 51 2 两种控制的梯形图比较 线圈 线圈 52 物理继电器 继电器需硬接线连接 触点个数有限 PLC继电器 继电器用程序软连接 触点个数无限 继电器的接线改变 控制功能改变 PLC的用户程序改变 控制功能改变 3 两种控制中继电器的区别 PLC触点实质上是存储器中某1位 53 用PLC控制 外部接线不变 改变用户程序 用继电器控制 要改变控制电路的实际接线 继电器控制接线 PLC控制外部接线 输出设备 欲改变控制功能 例如 54 二 语句表编程语言 用助记符表示指令的功能 多条指令语句的组合构成了语句表程序 指令语句是PLC用户程序的基础元素 LD00000OR01000ANDNOT00001OUT01000 梯形图程序语句表程序 55 1 5PLC的工作原理 56 一 PLC采用循环扫描工作方式 扫描工作分为5个阶段 57 循环扫描工作流程 PLC 接通电源 初始化 硬件检查 正常 异常报警 异常处理 扫描周期监视 执行用户程序 程序结束 扫描周期检查 有固定设置 等待 扫描周期计算 I O刷新 外设端口服务 异常 58 1 PLC扫描工作各环节的功能 PLC上电后 首先检查硬件是否正常 按自上而下的顺序 逐条读用户程序并执行 对输入的数据进行处理 将结果存入输出映象寄存器 计算扫描周期 若正常 则进行下一步 若不正常 则报警并作处理 母线 I O刷新阶段 外设端口服务 读输入点的状态并写入输入映像寄存器 将输出映像寄存器状态经输出锁存器 输出电路送到输出点 访问外设端口连接的外部设备 59 读 读 读 写 写 执行用户程序 2 PLC执行用户程序的过程 60 3 PLC的工作过程举例 等效电路图 SB1 公共端 公共端 输出端子 输入端子 主电路 61 线圈通电 SB1闭合 00000闭合 接点闭合 触点闭合 电动机转 触点闭合 62 线圈断电 00001断开 接点断开 触点断开 电动停转 触点断开 SB2闭合 63 4 PLC执行用户程序的特点 按梯形图自左向右 自上而下逐次执行程序 执行程序时所需数据取自于 输入映像寄存器 输出映像寄存器 输入映像寄存器和输出映像寄存器中的数据 输出映像寄存器 在一个扫描周期中可读可写 输入映像寄存器 在一个扫描周期中保持不变 每个扫描周期I O刷新阶段集中读入 读出数据 64 1 产生I O滞后现象的原因 二 PLC的I O滞后现象 1 由于PLC采用循环扫描的工作方式 PLC只在每个扫描周期的I O刷新阶段集中输入 输出 导致输出信号相对输入信号滞后 2 输入滤波器对信号的延迟作用 滤波器时间常数越大 对输入信号的延迟作用越强 有的PLC其输入电路滤波器的时间常数可以调整 65 输出ON延时 3 输出继电器的动作延迟 继电器输出型PLC 从输出锁存器ON 到输出触点ON经历一定时间 4 用户程序的长短及语句编排 要求有较快响应的场合 最好不要使用继电器输出型PLC I O滞后现象 对慢速控制系统影响不大 要求快速响应的场合 需要解决I O速度问题 66 程序语句安排对I O响应时间的影响举例 当SB闭合 经过输入滤波 设第一个扫描周期I O刷新时00000的映像寄存器ON 第一个扫描周期结束时 01000为OFF 01000只能在第二个扫描周期结束后才能ON 67 当SB闭合 经过输入滤波 设第一个扫描周期00000的映像寄