可编程控制器在机床电气控制中的应用.

1、重点：重点： 可编程控制器的工作原理及指令系统。可编程控制器的工作原理及指令系统。 难点：难点：可编程控制器的程序编制。可编程控制器的程序编制。一、可编程控制器的产生一、可编程控制器的产生v 继电器逻辑控制装置接线继电器逻辑控制装置接线v 两者的直观比较两者的直观比较v背景背景19681968年美国通用汽车公司（年美国通用汽车公司（GMGM）生产线。）生产线。功能完备功能完备灵活性高灵活性高通用性好通用性好计算机计算机继电器接触器继电器接触器控制系统控制系统简单易懂简单易懂操作方便操作方便价格便宜价格便宜 编程简单编程简单掌握快掌握快 附加要求附加要求新新型型控控制制器器v 对新型的控制器的具

2、体设想对新型的控制器的具体设想v19691969年年，美国数字设备公司（，美国数字设备公司（DECDEC）根据）根据GMGM公司招标的公司招标的技术要求，研制第一台可编程控制器，并在技术要求，研制第一台可编程控制器，并在GMGM公司汽车公司汽车自动装配线上试用，获得成功。自动装配线上试用，获得成功。v其后，其后，日本、德国日本、德国等相继引入或开发这项新技术，可编等相继引入或开发这项新技术，可编程序控制器由此而迅速发展起来。程序控制器由此而迅速发展起来。v什么是什么是PLCPLC？二、可编程控制器的定义二、可编程控制器的定义 是一种是一种工业控制装置工业控制装置。 是在电器控制技术和计算机技术

3、的基础上开发出来的，并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。技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。v通用叫法通用叫法中文名称为中文名称为可编程控制器可编程控制器；英文名称为英文名称为Programmable Logic ControllerProgrammable Logic Controller，简称，简称PLCPLC。三、国内外主要三、国内外主要PLC产品概况产品概况v 美国的美国的PLCPLC产品：产品： 其中其中A AB B公司公

4、司、 通用电气通用电气(GE)(GE)公司、公司、 莫迪康莫迪康(MODICON)(MODICON)公司、公司、 德州仪器德州仪器(T1)(T1)公司、公司、 歌德歌德(Gould)(Gould)公司、公司、 西屋公司等。西屋公司等。A-B PLCv 欧洲的欧洲的PLCPLC产品：产品： 德国的德国的西门子西门子(SIEMENS)(SIEMENS)、AEGAEG及法国的及法国的TITI公司是欧洲著名的公司是欧洲著名的PLCPLC制造商。制造商。 西门子西门子S5系列系列v 日本的日本的PLCPLC产品：产品： 日本的小型日本的小型PLCPLC很有特色，如很有特色，如欧姆龙、三菱欧姆龙、三菱、松

5、下、富士、松下、富士、日立、东芝等。日立、东芝等。 欧姆龙欧姆龙C60P三菱三菱FX2N系列系列v 我国的我国的PLCPLC产品：产品： 中国科学院自动化研究所的中国科学院自动化研究所的PLCPLC00880088， 北京联想计算机集团公司的北京联想计算机集团公司的GKGK4040， 上海机床电器厂的上海机床电器厂的CKYCKY4040， 苏州电子计算机厂的苏州电子计算机厂的YZYZPCPC001A001A， 北京机械工业自动化研究所的北京机械工业自动化研究所的MPC-001/20MPC-001/20、KB - 20/40KB - 20/40， 杭州机床电器厂的杭州机床电器厂的DKK02DKK

6、02， 天津中环自动化仪表公司的天津中环自动化仪表公司的DJK -S - 84/86/480DJK -S - 84/86/480， 无锡华光电子工业有限公司无锡华光电子工业有限公司( (合资合资)SR)SR1010、SRSR/20/21/20/21等。等。江苏无锡江苏无锡HL-26R2小型小型PLC四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域五、可编程控制器的特点五、可编程控制器的特点v 可靠性高，抗干扰能力强可靠性高，抗干扰能力强 v 通用性强，控制程序可变，使用方便通用性强，控制程序可变，使用方便v 编程简单，容易掌握编程简单，容易掌握 v 控制系统的设计、安装、调试工作量少控制系

7、统的设计、安装、调试工作量少v 维修工作量小，维护方便维修工作量小，维护方便v 体积小，能耗低体积小，能耗低v按结构形式分按结构形式分整体式整体式PLCPLC 将电源、将电源、CPUCPU、I/OI/O接口等部件都集中装在一个接口等部件都集中装在一个机箱内。机箱内。模块式模块式PLCPLC 将将PLCPLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，各组成部分分别作成若干个单独的模块，如如CPUCPU模块、模块、I/OI/O模块、电源模块（有的含在模块、电源模块（有的含在CPUCPU模块中）以模块中）以及各种功能模块。及各种功能模块。一、一、PLC的类型的类型4.24.2PLCPLC的基本结构及工作原

