课题一--PLC基础知识ppt课件

任务1认识PLC,任务2CP1H系列PLC硬件组成及接线,任务3CX-Programmer编程软件的安装与使用,任务1认识PLC,知识目标,1了解PLC产生的背景、定义、发展过程及其应用。2掌握PLC的基本结构与类型、特点、分类及技术指标。,1能识别各厂家的PLC。2能通过查阅资料，了解各厂家PLC的主要性能指标。,能力目标,工作任务,可编程控制器（ProgrammableController）简称PLC。它以微处理器为基础，是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。PLC具有体积小，功能强，程序设计简单、灵活通用等一系列优点，而且具有高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，是实现工业生产自动化的支柱产品之一。因此，作为一名电气工程技术人员，必须掌握PLC及其控制系统的基本原理与应用技术，以适应当前电气控制技术的发展需要。,本任务的要求是初步认识PLC并达到以下目标:（1）直观了解PLC在工业自动化生产及生活中的应用。（2）直观认识PLC，包括PLC的实物外形、品牌、种类、主要技术指标及特。（3）比较PLC与继电器控制方式，直观认识PLC的控制形式。,相关知识,一、可编程控制器的产生和发展,可编程控制器问世以前，工业控制领域中是继电接触器控制占主导地位，这种控制结构的装置体积大、耗电多、可靠性差、使用寿命短、运行速度慢，特别是对生产工艺多变的系统适应性差，一旦生产任务或工艺变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，造成人力、物力及财力的严重浪费。,1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为适应汽车型号的不断翻新，想寻找一种办法，在汽车改型时以尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统、降低成本、缩短时间，设想把计算机的完备功能、灵活性与通用性等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，做成一种能适应工业环境的通用控制装置。,1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，获得成功。从第一台PLC诞生，经过40多年的发展，现已发展到第四代。,各代PLC的特点与应用,二、可编程控制器的定义,可编程控制器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。,它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，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，都易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。,三、可编程控制器的特点,1可靠性高，抗干扰能力强。2编程简单，易于掌握。3组合灵活，使用方便。4功能强，通用性好。5开发周期短，成功率高。6体积小，质量轻，功耗低。,四、可编程控制器的分类,1按结构形式分类,（1）整体式PLC又称为单元式或箱体式PLC。（2）模块式PLC又称积木式PLC。,2按I/O点数和存储容量分类,（1）小型PLC，I/O点数在256点以下。（2）中型PLC，I/O点数在2562048点之间。（3）大型PLC，I/O点数在2048点以上。,3按功能划分,（1）低档机。主要用于逻辑控制、顺序控制的单机控制系统。（2）中档机。有较强的模拟量处理、数值运算及联网通信等功能。（3）高档机。有带符号算术运算以及其他特殊功能运算。,五、可编程控制器的硬件组成,PLC硬件系统结构图,1中央处理单元（CPU）,（1）CPU的作用1）接收并存储用户程序、数据等信息。2）自诊断电源、存储器、I/O以及用户程序中存在的语法错误。