13自动化-电器及可编程序控制器-5可编程控制器概述.ppt

第二篇可编程控制器技术 第五章可编程控制器概述FX2N系列可编程控制器及其基本指令的应用第七章FX2N系列可编程控制器步进指令及状态编程法第八章FX2N系列可编程控制器应用指令及编程方法第九章可编程控制系统设计第十章FX2N系列PLC的特殊功能模块及通信 第二篇可编程控制器技术 了解可编程序控制器的基本结构和基本工作过程 掌握PLC内部等效继电器电路的等效思路 熟悉PLC的指令系统 掌握PLC的编程方法和开发步骤 掌握指令系统与编程方法 PLC的梯形图与一般继电器控制原理电路图的异 同点 各指令的使用场合和注意点 现场器件的常闭触点在梯形图中的使用 第五章可编程控制器概述 5 1可编程控制器的基本概念5 2可编程控制器的特点及应用5 3可编程控制器的发展5 4可编程控制器的组成及其各部分功能5 5可编程控制器的结构及软件5 6可编程控制器的工作原理5 7可编程控制器系统与继电接触器系统工作原理的差别 5 1可编程控制器的基本概念 1968年 美国最大的汽车制造商通用汽车公司 GM 为了适应汽车型号不断更新的需要 提出了十条技术指标 在社会上公开招标 制造一种新型的工业控制装置 编程方便 可在现场修改程序 维护方便 最好采用插件式结构 可靠性高于继电器控制装置 数据可直接输入管理计算机 体积小于继电器控制装置 成本可与继电器控制装置竞争 输入电源可为市电 交流115V 输出电源可为市电 负载电流要求在2A以上 能直接驱动电磁阀 接触器等 扩展时 原系统要求变更最少 用户程序存储器容量大于4K字节 可编程序控制器的历史 5 1可编程控制器的基本概念 1969年美国数字设备公司 DEC 根据招标的要求 研制出世界上第一台可编程序控制器 并在GM公司汽车生产线上首次应用成功 1980年美国电气制造商协会 NEMA 正式将其命名为可编程序控制器 ProgrammableController 简称PC 由于可编程序控制器最初只具备逻辑控制 定时 计数等功能 主要是用来取代继电接触器控制 相当于可编程序逻辑控制器 PLC 另一方面 为了与个人计算机 PC 相区别 因此可编程序控制器简称为PLC 可编程序控制器的历史 5 1可编程控制器的基本概念 国际电工委员会 IEC 于82年11月 85年1月和87年2月分别颁发了可编程序控制器标准草稿第一 二稿和第三稿 对可编程序控制器作了如下的定义 可编程序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命令 并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 可编程序控制器及其有关设备 都应按易于与工业控制系统联成一个整体 易于扩充功能的原则而设计 可编程序控制器的定义 5 2可编程控制器的特点及应用 通用性强 功能强 可靠性高 体积小 耗电少 价格便宜 编程和接线可同步进行 扩展灵活 维修方便 编程语言简单 易掌握 抗干扰能力强 可靠性高 输入输出接口电路已设计好 输出驱动能力强 一 可编程序控制器的特点 二 可编程序控制器的应用 1 开关量逻辑控制2 运动控制3 过程控制4 数据处理5 通信联网 5 3可编程控制器的发展 向高速度 大存储容量方向发展 向多品种方向发展和提高可靠性 超大型和超小型 产品更加规范化 标准化 硬件 软件兼容的PLC 分散型 智能型 与现场总线兼容的I 0 加强联网和通信的能力 控制的开放和模块化的体系结构 可编程序控制器的发展方向 5 4可编程控制器的组成及其各部分功能 整体式PLC组成示意图 外部设备 中央处理单元 存储器 输入 输出单元 模块 电源 5 4可编程控制器的组成及其各部分功能 装有CPU的单元称为CPU模块 其他称为扩展模块 CPU与各扩展模块间通过电缆连接 中 大型机常采用组合式PLC 组合式PLC组成示意图 各单元分别做成相应的电路板或模块 插在底板上 模块之间通过底板上的总线相互联系 5 4可编程控制器的组成及其各部分功能 中央处理单元是PLC的主要组成部分 是系统的控制中枢 它的主要功能是 接收并存储从编程器键入的用户程序和数据 检查电源 存储器 I O以及警戒定时器的状态 并诊断用户程序的语法错误 不同厂家 不同产品的CPU也不一样 一般有三类 通用微处理机 单片机芯片 位处理器 一 中央处理单元 CPU 