可编程序控制器(PLC).ppt

可编程序控制器 PLC 结构及原理讲稿 可编程序控制器 PLC 可编程序控制器的发展 特点 用途 分类 应用PLC控制与继电器控制的比较PLC的硬件组成PLC的软件组成PLC的工作原理及性能指标 PC ProgrammableController 可编程序控制器最初的PLC只具有逻辑控制功能 现在 PLC不仅能进行逻辑控制 在模拟量闭环控制 运动控制 速度控制等方面得到广泛应用 PLC的产生与发展 1968年 美国通用汽车公司 GM 提出十条技术指标要求制造一种新型工业控制装置 1 编程方便 现场可修改程序 2 维修方便 采用模块化结构 3 可靠性高于继电器控制装置 4 体积小于继电器控制装置 5 数据可直接送入管理计算机 6 成本可与继电器控制装置竞争 7 可直接用115V交流输入 8 输出115v 2A以上 能直接驱动电磁阀 接触器等 9 通用性强 要能扩展 10 用户程序存储器容量可扩展到4KB 1969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公司汽车生产线上应用成功 早期的PLC可以描述为 被用于工业级 替代继电控制系统 改变其控制逻辑时 无需大量的重新接线和元件更改 用软件设计代替硬接线 输入输出装置可以与外部传感器 执行器直接连接 结构易于扩展 故障诊断简单 维护方便 现代PLC都采用微处理器 CPU 只读存储器 ROM 随机存储器 RAM 或单片机为核心 几乎完全计算机化 各种智能模块不断开发出来 其在工业控制中的作用越来越广 国际电工委员会 IEC 1987对可编程控制器定义 可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统 是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器 它采用了可编程序的存储器 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 并通过数字式或模拟式的输入和输出 控制各种类型机械的生产过程 可编程控制器及其有关外围设备 都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 经历四个发展阶段崛起阶段 1969 1975 采用 位微处理器芯片成熟阶段 1975 1979 拓展了模拟量控制功能通信阶段 1979 1985 拓展了网络通信功能加速阶段 1985 现在 CRT显示功能 开发了DCS SCADA FMS ESD系统等 PLC的发展趋势 未来PLC在规模和功能上将向两个方向发展 一是大型PLC向高速 大容量和高性能方向发展 使其更好地成为工厂自动化系统的一揽子解决方案 二是发展简易经济的超小型PLC 采用工业标准总线 增强联网通信功能 实现分散控制 集中管理 大力开发各种智能模块 典型的工业控制机 系统 单片机 SCM 工业计算机 IPC 可编程控制器 PLC 集散控制系 DCS 现场总线控制系统 FCS PLC的用途与特点 PLC系统的基本特点是 可靠 方便 通用 价廉 1 可靠性高 抗干扰能力强PLC硬件 造件精良 电路设计独特 模块结构 PLC软件 预警系统WDT 自诊断系统 2 编程简单 使用方便利用了梯形图逻辑直观 修改简便 3 设计 安装容易 维护工作量少PLC系统 软件设计和硬件安装同步进行 继电器系统 先软件设计 后硬件安装 4 功能完善 通用性强5 体积小 能耗低6 性能价格比高 PLC的应用 目前 PLC被广泛应用在开关量控制 顺序控制及模拟量回路控制等 1 开关量的逻辑控制 2 位置 运动控制 3 闭环过程控制 4 数据处理 5 通信联网 PLC的分类 1 按I O点数分类 I O点数小于32为微型PLC I O点数在32 128为微小型PLC 以开关量控制为主 I O点数在128 256 用户程序存储器容量4K以下为小型PLC 一般以开关量控制为主 I O点数在256 1024 用户程序存储器容量2 8K为中型PLC I O点数大于1024为大型PLC 与工业控制计算机相当 I O点数在4000以上为超大型PLC 2 按结构形式分类 整体式PLC 又称单元式或箱体式 将电源 CPU I 0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 I 0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 PLC与其它工业控制装置的比较 继电器控制和PLC控制的比较 继电器控制为接线程序控制 是由各种分立的继电器 接触器 行程开关 控制按钮等联接而成的有触点硬接线控制电路 它的控制逻辑就在接线之中 若需修改控制要求必须改变接线 PLC控制为存储程序控制 控制程序放在存储器中 通过修改程序来改变控制 无需改变接线 控制灵活 无触点 可靠性高 已成为工业自动化的标准设备 继电器控制系统 PLC控制系统 从接线逻辑到存储逻辑PLC控制系统将取代继电接触器控制系统 但取代的是控制部分 控制系统信号的采集和驱动输出部分仍然由电气元器件承担 可编程控制器的硬件组成 整体型CPU模块的原理图 二 PLC硬件系统组成 微处理器 CPU 接收并存储用户程序和数据 诊断电源 PLC工作状态及编程的语法错误 接收输入信号 送入数据寄存器并保存 运行时顺序读取 解释 执行用户程序 完成用户程序的各种操作 将用户程序的执行结果送至输出端 233 系统存储器 系统程序存储器 系统数据存储器存放系统工作程序 监控程序 存放模块化应用功能子程序 存放命令解释程序 存放功能子程序的调用管理程序 存放存储系统参数 用户存储器 RAM EPROM EEPROM存放用户工作程序 存放工作数据 223 输入单元 带光电隔离电路多种辅助电源类型 AC电源DC24V输入DC电源DC24V输入DC电源DC12V输入接收开关量及数字量信号 数字量输入单元 接收模拟量信号 模拟量输入单元 接收按钮或开关命令 数字量输入单元 接收传感器输出信号 233 输出单元 带光电隔离器及滤波器多种输出方式 