3）PLC投入运行后，执行用户程序。（2）CPU的类型1）单片机芯片，用于小型PLC。2）通用微处理器芯片，用于中型PLC。3）双极型位片式微处理器芯片，用于中大型PLC。4）专用微处理芯片。,2存储器,（1）系统程序存储器用于存放系统程序，其内容由制造商开发并固化在EPROM中，用户不能直接存取。系统程序存储器包括系统监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断程序等，与硬件共同作用决定该型PLC具备何种功能。（2）应用软件存储器又称为系统RAM存储区，它由三部分组成，包括I/O映像区（开关量I/O、模拟量I/O）、各类编程软器件存储区以及用户程序与数据存储区（PLC技术指标中的存储量通常就是指该区域容量）。用于PLC运行中的各类信息的存取操作。,3输入、输出单元（I/O通道）,PLC在程序执行过程中要调用I/O映像区中各种输入的开关量或数字量信号，当程序全部执行完毕又要将I/O映像寄存器中各输出状态或数据传送到相应的输出装置，I/O映像寄存器所有信息的进出都要通过I/O通道。,4电源单元,PLC一般是由交流直接供电。因此，PLC内部一般都配置有一个高质量的开关电源(DC12V或DC24V)，除供内部电路工作外还可提供一定容量给外部传感器等输入装置使用。当外部I/O模块或输入设备较多超出PLC内部直流电源容量时,控制系统要求外配直流电源。,六、可编程控制器扩展系统的组成,1I/O扩展模块和扩展单元,2I/O特殊功能模块,用于增加I/O点数。模块或单元内包含输入接口电路、输出接口电路或兼具输入、输出接口电路。,该模块包括高密度I/O单元、模拟I/O单元温度传感单元、凸轮控制单元、PID单元、位置控制单元、高速技术单元和语音单元等。,3通信接口,4编程器及其他外围设备,一般PLC的CPU模块上至少有一个RS232通信口或是RS485通信口。,通过外设I/O接口可与编程器、打印机、图形监视器等外围设备相连。,七、可编程控制器的工作原理,PLC采用循环扫描的工作方式，工作过程分为输入刷新（读输入）、用户程序执行、输出刷新（写输出）三个阶段（见下图）。整个过程进行一次所需要的时间称为扫描周期。,PLC三个阶段的工作过程,1输入刷新阶段,2用户程序执行阶段,3输出刷新阶段,PLC在输入刷新阶段，以扫描方式依次地读入所有输入信号的通/断状态，并将它们存入输入映像区。,PLC在程序执行阶段，按照先后次序逐条执行用户程序指令，根据用户程序进行逻辑运算，不断得到运算结果，并存入输出映像区，直到用户程序全部被执行完。,当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段，在此期间PLC根据输出映像区中的对应状态刷新所有的输出锁存电路，再经隔离驱动到输出端子，向外界输出控制信号，控制指示灯、电磁阀、接触器等，这才是PLC的实际输出。,八、可编程控制器的基本性能指标,1输入/输出（I/O）点数,I/O点数是指开关量输入/输出点数之和，对于整体式PLC，开关量输入点数通常是总点数的60%，开关量输出点数是总点数的40%。,2存储器容量,厂家在资料中给出的是用户程序存储器容量和数据存储器容量。用户程序存储器容量的大小决定了PLC可以容纳用户程序的长短和控制系统的水平，通常以字为单位，每个字由16位二进制数组成。存储器容量，也可以采用以下公式估算出内部存储器的容量：式中，M为内存字数；Km为每个节点所占内存字数；DI为数字（开关量）输入点数；DO为数字（开关量）输出点数；AI为模拟量输入通道（路）数。,3扫描周期,扫描周期短（或者说扫描速度快）表示PLC系统运行速度快，允许扩大控制规模和提高控制系统的水平。通常用执行1K步程序所用的时间来表示扫描速度快慢。,4编程指令的种类和条数,编程指令的种类和条数是衡量PLC软件功能强弱的主要指标，指令种类和条数越多，软件功能也就越强，能适应更复杂的控制系统。一般PLC的几种典型指令如下：（1）顺序输入指令、顺序输出指令、逻辑指令及程序控制指令。（2）数据处理指令。（3）数据运算指令。（4）特殊指令。