PLC原理及应用30348.ppt

PLC原理及应用,PLC实践教学,第一章PLC简介,PLC应用的广泛性与重要性；什么是PLC；PLC实现的两大类控制；PLC的由来和历史;国外主要的PLC厂商；PLC的主要特点；PLC的一些高级话题(),PLC应用的广泛性与重要性,PLC应用的广泛性现代流程工业(化工,电力,冶金等)离散制造业(汽车,大型装备制造,家电行业)物流(货舱控制)农业,气象,航天领域PLC的重要性重要专业课必须掌握的工作技能,PLC是什么PLC在工厂(感性认识),某钢铁公司的工业加热炉现场,PLC是什么PLC在工厂(感性认识),某钢铁公司的锅炉现场和加热炉现场,PLC是什么?,Programmablelogiccontroller可编程逻辑控制器,计算机控制系统,基于PC总线的工业控制计算机,基于单片机开发的测控装置,集散控制系统DCS,现场总线FCS,PLC-thenewcontroller?Forindustryapplication,？Question:,基于DSP等专用处理器设计的运动控制系统,PLC是什么?-IEC的标准定义,(1)数字运算操作的电子系统,专为工业环境下应用设计的,(2)采用可编程程序存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算,顺序控制,定时、记数和算术运算操作的指令。,(3)通过数字式,模拟式的输入、输出控制各类型的机械或生产过程,(4)按易于使工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计.,PLC实现的两大类控制,逻辑变量-顺序控制(下图所示)模拟量的调节(如PID)如过程变量(如温度,流量,压力,液位)广泛应用于冶金,化工,电力,食品,PLC的由来和历史,关于PLC的疑惑,从我们对于实际的工厂自动化可以看出,PLC(programmablelogiccontroller,是广泛用在自动化领域内的控制器.它不仅可以根据系统工艺要求实现工业过程的,顺序控制,还可以实现温度,流量,压力,液位等模拟量的控制!,answer:,PLC开始是从继电器逻辑控制而来的,主要是来实现顺序控制的,后来模拟量的控制是与DCS融合的结果,历史原因!,PLC的由来和历史,(1)继电器控制,(2)问题,它是用弱电信号控制强电的电力控制系统(如下图所示),复杂;故障查找和调试都是十分麻烦;通用性和灵活性差;项目改造工期长费用高。,PLC的由来和历史,(3)解决方案-PLC(创新),这些问题需要寻求一种新的控制装置来取代老式的继电器控制,使得电器控制系统更加灵活,适应于工艺变动.,能用在工业现场;能改变其控制”逻辑”,而不需要改动组成他的元件和修改内部接线;出现故障易于诊断和维护(与IEC的标准定义相印证),PLC的主要特点,编程方法简单易学功能强,性能价格比高硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强可靠性高,抗干扰能力强系统的设计,安装,调试工作量少维修工作最小,维护方便体积小,能耗低,可编程控制器发展趋势,高性能,高速度,大容量微型化分布式I/O和智能I/O分布式I/O灵活的连接现场设备解决远程控制与分散控制,分布式I/O-ET200M,分布式I/OET200M安装在控制室或现场采用S7-300系列完整的I/O产品体系用于防爆区内的本安模板ExHART协议模拟量输入模板通过PROFIBUS-DP连接AS与I/O可选光缆连接通信线缆冗余,分布式I/O-ET200iS,防爆区域解决方案,工厂综合自动化-概貌(ERP-MES-PCS),工厂综合自动化-简化,ET200M,标准接口,MIS,ERP,资产管理,控制器S7-400,工业以太网,SIMATICPCS7工程师站,SIMATICPDM:-PROFIBUS-PA-PROFIBUS-DP-HART,PROFIBUS-DP现场总线,SIPOS3,5SIPARTDRSIMOVERTSIMOCODE,第2章PLC的硬件结构与工作原理,2.1PLC的硬件结构,整体式PLC,CPU模块，I/O模块和电源模块在一个箱形机壳内。,模块式PLC,1.