PLC基本知识.ppt

PLC基本知识 2011 01 22 PLC基本知识 第一部分 什么是PLC第二部分 PLC基本概念及原理第三部分 PLC基本功能第四部分 PLC控制与其他控制的主要区别 第一部分 什么是PLC 什么是PLC 一 可编程控制器的定义 是一种工业控制装置 是在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 通用叫法中文名称为可编程控制器 英文名称为ProgrammableLogicController 简称PLC 1987年 国际电工委员会 IEC 定义 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 试图寻找一种新型的工业控制器 以尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统的硬件及接线 减少时间 降低成本 一种适合于工业环境的通用控制装置 PLC的最初设想 二 可编程控制器的产生 因为继电器逻辑电路配线复杂 背景 1968年美国通用汽车公司 GM 为了适应汽车型号的不断更新 生产工艺不断变化的需要 实现小批量 多品种生产 希望能有一种新型工业控制器 它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线 以降低成本 缩短周期 1968年 GM公司提出十项设计标准 编程简单 可在现场修改程序 维护方便 采用插件式结构 可靠性高于继电器控制柜 体积小于继电器控制柜 成本可与继电器控制柜竞争 可将数据直接送入计算机 可直接使用115V交流输入电压 输出采用115V交流电压 能直接驱动电磁阀 交流接触器等 通用性强 扩展方便 能存储程序 存储器容量可以扩展到4KB 1969年 美国数字设备公司研制第一台可编程控制器 并应用于工业现场 三 可编程控制器的特点 无触点免配线 可靠性高 抗干扰能力强通用性强 控制程序可变 使用方便硬件配套齐全 用户使用方便 适应性强编程简单 容易掌握系统的设计 安装 调试工作量少维修工作量小 维护方便体积小 能耗低 四 可编程控制器的应用领域 五 PLC三大流派欧洲 德国的西门子 SIEMENS AEG及法国的TI公司美国 A B Allen Bradly 其产品约占美国PLC市场50 的份额 GE GeneralElectric 莫迪康 MODICON 公司 德州仪器 T1 公司 歌德 Gould 公司 西屋公司日本 三菱电机 MitsubishiElectric 欧姆龙 OMRON FUJI 日本主要发展中小型PLC 在世界小型PLC市场上 日本产品约占有70 的份额 在中国 OMRON产品的销量居首位 目前国内市场还有韩国 台湾等PLC产品 现在市场上出现了系列化的国产PLC 其价格相对低廉 性价比较高 第一部分结束 按I O点数分小型PLCI O点数为256点以下的为小型PLC 其中I O点数小于64点的为超小型或微型PLC 中型PLCI O点数为256点以上 2048点以下的为中型PLC大型PLCI O点数为2048以上的为大型PLC 其中I O点数超过8192点的为超大型PLC 五 可编程控制器的类型 按结构形式分整体式PLC将电源 CPU I O接口等部件都集中装在一个机箱内 具有结构紧凑 体积小 价格低等特点 五 可编程控制器的类型 模块式PLC将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块 如CPU模块 I O模块 电源模块 有的含在CPU模块中 以及各种功能模块 紧凑式PLC还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来 模块式PLC将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块 如CPU模块 I O模块 电源模块 有的含在CPU模块中 以及各种功能模块 紧凑式PLC还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来 整体式PLC将电源 CPU I O接口等部件都集中装在一个机箱内 具有结构紧凑 体积小 价格低等特点 按功能分低档PLC具有逻辑运算 定时 计数 移位以及自诊断 监控等基本功能 还可有少量模拟量输入 输出 算术运算 数据传送和比较 通信等功能 中档PLC具有低档PLC功能外 增加模拟量输入 输出 算术运算 数据传送和比较 数制转换 远程I O 子程序 通信联网等功能 有些还增设中断 PID控制等功能 高档PLC具有中档机功能外 增加带符号算术运算 矩阵运算 位逻辑运算 