,5特殊I/O单元（高功能模块或智能模块）,6远程I/O单元（终端）和网络系统,特殊I/O单元大多具有自己的CPU、存储器和专用集成电路（ASIC），在主机（CPU单元）的协调管理下，能够与主机并行工作而不受主机扫描周期的影响，从而使PLC能够完成复杂的高精度控制任务。可见，特殊I/O单元种类的多少及功能的强弱是衡量PLC产品水平的重要指标。,所谓远程I/O单元，就是具有通信接口的I/O单元和特殊单元，这些单元通常称为终端，,任务实施,一、参观学校PLC实训室,参观学校PLC实训室，指出实训设备中PLC各部分的结构组成；认识手持编程器、通信电缆等；记录PLC的品牌及种类，并查阅相关资料，了解PLC的主要技术指标及特点（见下表）。,参观PLC实训室记录表,二、参观工业自动化企业,参观工业自动化生产程度较高的企业，了解电气自动化在企业应用的现状及发展趋势，观察自动化设备的运行情况，听企业工程师讲解PLC在控制系统中所起的作用和地位（见下表）。,参观工业自动化企业记录表,三、比较继电器与PLC控制系统的特点,通过上网检索、到图书馆查阅资料等形式，比较继电器控制与PLC控制系统的性能区别（见表4）。,表4PLC与继电接触器控制系统的比较,1欧洲的PLC产品,德国西门子（SIEMENS）公司、AEG公司和法国的TE公司是欧洲著名的PLC制造商。西门子公司的PLC产品包括LOGO、S7-200、S7-300、S7-400、工业网络、HMI人机界面、工业软件等，目前常用的西门子S7系列。,知识拓展,德国西门子S7系列PLC,2美国的PLC产品,美国有100多家PLC生产厂商，著名的有A-B（AlienBradley）公司、通用电气（GE）公司、莫迪康公司（施奈德）、西屋公司等。其中，A-B公司是美国最大的PLC生产商，它的PLC5系列非常有名。其下有PLC5/10、PLC5/11、PLC5/250等多种型号。,美国A-B公司生产的PLC产品,3日本的PLC产品,日本的PLC产品在小型机领域颇具盛名，如欧姆龙、三菱、松下、富士、日立等，在世界小型机市场上，日本产品约占70%的份额。,欧姆龙C200系列,三菱FX3U系列PLC,知识目标,1掌握CP1H系列PLC的硬件组成及结构。2掌握CP1H系列PLC内部软元件类型及功能。3掌握PLC的选型原则。,能力目标,1能识别CPIHPLC外部接线端子的名称及其含义。2能完成PLC硬件电路的接线。,任务2CP1H系列PLC硬件组成及接线,工作任务,如下图所示为启/停按钮控制1只灯的电路。电路控制过程为：按下启动按钮SB1，接触器KM线圈得电并自锁，时间继电器KT线圈同时得电延时，经过延时时间后，信号灯HL点亮；按下停止按钮SB2，接触器KM线圈、时间继电器KT线圈同时失电，且信号灯HL同时熄灭。,本任务要求根据CP1HPLC的输入/输出端子图，绘制PLC外部接线图，完成右图所示的电路功能，并完成PLC控制系统的外部接线。返回38页返回72页,启/停按钮控制1只灯的电路图,任务分析,要完成本任务，首先要确定PLC的外部元件（即输入、输出元件），然后进行PLC机型的选择并进行I/O地址的分配。根据I/O地址分配情况，绘制PLC硬件接线图，进行电路安装和检测，最后把事先给定的梯形图下载到PLC中，并运行和调试系统，直到系统成功运行。,任务分析,上图中的按钮、接触器、信号灯都是PLC的外部元件，其中，启动按钮SB1和停止按钮SB2是输入元件，接触器KM1的线圈和信号灯HL是输出元件。要完成输入、输出元件的安装，即PLC硬件接线，就必须要熟悉PLC硬件实物、PLC硬件外部特征（包括各接线端子的名称、含义及所处位置）以及PLC硬件接线工艺等，这是PLC控制电路安装的必备知识。,一、CP1HPLC的基本结构,CP1HCPU单元包括X（基本型）、XA（带内置模拟输入输出端子）、Y（带脉冲输入输出专用端子）3种类型。,相关知识,CP1HPLC主机总体结构图,二、输入/输出单元规格,1数字量（开关量）输入单元X/XA型CPU单元的输入继电器占用0CH的位0011，1CH的位0011，共计24点。因为0CH/1CH的高位位1215通常被系统清除，故不可作为内部辅助继电器使用。