物理结构,PLC的组成PLC的基本结构,CPU模块I/O模块编程器电源接口,CPU模块,1、中央处理单元CPUCPU是PLC的核心部件，由运算器和控制器组成。主要用于：接收并存储从编程器输入的用户程序；检查编程过程是否出错；进行系统诊断；解释并执行用户程序；完成通信及外设的某些功能。2、存储器存储器有三种。系统程序存储器。用于存放系统程序，这些程序在PLC出厂前就已经固化到只读存储器ROM中。第一部分为系统管理程序；第二部分为用户指令解释程序；第三部分为标准程序模块与系统调用程序。用户程序存储器。用于存储PLC用户的应用程序，在调试阶段，用户程序存放在读写存储器RAM中，可由备用电池（一般为锂电池）保存23年。工作数据存储器。工作数据存储器用来存储工作数据，即用户程序中使用的ON/OFF状态、数值数据等。,2.CPU模块存储器,随机存储器（RAM）读/写；掉电丢失；工作速度快；只读存储器（ROM）读/不能写，掉电保存可以电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）读/写；非易失性；随机存取,存储器系统包括：系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序是PLC的操作系统，存在ROM中。用户程序是由用户编写的系统程序。,3.I/O模块,输入模块(1)1M是同一组的输入点的内部电路公共点；(2)内部有RC滤波电路；(3)包括直流输入和交流输出；,直流输入接口单元电路,3.I/O模块,输出模块（见图2-4，2-5）,输出模块,数字量输出电路的功率元件包括：小型继电器和场效应管原理特点(1).继电器输出模块电压范围广，承受过载能力强，动作速度慢(2).场效应管用于直流负载，可靠性高，反应速度快，寿命长，过载能力差。,2.2PLC的工作原理,用触点和线圈实现逻辑运算,1.用触点线圈实现逻辑运算,PLC的梯形图程序,PLC的工作模式,PLC的工作模式；RUN模式：执行用户程序；STOP模式：创建和编辑用户程序，设置PLC的硬件功能，并将用户程序和硬件设置信息下载到PLC改变工作模式的方法；用模式开关改变工作方式；用STEP7-Micro/WIN32软件改变工作方式；在程序中改变工作模式；,PLC工作原理,读取输入执行用户程序通信处理CPU自诊断测试改写输出中断程序的处理立即I/O的处理,PLC工作原理,扫描工作方式读取输入(1)过程映像区(2)读取过程：读取数字量输入的状态（ON/OFF)外部输入电路闭合：过程映像为1，梯形图常开触点接通，常闭触点断开；外部输入电路断开：过程映像为0，梯形图常开触点断开，常闭触点接通；,PLC工作原理,执行用户程序（1）读I/O映像寄存器以及其他位元件；（2）执行指令，进行逻辑运算（从左到右,从上到下）；（3）运算结果写入映像寄存器；注意（1）在程序执行过程中，输入变化不影响结果；（2）I/O映像寄存器优点；,PLC工作原理,通讯处理处理从通信接口或智能模块接收到信息，读通信数据放缓充区；CPU自诊断测试（1）自动定期检查CPU模块操作和扩展模块操作；（2）复位监控程序（看门狗程序）改写输出将输出过程映像寄存器的0/1状态传送到输出模块并锁存起来,PLC工作原理,中断程序的处理中断发生，CPU停止正常扫描工作模式，立即执行中断功能；立即I/O的处理直接存取I/O点；（1）立即读I/O指令读输入点值时，输入过程映像寄存器值不被更新；（2）立即写输出点，输出映像更新；,PLC工作过程举例,PLC工作过程举例,读取阶段CPU将SB1，SB2的常开触点的ON/OFF读入相应的过程映像区。执行用户指令；修改输出阶段；CPU将各输出过程映像寄存器中二进制传送给输出模块并锁存起来。,输入输出滞后时间,滞后时间概念:系统响应时间，PLC外部输入信号发生变化时刻至它控制的有关外部输入信号发生变化的时刻之间的时间间隔。组成:滞后时间=输入电路滤波时间+输出电路的滞后时间+扫描工作模式的滞后时间各部分分析:,2.3S7-200系列CPU,S7-200新产品介绍；CPU模块；数字量扩展模块；模拟量扩展模块与热电偶，热电阻扩展模块；STEP7-Micro/WIN编程软件与显示面板,2.4PLC的安装,模块的安装与拆卸本机I/O与扩展I/O的地址分配S7-200的外部接线与电源的选择；,交流电源于直流电源的外部接线,对于感性负载的处理,2.5习题,(1)可编程序控制器主要由、和组成。