第5章可编程序控制器(扼要).ppt

,5.1PLC概述PLC概念特点发展历程基本组成,5.2三菱PLC功能模块输入输出模块A/D模块D/A模块PID模块高数计数模块通信模块,5.3PLC在机床加工业应用在焊接工业中应用在过程控制工业中应用,5可编程序控制器,一、定义国际电工委员会IEC定义：可编程序控制器是一种专为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统。它采用可编程序的存储器，用来在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，控制各种生产机械或过程。,以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术（3C）的一种新型工业自动控制装置。,5、1可编程序控制器概述,二、发展概况1968年美国通用汽车公司为适应生产工艺不断更新的需要，急需改造汽车的生产设备的传统控制方式。提出十项技术指标在社会上招标。1、编程简单，可在现场修改程序。2、硬件维护方便，采用插件式结构。3、可靠性远远超过继电器系统。4、体积小于继电器控制系统。5、可将数据直接送入管理计算机。6、成本上可与继电器系统竞争。,5、1可编程序控制器（概述）,7、输入可以是AC115V。8、输出为AC115V，2A以上，能直接驱动电磁阀。9、扩展时，原有系统只做很小改动。10、用户程序存储器容量至少可以扩展到4K。美国数字设备公司DEC1969年研制可编程序控制器PDP-14。,PLC发展经历五代。1969-1972年，CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器。逻辑、定时、计数。,5、1可编程序控制器（概述）,1988年至今，主机与功能模块根据需要拼接，PC机编程，编程语言丰富，可接于DCS、FCS的现场I/O站作为网络节点，实现局域过程控制。西门子、欧姆龙、三菱、AB等PLC,1973-1975年，CPU用微处理器，半导体存储器。能实现数字运算、传送、比较等功能。,1976-1983年，8、16位微处理器，大规模集成电路应用，运算功能增强，自诊断、通信功能。,1984-1988年，16位、32位微处理器，超大规模集成电路应用，编程语言除梯形图，还有高级语言，手持编程器，可作为网络接点挂接到网络上。,5、1可编程序控制器（概述）,三、可编程序控制器的特点,1、适用各种复杂工业控制领域既有过程控制又有运动控制领域，根据需要选用PLC主机及功能模块，积木式拼接组成控制装置。,3、安全可靠，环境适应性好硬件电子器件采用工业、军用级器件，冗余配置，软件有自诊断、自恢复功能，平均无故障时间2万小时以上。,5、1可编程序控制器（概述）,2、使用方便、维护简单工程师用梯形图编程，自诊断、监控功能，迅速找到故障点，予以排除。,5、1可编程序控制器（概述）,4、通信与联网能力强接入DCS、FCS，PLC与计算机等远程装置通信。实现远程监控。,四、硬件组成,5-1硬件组成框图,5、1可编程序控制器（概述）,作用：接收现场的输入信号，将输入的电平转换为PLC内部的0、1信号。输入结构形式：汇点式和分隔式。,输入模块类型：直流开关输入模块,交流开关输入模块,输入器件：按钮、开关、传感器等主令控制信号。,5、2三菱可编程序控制器功能模块,1、开关量输入模块,供电方式：内部供电，不用外部电源。,图5-2直流开关量输入模块原理图,（1）直流开关输入模块,图5-3交流开关量输入模块原理图,（2）交流开关输入模块,2、输出模块作用：输出PLC的控制信号，控制外部负载的通断。输出线圈得失电，控制输出触点通断，控制输出负载通断。,5、2三菱可编程序控制器功能模块,输出结构形式：汇点式和分隔式。分汇点式和分隔式，按负载输出电流大小选择。,输出模块类型：继电器输出模块、晶体管输出模块、可控硅输出模块,输出器件：接触器、电机、水泵、加热器等。,供电方式：外部交直流供电。