平方根运算及其它特殊功能函数运算 制表及表格传送等 高档PLC机具有更强的通信联网功能 六 可编程控制器的发展 高性能 高速度 大容量发展为了提高PLC的处理能力 要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量 目前 有的PLC的扫描速度可达0 1ms k步左右 PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标 在存储容量方面 有的PLC最高可达几十兆字节 为了扩大存储容量 有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘 向小型化和大型化两个方向发展小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展 使配置更加灵活 为了市场需要已开发了各种简易 经济的超小型微型PLC 最小配置的I O点数为8 16点 以适应单机及小型自动控制的需要 大型化是指大中型PLC向大容量 智能化和网络化发展 使之能与计算机组成集成控制系统 对大规模 复杂系统进行综合性的自动控制 现已有I O点数达14336点的超大型PLC 其使用32位微处理器 多CPU并行工作和大容量存储器 功能强 大力开发智能模块 加强联网与通信能力为满足各种控制系统的要求 不断开发出许多功能模块 如高速计数模块 温度控制模块 远程I O模块 通信和人机接口模块等 PLC的联网与通信有两类 PLC之间联网通信 各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段 PLC与计算机之间的联网通信 为了加强联网与和通信能力 PLC生产厂家也在协商制订通用的通信标准 以构成更大的网络系统 增强外部故障的检测与处理能力据统计资料表明 在PLC控制系统的故障中 CPU占5 I O接口占15 输入设备占45 输出设备占30 线路占5 前二项共20 故障属于PLC的内部故障 它可通过PLC本身的软 硬件实现检测 处理 而其余80 的故障属于PLC的外部故障 PLC生产厂家都致力于研制 发展用于检测外部故障的专用智能模块 进一步提高系统的可靠性 编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时 PLC的编程语言也越来越丰富 功能也不断提高 除了大多数PLC使用的梯形图 语句表语言外 为了适应各种控制要求 出现了面向顺序控制的步进编程语言 面向过程控制的流程图语言 与计算机兼容的高级语言 BASIC C语言等 等 多种编程语言并存 互补与发展是PLC进步的一种趋势 第二部分 PLC基本概念及组成 一 软继电器的概念 对于使用者来说 在编制应用程序时 可以不考虑微处理器和存储器的复杂构成及其使用的计算机语言 而把PLC看成是内部由许多 软继电器 组成的控制器 用提供给使用者的近似于继电器控制线路图的编程语言进行编程 PLC内部的继电器并不是实际的物理继电器 它实质上是存储器中的某些触发器 该位触发器状态为 1 时 相当于继电器接通 该位触发器状态为 0 时 相当于继电器断开 二 PLC常用术语1 位是PLC中逻辑运算的基本元素 通常也称为内部继电器 2 I O点常用I O点数来表征PLC的规模 3 通道一个通道含16位 或者说含16个继电器 4 区相同类型通道的集合 数据区 定时 计数器区 内部继电器区等 1001011100111101 数字 2 数字 3 数字 1 数字 0 左字节 右字节 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 位 通道 三 PLC系统基本组成 PLC 电源 1 中央处理单元 CPU 1 从程序存储器读取程序指令 编译 执行指令 2 将各种输入信号取入 3 把运算结果送到输出端 4 响应外设 1 通用处理器 8086 80286 80386 2 单片机芯片 8031 8096 3 位片式微处理器 AMD 2900小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU大型PLC多采用高速位片式微处理器 RAM 存储各种暂存数据 中间结果 用户正调试的程序 ROM 存放监控程序和用户已调试好的程序 2 存储器 1 系统程序存储器 a 系统管理程序 b 用户指令解释程序 c 标准程序模块与系统调用程序2 用户程序存储器3 工作数据存储器 3 输入 输出接口 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 输出接口作用 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 