,内置输入与端子台排列的关系,开关量输入单元电路图,2数字量（开关量）输出单元X/XA型CPU单元的输出继电器占用100CH的位0007，101CH的位0007，共计16点。,内置输出与端子台排列的关系,继电器输出单元电路图,3输入输出（I/O）扩展单元20点和40点的CP1H，可连接7台扩展I/O单元（CPM1A系列），最大输入输出点数可达320点。,CP1H的CPU扩展I/O机架结构图,三、CP1H系列PLC的内部存储器,1CIO（通道输入输出继电器）区域在CIO区域中，用来控制I/O点的字称为I/O字或通道，I/O字中的位称为I/O位。（1）I/O字：CP1H系列PLC输入单元位于CPU单元上的0CH和1CH，该输入单元的24个端子，按顺序对应于地址0CH的0位11位和1CH的0位11位（12位15位不可用）,即位地址从0.00到0.11和1.00到1.11共24个继电器。若该输入单元的0号端子外接开关接通，即输入位置ON，则程序就可通过I/O位读取输入状态。,（2）I/O位：CP1H系列PLC输出单元位于CPU单元上的100CH和101CH，该输入单元的16个端子，按顺序对应于地址100CH的0位7位和101CH的0位7位（8位15位可作为内部辅助继电器用）,即位地址从100.00到100.07和101.00到101.07共16个继电器。若要使连接在0号端子外部器件得电，相应的100.00就要置ON。,2WR（内部辅助继电器）区域WR区域作用于内部辅助继电器，仅可在程序上使用。WR区域的字地址范围是W000W511，位地址是W0.00W511.15。内部辅助继电器区域包括两种，一是12001499CH、38006143CH，在CPU单元扩展时可分配其他特定用途，二是W000W511，在CPU单元功能扩展时不能分配其他特定用途。,3AR（特殊辅助继电器）区域AR区域包括系统设定的继电器和用户进行设定操作的继电器，由自诊断发现的异常标志、初始设定标志、操作标志、运行状态监视数据等构成。AR字的地址为A000A959CH，AR位的地址为A0.00A959.15。AR区域包括读取专用区域A000A447CH和可读取/写入区域A448A959CH，对于可读取/写入区域，也不可进行强制的置位/复位。,4HR（保持继电器）区域HR区域用于存储/操作各种数据并可按字或位存取，字地址为H000H511，位地址为H0.00H511.15。HR位可按任何次序使用，并可与普通位一样用于程序。当系统操作方式改变、电源中断或PLC停止操作时，HR区域能够保持状态。HR区域的字和位可用于在PLC操作中止保留数据，HR的位还有各种特殊应用。,5TR（暂时存储继电器）区域TR区域只给LD指令和OUT指令提供16个位，用于某些分支类型梯形图程序。TR区域地址为TR0TR15。只要同一TR位在同一指令块重复使用，每位可以任意次序并任意次数使用。,6T/C（定时器/计数器）区域T/C区域用来生成和编制定时器/计数器，并能保存定时器/计数器的结束标志，设定值（SV）和当前值（PV），通过T/C号（T0000T4095，C0000C4095）可存取这些数。每一个T/C号可定义一个定时器或一个计数器，但所有定时器/计数器的T/C号不能重复。定时器/计数器在电源中断时能保持定时器/计数器的设定值（SV），保持定时器的当前值（PV），但不能保持计数器的当前值（PV）。,7DM（数据存储器）区域DM区域为32K字，用来存放内部运算的中间结果及最终结果、处理数据的中间结果及最终结果、转换数据、由外部设备输入的各种数据以及特殊I/O单元的设定数据等。,四、PLC的外部接线,1电源/接地线的布线电源单元向CPU和I/O单元提供电源，电源单元有直流（DC）和交流（AC）两种输入，可以按照需要选择。,AC电源型布线示意图,DC电源型布线示意图,2输入/输出的布线（1）输入布线X/XA型的输入电路为24点/1公共。由于只有一个公共端子，COM端子的连接导线请使用有充足电流容量的电线。AC电源型的下部端子台中含有DC24V输出端子，作为输入电路用的DC电源使用。,输入端子布线示意图,（2）输出布线X/XA型（本任务只限继电器输出）的输出电路为16点/6公共，布线如下图所示。