,图5-4直流开关量输出模块原理图,（1）晶体管输出模块,图5-5继电器输出模块原理图,（2）继电器输出模块,图5-6交流（双向可控硅）输出模块原理图,（3）可控硅输出模块,（4）开关量输入输出模块等效电路输入器件通断信号对应PLC输入继电器的通断，如X000。输出点(负载)对应PLC某一个输出继电器，用输出继电器编号表示，如Y030。,图5-7开关量输入输出模块等效电路,5、2三菱可编程序控制器功能模块,1、模拟量输入模块（FX2N-4AD）（1）功能：将模拟信号转换为数字量，将数字量读入到PLC内存。,图5-8A/D转换曲线,5、2三菱可编程序控制器功能模块,图5-9模拟量输入模块接线原理图,电压输入模块,5、2三菱可编程序控制器功能模块,（2）接线图,5、2三菱可编程序控制器功能模块,（3）FX2N-4AD模块寄存器设置AD模块与主机通信的数据中介单元。主机通过TO指令对单元数据写。通道选择、采样次数设置、零点、增益设置等。主机通过FORM指令对单元进行读。读转换结果、读识别码、读出错信息等。,5、2三菱可编程序控制器功能模块,A/D模块缓冲寄存器BFM（16位）,带*可读(FROM)可写(TO)。,5、2三菱可编程序控制器功能模块,BFM#0HXXXX需要设置X=0，输入-10V10VX=1，输入4mA20mAX=2，输入-20mA20mAX=3，关闭该通道。,#15=0，转换速度为15mS/通道；=1，转换速度为6mS/通道。,#20=1，所有设定值恢复到出厂值；一般=0。,#21=10，禁止改动零点与增益；=01，允许改动零点与增益。,#22调整零点、增益通道(1允许、0禁止)G4O4G3O3G2O2G1O1,5、2三菱可编程序控制器功能模块,5、2三菱可编程序控制器功能模块,#23零点值，数字输出为0时输入值。一般=0。,#24增益值，数字输出为1000H时输入值。-10V10V数字输出-2000H2000H，1000H对应5V，设置值5000。,#29出错状态信息。监控（读出）,b13b15b12b11b10b4b9b3b2b1b0未定义零点增益平均值数值未定义AD电源零点故障允许/禁止次数故障增益,#30识别码K2010。读出,读指令,A/D模块编号0-7,n,存放地址,单元数,缓冲寄存器编号0-31,含义,0号A/D模块，第2通道A/D转换平均值读到D0开始的一个字的数据寄存器。,AD模块BFM6#PLCD0,写指令,PLC4AD模块BFM1#,2#平均取样4,5、2三菱可编程序控制器功能模块,5、2三菱可编程序控制器功能模块,应用举例FX2N-4AD模拟量输入模块，接在主机0号通道。CH1、CH2通道电压输入，3、4通道不用，计算6次取样平均值。结果存在PLC数据存储器D0、D1中。,图5-10D/A转换曲线,2、模拟量输出模块（D/A模块FX2N-4DA）（1）功能：将PC机内部的数字量转换为标准模拟量信号，输出到PC机外部，作为控制信号送执行器。,5、2三菱可编程序控制器功能模块,控制电/气转换器、电动执行器等。,（2）D/A输出模块接线,图5-11D/A转换输出的电流输出,5、2三菱可编程序控制器功能模块,（3）FX2N-4DA模块寄存器BFM设置DA模块与主机通信的数据中介单元。主机通过TO指令对单元数据写。输出模式选择、输出数据、零点、增益设置等。主机通过FORM指令对单元进行读。读识别码、读出错信息等。DA模块的初始化，数据输出等。,5、2三菱可编程序控制器功能模块,5、2三菱可编程序控制器功能模块,D/A模块缓冲寄存器BFM（16位）,带*可写入，带E掉电保持。,BFM#0HXXXX输出模式设置X=0，电压输出-10V10VX=1，电流输出4mA20mAX=2，电流输出0mA20mA,#1-#4CH1CH4输出数据,#5输出回零/保持从RUNSTOP=0，输出保持；=1，输出回零。,#8,零点、增益调整(1允许、0禁止)G2O2G1O1,5、2三菱可编程序控制器功能模块,G4O4G3O3,#9CH3、CH4,CH1、CH2,#10-#17,零点、增益数据,#20=1，恢复出厂值。