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 输入接口作用 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 1 输入接口电路 采用光电耦合器 防止强电干扰 COM 光电三极管 发光二极管 直流电源 输入端子 PLC 发光二极管 继电器输出 2 输出接口电路 以继电器形式为例 PLC 交流电源或直流电源 4 电源单元 把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源 有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源 可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用 可编程序控制器的电源一般采用开关式电源 其特点是输入电压范围宽 体积小 重量轻 效率高 抗干扰性能好 第三部分 PLC基本功能 PLC的基本功能 1逻辑控制功能2定时控制功能3计数控制功能4步进控制功能5数据处理功能6回路控制功能7通讯联网功能8监控功能9停电记忆功能10故障诊断功能 PLC应用于步进电机控制 1逻辑控制功能 逻辑控制功能是PLC最基本功能之一 是PLC最基本的应用领域 可取代传统的继电器控制系统 实现逻辑控制和顺序控制 在单机控制 多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用实例 例如 机床电气控制 起重机 皮带运输机和包装机械的控制 注塑机控制 电梯控制 饮料灌装生产线 家用电器 电视机 冰箱 洗衣机等 自动装配线控制 汽车 化工 造纸 轧钢自动生产线控制等 2定时控制功能 定时控制功能是PLC的最基本功能之一 PLC中有许多可供用户使用的定时器 功能类似于继电器线路中的时间继电器 定时器的设定值 定时时间 可以在编程时设定 也可以在运动过程中根据需要进行修改 使用方便灵活 同时PLC还提供了高精度的时钟脉冲 用于准确实时控制 3计数控制功能 计数控制功能是PLC的最基本功能之一 PLC为用户提供许多计数器 计数器计数到某一数值时 产生一个状态信号 计数值到 利用该状态信号实现对某个操作的计数控制 计数器的设定值可以在编程时设定 也可以在运行过程中根据需要进行修改 5数据处理功能 PLC大部分都具有数据处理功能 可以实现算术运算 数据比较 数据传送 数据移位 数制转换译码编码等操作 中 大型PLC数据处理功能更加齐全 可完成开方 PID运算 浮点运算等操作 还可以和CRT 打印机相联 实现程序 数据的显示和打印 8监控功能 PLC设置了较强的监控功能 利用编程器或监视器 操作人员可以对PLC有关部分的运行状态进行监视 利用编程器 可以调整定时器 计数器的设定值和当前值 并可以根据需要改变PLC内部逻辑信号的状态及数据区的数据内容 为调整和维护提供了极大的方便 9停电记忆功能 PLC内部的部分存储器所使用的RAM设置了停电保持器件 备用电池等 以保证断电后这部分存储器中的信息能够长期保存 利用某些记忆指令 可以对工作状态进行记忆 以保持PLC断电后的数据内容不变 PLC电源恢复后 可以在原工作基础上继续工作 10故障诊断功能 PLC可以对系统构成 某些硬件状态 指令的合法性等进行自诊断 发现异常情况 发出报警并显示错误类型 如属严重错误则自动中止运行 PLC的故障自诊断功能 大大提高了PLC控制系统的安全和可维护性 第四部分 PLC控制与其他控制的主要区别 从微型计算机 简称微机 的应用范围来说 MC是通用机 而PLC是专用机 简言之 MC是通用的专用机 而PLC则是专用的通用机 微型计算机是在以往计算机与大规模集成电路的基础上发展起来的 其最大特征是运算速度快 功能强 应用范围广 例如近代科学计算 科学管理和工业控制等都离不开它 所以说 MC是通用计算机 而PLC是一种为适应工业控制环境而设计的专用计算机 选配对应的模块便可适用于各种工业控制系统 而用户只需改变用户程序即可满足工业控制系统的具体控制要求 如果采用MC作为某一设备的控制器 就必须根据实际需要考虑抗干扰问题和硬件软件设计 以适应设备控制的专门需要 这样 势必把通用的MC转化为具有特殊功能的控制器 而成为一台专用机 一 PLC与微型计算机控制的区别 二 PLC与单片机控制的区别1 PLC比单片机容易掌握单片机一般要用机器指令或其助记符编程 这就要求设计人员具有一定的计算机硬件和软件知识 PLC本身是微机系统 使用的术语仍然是 继电器 一类的术语 对于使用者来说 不必去关心微机的一些技术问题 而