5 4可编程控制器的组成及其各部分功能 1 系统程序存储器系统程序是厂家根据其选用的CPU的指令系统编写的 它决定了PLC的功能 系统程序存储器是只读存储器 用户不能更改其内容 2 用户程序存储器根据控制要求而编制的应用程序称为用户程序 不同机型的PLC的用户程序存储器的容量可能差异较大 根据生产过程或工艺的要求 用户程序经常需要改动 所以用户程序存储器必须可读写 二 存储器 5 4可编程控制器的组成及其各部分功能 输入 输出模块 一 开关量I O模块1 开关量输入模块 直流输入 交流 直流输入 交流输入 2 开关量输出模块 继电器输出 交流 直流驱动 晶体管输出 直流驱动 双向晶闸管输出 交流驱动 二 模拟量I O模块 三 其他功能I O模块 三 输入 输出模块 5 4可编程控制器的组成及其各部分功能 一 开关量I O模块1 开关量输入模块 交流 直流输入电路 三 输入 输出模块 直流输入电路 交流输入电路 5 4可编程控制器的组成及其各部分功能 一 开关量I O模块2 开关量输出模块 晶体管输出电路 直流驱动 双向晶闸管输出电路 交流驱动 继电器输出电路 交流 直流驱动 三 输入 输出模块 5 4可编程控制器的组成及其各部分功能 一 开关量I O模块3 开关量I O模块的外部接线 三 输入 输出模块 5 4可编程控制器的组成及其各部分功能 模拟量输入模块结构框图 二 模拟量I O模块1 模拟量输入模块 三 输入 输出模块 5 4可编程控制器的组成及其各部分功能 模拟量输出模块结构框图 二 模拟量I O模块2 模拟量输出模块 三 输入 输出模块 5 4可编程控制器的组成及其各部分功能 二 模拟量I O模块 模拟量输入单元框图 模拟量输出单元框图 三 输入 输出模块 5 4可编程控制器的组成及其各部分功能 电源部件将交流电源转换成PLC的中央处理器 存储器等电路工作所需要的直流电源 电源部件还能使PLC向外部提供24V的直流电源 给输入单元所连接的外部开关或传感器供电 四 电源 编程器编程器分为以下三类 简易编程器 图形编程器 工业控制计算机作为编程器其它外部设备 五 外部设备 5 5可编程控制器的结构及软件 一 可编程序控制器的结构 1 按结构分类整体式 单元式组合式 模块式 叠装式2 按控制规模分类 微型机控制点数在100点左右 小型机控制点数在250点左右 中型机控制点数在500 1000点 大型机控制点数在1000点以上 超大型机控制点数可达上万点 甚至于几万点 3 按生产厂家分类 德国 西门子公司 日本 三菱公司 OMRON公司 美国 GE公司 AB公司 5 5可编程控制器的结构及软件 一 可编程序控制器的结构 西门子S7 200 5 5可编程控制器的结构及软件 一 可编程序控制器的结构 西门子S7 300 5 5可编程控制器的结构及软件 一 可编程序控制器的结构 西门子S7 400 5 5可编程控制器的结构及软件 S7系列的网络结构 过程测量与控制级 过程监控级 工厂与过程管理级 公司管理级 金字塔由4级组成 一 可编程序控制器的结构 5 5可编程控制器的结构及软件 三菱FX2N系列 一 可编程序控制器的结构 5 5可编程控制器的结构及软件 三菱Q系列 一 可编程序控制器的结构 5 5可编程控制器的结构及软件 三菱Q系列应用举例 一 可编程序控制器的结构 5 5可编程控制器的结构及软件 三菱Q系列应用举例 一 可编程序控制器的结构 5 5可编程控制器的结构及软件 三菱Q系列应用举例 一 可编程序控制器的结构 5 5可编程控制器的结构及软件 三菱Q系列应用举例 一 可编程序控制器的结构 5 5可编程控制器的结构及软件 二 可编程序控制器的软件 一 可编程控制器的软件分类1 系统软件系统管理程序用以完成机内运行相关时间分配 存储空间分配管理及系统自检等工作 用户指令解释程序用以完成用户指令变换为机器码的工作 系统软件在用户使用可编程控制器之前就已装入机内 并永久保存 在各种控制工作中并不需要做什么调整 2 应用软件 用户软件 是用户为达到某种控制目的 采用PLC厂家提供的编程语言自主编制的程序 5 5可编程控制器的结构及软件 二 可编程序控制器的软件 二 应用软件编程语言的表达方式应用程序编制需使用可编程控制器生产厂提供的编程语言 至今为止没有能适合于各种可编程控制器的通用编程语言 国际电工委员会 IEC 于1994年5月公布了可编程序控制器标准 