晶体管晶闸管继电器驱动直流负载 晶体管输出单元 驱动非频繁动作的交 直流负载 继电器输出单元 驱动频繁动作的交 直流负载 晶闸管输出单元 223 通讯及编程接口 采用RS 485或RS 422串行总线连接专用编程器 FX 20P FX 10P 连接个人电脑 PC 实现编程及在线监控 连接工控机 实现编程及在线监控 连接网络设备 如调制解调器 实现远程通讯 连接打印机等计算机外设 223 I O扩展接口 采用并行通讯方式扩展I O模块 扩展位置控制模块 如F2 30GM 扩展通讯模块 如FX 232AW等 扩展模拟量控制模块 如FX 2DA FX 4AD等 223 三 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 四 数据结构 十进制数 DEC DECimalnumber 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 十六进制数 HEX HEXdecimalnumber 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 223 二进制数 BIN BINarynumber 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 八进制数 OCT OCTalnumber 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X00 X07 X10 X17 X20 X27等八进制格式进行编号 输出继电器用Y00 Y07 Y10 Y17 Y20 Y27等八进制格式进行编号 223 BCD码 BCD BINaryCodeDecimal 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 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 五 软元件 逻辑元件 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 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 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M0 M499 500点 掉电保持辅助继电器M500 M1023 524点 特殊辅助继电器M8000 M8255 256点 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 只能利用其触点的特殊辅助继电器M8000 运行监控用 PLC运行时M8000接通 M8002 仅在运行开始瞬间接通的初始脉冲特殊辅助继电器 M8012 产生100ms时钟脉冲的特殊辅助继电器 可驱动线圈的特殊辅助继电器M8030 锂电池电压指示灯特殊继电器 M8033 PLC停止时输出保持特殊辅助继电器 M8034 止全部输出特殊辅助继电器 M8039 时扫描特殊辅助继电器 状态 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 状态 S 状态有五种类型 初始状态S0 S9共10点回零状态S10 S19共10点通用状态S20 S499共480点保持状态S500 S899共400点报警用状态S900 S999共100点 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 普通定时器 T0 T245 100ms定时器T0 T199共200点 设定范围0 1 3276 7s 10ms定时器T200 T245共46点 设定范围0 01 327 67s 积算定时器 T246 T255 1ms定时器T246 T249共4点 设定范围0 001 32 767s 100ms定时器T250 T255共6点 设定范围为0 1 3276 7s 加法计数器 设定值 K H或D 触点动作 Tx Tx 时钟脉冲 驱动 相等比较器 普通定时器的工作原理 T10 T250 设定值K 计数器 1 100ms时钟脉冲 X2 X1 触点动作 Tx 相等比较器 积算定时器的工作原理 计数器 C 计数器可分为通用计数器和高速计数器 16位通用加计数器 C0 C199共200点 设定值 1 32767 设定值K0与K1含义相同 即在第一次计数时 其输出触点动作 32位通用加 减计数器 C200 C234共135点 设定值 2147483648 2147483647 高速计数器C235 C255共21点 共享PLC上6个高速计数器输入 X000 X005 高速计数器按中断原则运行 16位加计数器通用型 C0 C99共100点断电保持型 C100 C199共100点 32位双向计数器有两种32位加 减计数器 设定值 2147483648 2147483647 通用计数器 C200 C219共20点保持计数器 C220 C234共15点计数方向由特殊辅助继电器M8200 M8234设定 加减计数方式设定 对于C 当M8 接通 置1 时 为减计数器 断开 置0 时 为加计数器 计数值设定 直接用常数K或间接用数据寄存器D的内容作为计数值 间接设定时 要用元件号紧连在一起的两个数据寄存器 数据寄存器 D 通用数据寄存器D0 D199共200点 只要不写入其它数据 已写入的数据不会变化 但是PLC状态由运行 停止时 全部数据均清零 断电保持数据寄存器D200 D511共312点 只要不改写 原有数据不会丢失 特殊数据寄存器D8000 D8255共256点这些数据寄存器供监视PLC中各种元件的运行方式用 文件寄存器D1000 D2999共2000点 变址寄存器 V Z 变址寄存器的作用类似于一般微处理器中的变址寄存器 如Z80中的IX IY 通常用于修改元件的编号 V0 V7 Z0 Z7共16点16位变址数据寄存器 进行32位运算时 与指定Z0 Z7的V0 V7组合 分别成为 V0 Z0 V1 Z1 V7 Z7 PLC梯形