(2)继电器的线圈“断电”时，其常开触点，常闭触点o(3)外部的输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为状态，梯形图中对应的常开触点，常闭触点o,(4)若梯形图中输出Q的线圈“断电”，对应的输出映像寄存器为状态，在修改输出阶段后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈，其常开触点，外部负载。2整体式可编程序控制器与模块式可编程序控制器各有什么特点?分别适用于什么场合？3.RAM与EEPROM各有什么特点?使用RAM存储用户程序时应注意什么问题?,2.5习题,4.交流数字量输入模块与直流输入模块分别适用于什么场合?5.数字量输出模块有哪几种类型?它们各有什么特点?6.简述可编程序控制器的扫描工作过程。,2.5习题,输出寄存器,输入寄存器,处理请求自诊断检查,输出模块,接触器KM,1,0,执行程序,0,1,第3章PLC的程序设计基础,主要讲解内容,PLC的编程语言与程序结构;存储器的数据类型与寻址方式;PLC编程的基本指令系统;位逻辑指令;定时器指令,计数器指令;传送指令,移位指令等；,3.1PLC的编程语言与程序结构,PLC编程语言的国际标准IEC61131-3顺序功能图（SFC）：分析，设计的基本方法；梯形图（LAD)：本门课程的主要方法；功能块图(FBD)指令表(STL)结构化文本(ST),顺序功能图SFC与梯形图LAD,1.顺序功能图（SFC),顺序功能图是分析，设计数字量控制的基本方法,步，转化，动作是顺序功能图的三种元件。,2.梯形图(LAD),梯形图是使用最多的PLC编程语言。触点，线圈,和方框图表示；,语句表（STL）,S7系列PLC将指令表称为语句表。,（1）使用与汇编语言相似的助记符的表达式,（2）语句表可以和梯形图相互转化,PLC的程序结构,PLC的程序结构S7-200CPU的控制程序由主程序，子程序和中断程序组成；主程序：(OB1)每个项目只有一个主程序，在主程序中可以调用子程序和中断程序；子程序：可选的指令的集合，仅在被其他程序调用时执行。中断程序：中断程序不是被主程序调用，他们在中断事件发生时由操作系统调用；,3.2存储器数据类型与寻址方式,数据在存储器中存取方式,1.位，字节，双字,2.数据的存取方式,存储器数据类型与寻址方式,CPU的存储区输入，输出过程映像（I/Q)变量存储器,位存储区（V/M）定时器，计数器，高速计数器（T/C/HC）累加器(AC),特殊寄存器(SM),顺序控制继电器(S)局部存储器(L)模拟量输入，模拟量输出（AI,AQ),常数与字符串的表达格式,常数的表示方法与范围,存储器的寻址方式,直接寻址（只讲此种寻址方式）可以按照字节(B)，字(W)，双字(DW)方式存取V,I,Q,M,S,SM存储器；,举例：VB100,VW100(VB100,VB101),VD100(VB100,VB101,VB103,VB104),输出指令与其他指令,输出立即输出置位，复位立即置位，立即复位其他指令（取反NOT,跳变，空操作）,S7-200常见梯形图指令,常开触点,常闭触点,取反,立即常开,正跳变,负跳变,立即常闭,输出,立即输出,置位,立即置位,复位,立即复位,立即输出：只能用于输出量（），执行该指令时，将栈顶值立即写入指定的物理输出位和对应的输出过程映像区,置位与复位：,从指定的位地址开始的N个位地址都被置位（变为）或复位（变为）；,（）,R,立即置位与立即复位,执行SI或RI指令时，从指定位地址开始的N个连续的物理输出点将被立即置位或复位，N=1128,该指令只能用于输出量Q，新值被同时写入对应的物理输出点和输出过程映像区,立即触点：立即触点指令只能用于输入量I，执行立即触点指令时，立即读入物理输入点的值，根据该点的值决定触点的接通/断开。,立即出点指令并不更新物理输入点对应的输入过程映像区的值,定时器与计数器指令,定时器指令,(1)接通延时定时器,接通延时定时器（TON）的使能输入端（IN）的输入电路接通时开始定时。