IEC1131 其中的第三部分是可编程序控制器的编程语言标准 IEC1131 3 可编程序控制器的五种编程语言 5 5可编程控制器的结构及软件 二 可编程序控制器的软件 二 应用软件编程语言的表达方式1 梯形图 LD 梯形图语言是一种以图形符号及其在图中的相互关系表示控制关系的编程语言 是从继电器电路图演变过来的 梯形图是PLC编程语言中使用最广泛的一种语言 2 指令表 IL 指令表也叫语句表 由语句指令依一定的顺序排列而成 类似于单片机程序中的汇编语言 3 顺序功能图 SFC 顺序功能图常用来编制顺序控制类程序 体现了一种编程思想 在程序的编制中有很重要的意义 5 5可编程控制器的结构及软件 二 可编程序控制器的软件 二 应用软件编程语言的表达方式4 功能块图 FBD 功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言 用类似与门 或门的方框来表示逻辑运算关系 熟悉数字电路的人比较容易掌握 5 结构文体 ST 为了增强PLC的数学运算 数据处理 图表显示 报表打印等功能 许多大中型PLC都配备了PASCAL BASIC C语言等高级编程语言 这种编程方式叫作结构文本 5 6可编程控制器的工作原理 一 等效电路 PLC控制接线图 PLC控制等效电路图 PLC的I O配置图 继电器 接触器控制电路图 输入电路 输出电路 梯形图 5 6可编程控制器的工作原理 一 等效电路 PLC的I O配置图 电机控制电路 5 6可编程控制器的工作原理 二 扫描方式 读 写 读 写 读 读 0LDX01ORY02ANIX13OUTY04OUTT0K1007LDT08OUTY19END 读 读 写 写 写 写 5 6可编程控制器的工作原理 二 扫描方式 5 6可编程控制器的工作原理 三 工作原理 循环扫描工作方式 PLC工作状态 运行 RUN 状态 执行应用程序 停止 STOP 状态 编制与修改程序 PLC执行一次扫描操作所需的时间称为扫描周期 典型值1 100ms 其中大部分时间用于完成用户程序的三个阶段 5 6可编程控制器的工作原理 四 输入 输出滞后时间 PLC输入输出滞后时间又称为系统响应时间 它由 输入电路的滤波时间 输出模块的滞后时间 扫描工作方式产生的滞后时间三部分所组成 响应延迟时间只有数十毫秒 对一般控制系统影响不大 扫描工作方式产生的滞后 5 7PLC系统与继电接触器系统工作原理的差别 在逻辑控制场合 可编程控制器的梯形图和继电器线路图非常相似 但是这二者之间在运行时序问题上 有着根本的不同 这就是两种工作方式的差别 对于继电器 接触器系统 为并行工作方式 所有触点的动作是和它的线圈通电或断电同时发生的 对于可编程序控制器系统 为串行工作方式 由于指令的分时扫描执行 同一个器件的线圈工作和它各个触点的动作并不同时发生 举例 定时点灭控制 台车往复运动控制 5 7PLC系统与继电接触器系统工作原理的差别 继电接触器控制线路 可编程控制器梯形图 一 定时点灭控制 PLC的I O配置图 接触器线圈KM为 断电 状态输出 无 输出继电器Y1为 定时点灭 状态输出 反复循环断0 5s 通0 5s 5 7PLC系统与继电接触器系统工作原理的差别 一 定时点灭控制 初始状态 SA合上 KT线圈通电 延时 延时到 KT常闭点断开 KT常开点闭合 KT线圈断电 KT常开点不能闭合 KT常闭点重新闭合 KM线圈断电 回到 重复上述过程 继电接触器控制线路分析 线路分析的结果 KM接触器线圈处于 断电 状态 5 7PLC系统与继电接触器系统工作原理的差别 一 定时点灭控制 可编程控制器梯形图分析 0 5s 0 5s 0 5s 一个扫描周期 梯形图分析的结果 Y1输出继电器处于 定时点灭 状态 5 7PLC系统与继电接触器系统工作原理的差别 控制要求 按下启动按钮SB 电机M正转 台车第一次前进 碰到限位开关SQ1时 电机M反转 台车第一次后退 碰到SQ2时 台车暂停5s 延时时间到 台车第二次前进 碰到SQ3时 台车第二次后退 碰到SQ2时 台车暂停5s 然后重复上述过程 二 台车往复运动控制 5 7PLC系统与继电接触器系统工作原理的差别 二 台车往复运动控制 第一次正向启动第二次正向启动 前进 后退 二次启动服务 延时 第一次反向启动第二次反向启动 3 1 2 2 1 3 1 2 1 梯形图分析 1 2 2 1 3 1 2 功能 顺序