,输出端子布线示意图,五、PLC的选择原则,1PLC机型的选择（1）结构形式的选择（2）安装方式的选择（3）功能要求的选择（4）响应速度的要求（5）系统可靠性的要求（6）机型统一的要求,2PLC的容量选择（1）I/O点数：通常I/O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10%15%的备用量来确定。（2）用户存储容量：用户存储容量的大小由用户程序的长短决定。一般可按下式估算，再按实际需要留适当的余量（20%30%）。存储容量=开关量I/O点总数10+模拟量通道数100,3I/O模块的选择（1）开关量I/O模块的选择1）开关量输入模块的选择2）开关量输出模块的选择（2）模拟量I/O模块的选择1）模拟量输入模块的选择2）模拟量输出模块的选择,4电源模块及其他外设的选择（1）电源模块的选择（2）编程器的选择（3）写入器的选择,一、安装CP1HCPU单元,1.将该单元背面的DIN导轨安装销用旋具（螺钉刀）等拉出，使其处于“开锁”状态，然后安装到DIN导轨上。2.从DIN导轨的上侧挂好，向内插入安装。3.将DIN导轨安装销全部向上压，锁定（见下图）。,任务实施,拉出导轨安装销,锁定导轨安装销,二、I/O地址分配,根据任务分析，按钮SB1和SB2属于控制信号，作为PLC的输入量分配接线端子；接触器KM1线圈和信号灯HL属于被控对象，作为PLC的输出量分配接线端子（见下表）。,I/O地址分配表,三、绘制PLC硬件接线图,根据前图和上表绘制PLC硬件接线图。,PLC硬件接线图,四、电路安装,1配齐并检查元器件根据上图配齐相关的元器件，配齐相关的元器件，检查元器件的规格是否符合要求，并用万用表检测元器件是否完好。2固定元器件按照如下图所示的元器件布置图，固定元器件。要求元件布置整齐、合理，固定牢靠，并贴上醒目的文字符号。,元器件布置图,3布线（1）输入端接线。将输入信号公共端子COM与DC24V直流电源的正极相连接，将SB1、SB2的一端经端子排分别接PLC的输入端I:0.00、I:0.01，按钮的另一端相连接经端子排接DC24V直流电源的负极。（2）输出端接线。将输出端Q:100.00、Q:100.01分别接上接触器KM1的线圈和信号灯HL，接触器KM1的线圈和信号灯HL的另一端接在一起，再经熔断器FU2接端子排上的AC220V电源N端子，输出公共端子COM接端子排上的AC220V电源L端子。,（3）电源端接线与接地。将CP1HCPU模块的接地端子接地，将CP1HCPU模块的N端接至端子排上的AC220V电源N端子，将CP1HCPU模块的L端经空气开关QS接至端子排上的AC220V电源L端子。对照图20所示的硬件接线图，检查输入、输出端和电源接线是否正确。,五、运行调试,1将AC220V电源线接至端子排上的L、N端子上，并接通AC220V电源，合上空气开关，这时“STOP”状态指示灯黄灯亮。2将CP1HCPU模块的工作模式切换至“RUN”状态。3观察输入/输出指示灯、信号灯HL的状态以及接触器KM线圈通电状态，并记录于下表中。,运行情况记录表,任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：1最大限度地满足被控对象的控制要求。2保证PLC控制系统安全可靠。3力求简单、经济、使用及维修方便。4适应发展的需要。,知识拓展,知识目标,1熟悉CX-Programmer编程软件的基本功能和主界面组成。2了解PLC的编程语言与程序结构。,能力目标,1会安装与使用CX-Programmer编程软件。2能使用CX-Programmer编程软件完成梯形图程序的写入、下载、运行与监控操作。,任务3CX-Programmer编程软件的安装与使用,工作任务,用CX-Programmer编程软件编写如下图所示的梯形图程序，并完成程序的传送、运行与监控操作。,梯形图程序,任务分析,本任务的目的就是通过对上图所示梯形图程序的写入，使初学者能够逐步掌握CX-Programmer编程软件的使用，并且能够正确的下载、运行及调试编写的梯形图程序。