,#21=0，I/O禁止调整，写保护；=1，允许I/O调整。,#29出错状态信息。监控（读出）,#30识别码K3020。读出,5、2三菱可编程序控制器功能模块,应用举例FX2N-4DA模拟量输出模块，接在主机1号通道。CH1、CH2通道电压输出，CH3、CH4通道电流输出.,5、2三菱可编程序控制器功能模块,3、热电阻、热电偶模块功能：可接J、K、E、N、S、T、R七种热电偶。可接三线、四线制铂电阻。,图5-12(B)热电偶测温接线,图5-12（A）热电阻测温接线,放大隔离,5、2三菱可编程序控制器功能模块,5、3可编程序控制器应用,一、PLC控制系统设计的一般步骤1、熟悉控制对象，根据控制要求，选取输入、输出器件。（机械手控制、电机控制、炉温控制、电梯控制、物料混合控制等）2、根据输入输出I/O点数量，程序容量情况，具有的特殊功能要求等，选择PLC及其扩展模块。开关量控制：带输入输出I/O点PLC。模拟量控制：A/D、D/A模块+PLC主机（PID控制模块）高速计数：高速计数模块+PLC伺服电机定位：定位模块+PLC炉温控制：温度模块+PLC,3、进行I/O分配，设计PLC外部接线图。输入点数、输出点数、端子号外界的设备，是否需要电源及接触器。4、程序设计及模拟调试。设计PLC控制程序，进行模拟调试，检查软硬件是否满足工艺要求。软件仿真，硬件模拟。5、设计控制面板或控制柜，注意强弱电隔离和屏蔽。人机接口设计6、现场调试。编制技术文件（包括电气原理图、软件清单、使用说明书、元件明细表等）7、交付使用,5、3可编程序控制器应用,编程设备-PC机通过RS232等串行口与PLC通信，通过系统软件实现在线编程。远程编程。,5、3可编程序控制器应用,PLC的软件系统1、系统程序监控程序、解释程序、模块化子程序。2、用户程序,输入,运算,输出,图5-13PLC控制方式,输入继电器常开触点状态取决于输入点的,通断,5、3可编程序控制器应用,电动正反转控制（逻辑量控制）,占空比可调的多谐振荡器（PWM）（逻辑量控制）,复杂抢答器（逻辑量控制）,*大型公用水塔水位高度监控(模拟量控制),*水管流量精确计算（数据处理）,*水温PID控制(模拟量控制),*污水净化控制系统（案例）,*波节管成型控制（案例）,连续灌瓶控制（案例）,5、3可编程序控制器应用,5、3可编程序控制器应用,图5-14延时灯控制,两个定时器的作用?,5、3可编程序控制器应用,图5-15电机正反转控制,电动正反转控制接线图,5、3可编程序控制器应用,图5-15电机正反转控制接线图,0LDX11ANIT22OUTT13K304LDT15OUTT26K107OUTY2,产生周期与脉宽均可调的矩形脉冲。,5、3可编程序控制器应用,图5-16多谐振荡器,【控制要求】小学生组其桌上的X0和X1任何一个抢答按钮按下，Y0灯都亮；大学生组，其桌上的X3和X4抢答按钮必须同时按下时，Y2灯才亮；中学生组按下X2按钮，Y1灯亮。主持人按下X5复位按钮时，Y0，Y1，Y2灯都熄灭。,4、复杂抢答器控制(逻辑控制）,5、3可编程序控制器应用,5、3可编程序控制器应用,图5-17抢答器控制梯形图,5、大型公用水塔水位高度监控(模拟量控制),水位测量：液位传感器将0Hmax转换为010V电压输出。水位监控：水位处于正常高度时，水位正常指示灯亮，水塔剩1/4水量时进行给水动作，水位到达上限时，报警并停止给水。水位采集：通过12位A/D转换器将010V电压转换为04000数字量输出。,功能,5、3可编程序控制器应用,图5-18大型公用水塔水位高度监控系统组成框图,正常,报警,上水电磁阀,5、3可编程序控制器应用,5、3可编程序控制器应用,图5-20大型公用水塔水位高度监控梯形图,5、3可编程序控制器应用,6、水管流量精确计算（数据传送与参数计算指令）,【计算要求】假设水流速与水管直径已知。通过公式水流量=水管横截面积流速计算水流量。要求水流量的计算结果单位为mm3/s及cm3/s。