当前值大于等于预置的设定值时，定时器位变为ON，梯形图中对应的定时器的常开触点闭合，常闭触点断开。达到设定值后，当前值仍然计数，直到最大值32767,输入电路断开后，定时器自动复位，当前值清零，定时器为变为OFF.d,定时器与计数器指令,（2)断开延时定时器指令,断开延时定时器(TOF),用来在IN输入电路断开后延时一段时间后，再使定时器变为OFF,接在定时器IN输入端的输入电路接通时，定时器位变为ON,当前值被清零。输入电路断开后，开始定时，当前值从0开始增大。当前值等于设定值，输出位变为OFF,当前值保持不变，直到输入电路接通。,定时器与计数器指令,（3)保持型接通延时定时器,保持型接通延时定时器的输入电路接通时，开始定时。当前值大于等于设定值时，定时器位变为ON，达到设定值后，当前值仍然继续计数直到达到32767,注意：只能用复位（R）指令来复位，使它当前值变为0，同时使定时器位为OFF,定时器与计数器指令,计数器指令,(1)加计数器(CTU),当复位输入(R)电路断开，加计数器脉冲输入(CU)电路由断开变化为接通（即CU信号的上升沿），计数器的当前值加1，直至计数最大值32767。,当前值大于等于设定值(PV)时，计数器为被置1。当复位输入（R）为ON或执行复位指令时，计数器被复位，计数器位变为OFF,当前值被清零。,定时器与计数器指令,计数器指令,(2)减计数器(CTD),在减计数脉冲的上升沿（从OFF到ON),从设定值开始，计数的当前值减1，减至0时，停止计数，计数器位被置1。装载输入（LD）为ON时计数器位被复位，并把设定值装入当前值。,定时器与计数器指令,计数器指令,(2)加减计数器(CTD),在加计数脉冲（CU）的上升沿，计数器的当前值加1，在减计数脉冲输入（CD）的上升沿，计数器的当前值减1，当前值大于等于设定值时，计数器位被置位。当复位输入为ON时，或对计数器执行复位指令时，计数器被复位。,数据传送指令,1.字节,字和实数的传送这些指令将输入的数据(1N)传送到输出(OUT)，传送过程中不改变数的大小2.字节,字,双字的块传送指令块传送指令将从输入地址(1N)开始的N个数据传送到输出地址(OUT)开始的N个单元，N1255，N为字节变量.3.字节交换指令字节交换SWAP(SwApBytes)指令交换输入字(1N)的高字节与低字节。,4.字节立即读写指令字节立即读MOV_BIR(MoveBytelmmediateRead)指令读取IN输入端给出的1个字节的物理输入点(1B)，并将结果写入OUT。字节立即写MOV_BIW(MoveBytelmmediateWrite)指令将输入(1N)给出的1字节数值写入OUT端给出的物理输出点(QB)。两条指令的IN和OUT都是字节变量。,移位与循环指令,移位指令与循环指令,移位指令将输入IN中的数据的各位向右或向左移动N位后送给输出OUT,移位指令对移出位自动补0循环移位是环形的，即被移出来的位将返回到另一端空出的位置。,定时器与计数器指令,定时器指令,(1)接通延时定时器,接通延时定时器（TON）的使能输入端（IN）的输入电路接通时开始定时。当前值大于等于预置的设定值时，定时器位变为ON，梯形图中对应的定时器的常开触点闭合，常闭触点断开。达到设定值后，当前值仍然计数，直到最大值32767,定时器与计数器指令,（2)断开延时定时器指令,断开延时定时器(TOF),用来在IN输入电路断开后延时一段时间后，再使定时器变为OFF,接在定时器IN输入端的输入电路接通时，定时器位变为ON,当前值被清零。输入电路断开后，开始定时，当前值从0开始增大。当前值等于设定值，输出位变为OFF,当前值保持不变，直到输入电路接通。,定时器与计数器指令,（2)保持型接通延时定时器,保持型接通延时定时器的输入电路接通时，开始定时。当前值大于等于设定值时，定时器位变为ON，达到设定值后，当前值仍然继续计数直到达到32767,定时器与计数器指令,计数器指令,(1)加计数器(CTU),当复位输入(R)电路断开，加计数器脉冲输入(CU)电路由断开变化为接通（即CU信号的上升沿），计数器的当前值加1，直至计数