要想完成本任务，就需要了解CX-Programmer编程软件（以下简称CX-P编程软件）的组成、图标含义及功能，工程文件建立的步骤及方法，程序的编制、下载及测试方法等。,相关知识,一、PLC的编程语言,1梯形图梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是在传统的继电器控制系统电路图的基础上演变而来的一种图形语言，是借助类似于继电器的动合、动断触点，线圈以及串、并联等术语和符号，根据控制要求连接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形，直观易懂。,继电器控制原理图,PLC梯形图,2指令表指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言一样由操作码和操作数组成。在无计算机的情况下，适合采用PLC手持编程器对用户程序进行编制。同时，指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应，在PLC编程软件下可以相互转换。,PLC梯形图,指令语名表,二、CX-Programmer7.3编程软件概述,CX-Programmer是欧姆龙公司开发的PLC梯形图编程软件，它在Windows系统下运行。7.3版本的CX-Programmer是一个用于欧姆龙CP系列、CQ系列、CS/CJ系列、CV系列以及C系列PLC的编程工具。,计算机软硬件最低配置要求,三、CX-Programmer7.3编程软件的主界面,CX-Programmer操作主界面,主界面一般可以分成以下几个区：1标题栏2菜单栏3工具栏4状态栏5工程工作区6图表工作区7输出窗口,任务实施,一、CX-P软件的安装,安装前，要认真阅读安装说明书，按说明书来安装软件。准备好CX-P编程软件的三张安装盘（即CX-one1、CX-one2、CX-one3）。,1先安装NetFramework及其所提供的SP（1）把第三张光盘（CX-one3）放入光驱，安装文件在DotNetFramework目录里，先运行dotnetfx.exe安装NetFramework。（2）安装完毕后再运行DotNetFrameworkSP1NDP1.1sp1-KB867460-X86.exe，安装NetFramework所提供的SP。,2进行CXP软件的安装（1）按安装向导的提示，逐步进行，在用户信息对话框里，要输入正确的序列号。（2）确定所要安装的程序要安装到哪个目录，系统默认是安装到C：ProgramFileOMRONCX-One中。（3）选择安装类型。,二、梯形图离线编程,1创建新的工程（1）启动CX-Programmer。,（2）“新建”文件。（3）设置PLC。,2编程操作（1）新建“触点”符号，并定义。,（2）执行“新线圈”命令，输入相应信息。,2编程操作（3）执行“新指令”符号，并定义。将光标置于线圈的正下方，并紧贴右母线的位置单击，弹出“新指令”对话框，在指令处填入大写“TIM”，在“操作数”处，用鼠标单击不同位置，分别填入TIM编号“0000”及定时器设定值“#0050”。,3检查程序和存盘（1）执行“PLC/程序检查选项”命令，系统提供4种检查级别供用户选择，由高到低分别是A、B、C、定制4级。（2）执行“PLC/编译所有的PLC程序”命令，检查的结果将显示在输出窗口中的编译区内，用户可查看系统检查的结果。,“程序检查选项”对话框,编译结果,三、程序下载,1PLC与计算机连接CPlH型PLC的程序传送主要有两种方式：一种采用USB的传输模式；另一种采用串行通信接口RS-232的传输模式。,USB通信电缆,RS-232C通信电缆,（1）使用USB通信电缆初次连接PLC时，要求安装驱动程序。（2）驱动程序所在的路径“C:ProgramFilesOMRONCX-ServerUSBwin2000_XPinf”。,2PLC在线工作选取主菜单中“PLC（C）”选项，在下拉菜单中单击“在线工作（W）”，或者直接用鼠标单击工具栏上的“在线工作”按钮“”。,图PLC在线连接,3程序下载程序传送操作可用于传送和比较上位机与PLC内存中的程序，是