,5、3可编程序控制器应用,水管直径与流速初始化,水管截面积计算,水流量,cm3/s,mm3/s,5、3可编程序控制器应用,图5-21水管流量计算梯形图,7、水温PID控制温度测量值与设定值80相减，偏差进行PID运算，结果PWM输出。通过控制器控制加热器的功率。设定PID采样周期400mS，PWM周期4S。,5、3可编程序控制器应用,图5-22水温控制系统组成框图,5、3可编程序控制器应用,软元件功能,D10,PID,D11,D200,D0,5、3可编程序控制器应用,X1,K0,TO,K2,K2,K1,SP=80,PID运算周期400mS,GPWM周期4S,A/D通道2平均次数2次,SET,M0,反作用,比例度100%,积分增益104,微分增益0,5、3可编程序控制器应用,M0,D10,PID,D11,D200,D0,D0,GPWM,D20,Y0,D0送入GPWM变为一定宽度的脉冲由Y0输出,偏差PID结果放D0,M1013,K0,FROM,K6,D11,K1,CH2每秒取样一次读A/D存D11,X0,5、3可编程序控制器应用,图5-23水温PID控制,8、污水净化控制系统,进水阀,控制要求1、将水槽污水经过水泵打到净化设备中，经过过滤器，净化成清水。2、污水到上限，净化10分钟，反冲清洗过滤器直到水位到下限。清洗期间，关进水阀，开循环阀，开排污阀。3、流量计测得流量过低，停止净化。,图5-24污水净化控制系统流程图,5、3可编程序控制器应用,污水净化控制系统,进水阀,控制流程1、启动按钮X1=ON，Y1=ON,Y2=OFF,Y3=OFF2、到上限X2=ON，过滤10分。Y1=ON,Y2=OFF,Y3=OFF3、到时，反冲。Y1=OFF,Y2=ON,Y3=ON4、到下限，转到1循环净化。5、按下停止按钮，净化停止。,6、流速小于设定值，净化停止。,5、3可编程序控制器应用,5、3可编程序控制器应用,软元件功能,5、3可编程序控制器应用,起停净化处理,开进水阀，至上限过滤10分关进水阀,至上限启动定时10分钟,进水阀与（循环阀、排污阀）互锁,定时10分钟，到时反冲，关进水阀，开循环阀、排污阀,到下限，复位T0，开进水阀关循环阀、排污阀。循环,污水净化控制系统梯形图设计,5、3可编程序控制器应用,流量测量加防堵,5、3可编程序控制器应用,图5-26污水净化控制系统梯形图,9、焊接自动化系统举例,图5-27环形焊接自动焊,5、3可编程序控制器应用,动作顺序,气动夹具夹紧-送保护气-接通焊接电源-接通转胎电机-焊接-停焊接电源-停保护气-转胎停转-松开夹具,5、3可编程序控制器应用,PLC控制I/O输入输出端子表,5、3可编程序控制器应用,图5-28环缝焊PLC控制器接线图,环缝焊PLC硬件电路设计,环缝焊PLC软件程序设计,自动M0=1，手动M0=0,X1=1，Y0=1，气动夹具夹紧且自保,定时3S，T0=1，Y2=1，Y3=1，接通电源与指示灯自保，延时5S,延时到，T1=1，Y1=1，Y4=1，转胎且自保,C1计360个脉冲，C1=1,Y5=1,完成焊接,编码器数码通过X0送计数器C1计数,焊完C1=1或停止键按下X2=1，切断焊接电源M2常闭触点使Y2=0，,T2延时2S，其常闭触点使Y1=0，转胎电机断电,T3延时3S，其常闭触点使Y0=0，夹具松开，其常开触点使计数器C1复位重新计数。,图5-29环缝焊PLC控制梯形图,S1,S11,S12,T0,S13,SET,Y6,T1,C1,S14,T2,S15,T3,SET,Y0,RST,Y6,RST,Y0,S16,自动/手动,夹紧,焊接电源,转胎,编码计数,停电源,停转胎,送夹紧,SFC图,T1为定时器，延时接通作用。延时时间到，常开触点接通，起到一个工序到下一个工序转换控制作用。一般有几个工序转换用到几个定时器。C1为计数器，对编码器输入脉冲计数。计到360个脉冲，其常开触点接通，控制中间继电器接通，中间继电器常闭触点控制焊接电源断电。定时器T2、T3控制转胎与启动夹具延时断开作用。到时，其常闭触点切断以前工序。,5、