8、理的基本结构及工作原理 西门子西门子 公司的整体式公司的整体式 PLC底版底版 OMRON 公司的模块式公司的模块式 PLC输出设备输出设备输入设备输入设备 I/OI/O扩展扩展 单元单元 特殊功特殊功 能单元能单元主机主机输出单元输出单元输入单元输入单元 电电 源源外设接口外设接口I/OI/O扩扩展展口口存存 储储 器器 系统程序系统程序 存储器存储器 C P U 用户程序用户程序 存储器存储器盒式磁带机盒式磁带机打印机打印机EPROMEPROM写入器写入器 上位计算机上位计算机 PLCPLC编程器编程器可编程终端可编程终端PTPT 整体式整体式 PLCPLC的基本组成框图的基本组成框图二、

9、二、 PLC的基本结构的基本结构1 1、中央处理器（、中央处理器（CPUCPU） 接收并存储用户程序和数据；接收并存储用户程序和数据； 诊断电源、诊断电源、PLCPLC工作状态及编程的语法错误；工作状态及编程的语法错误； 接收输入信号，送入数据寄存器并保存；接收输入信号，送入数据寄存器并保存； 运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户 程序的各种操作；程序的各种操作； 将用户程序的执行结果送至输出端。将用户程序的执行结果送至输出端。 2 2、存储器、存储器 PLCPLC的存储器用来存放程序和数据。的存储器用来存放程序和数据。 程序又分为系统程序和

10、用户程序。程序又分为系统程序和用户程序。 存储区的分配：存储区的分配：1 1、系统程序存储器（区）（、系统程序存储器（区）（ROMROM）2 2、用户程序存储器（区）（、用户程序存储器（区）（RAMRAM）3 3、变量（数据）存储器（区）、变量（数据）存储器（区）.1区区2区区3区区3 3、输入输出接口（、输入输出接口（I/OI/O） 是是CPUCPU与工业现场装置之间的连接部件。与工业现场装置之间的连接部件。(1) (1) 输入接口输入接口 功能功能：采集现场信号，通过光电隔离转换成标准电平送给：采集现场信号，通过光电隔离转换成标准电平送给PLCPLC内部电路。内部电路。 输入信号有开关量和

11、模拟量。开关量输入接口有直流和交输入信号有开关量和模拟量。开关量输入接口有直流和交流两种。流两种。 开关量信号：按钮、开关、继电器触头等开关量信号：按钮、开关、继电器触头等 模拟量信号：电位器、测速发电机等模拟量信号：电位器、测速发电机等 辅助电源：辅助电源：DC24VDC24V输入、输入、 DC12VDC12V输入、输入、ACAC输入输入 对输入的模拟量，需进行模数（对输入的模拟量，需进行模数（A/DA/D）转换，才能为）转换，才能为CPUCPU所接受。所接受。 直流输入电路直流输入电路COM+5VLEDSR3R1AR2CT 内内 部部 电电 路路滤波滤波 光电耦合光电耦合 外部开关外部开关

12、 输入点的输入点的状态显示状态显示 输入点输入点 公共端公共端 交流输入电路交流输入电路LED+5VAR2TCOMSCR1 内内 部部 电电 路路R3滤波滤波 光电耦合光电耦合 输入点的输入点的状态显示状态显示 外部开关外部开关 输入点输入点 (2) (2) 输出接口输出接口 连接被控对象中的各类执行元件：接触器、电磁阀、指连接被控对象中的各类执行元件：接触器、电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等。示灯、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等。为适应不同负载，输出方式有：为适应不同负载，输出方式有：晶体管输出方式晶体管输出方式：驱动用于直流负载：驱动用于直流负载晶闸管输出方式

13、晶闸管输出方式：驱动频繁动作的交：驱动频繁动作的交/ /直流负载直流负载继电器输出方式继电器输出方式：驱动非频繁动作的交：驱动非频繁动作的交/ /直流负载直流负载 PLCPLC的各种输出方式同样都要采用光电隔离。有些的各种输出方式同样都要采用光电隔离。有些PLCPLC还还具有模拟输出接口。具有模拟输出接口。 晶体管输出电路晶体管输出电路光电耦合光电耦合 输出点的输出点的状态显示状态显示 公共端公共端 输出点输出点 晶闸管输出电路晶闸管输出电路 COMLEDR2 C TFU内内 部部 电电 路路R1负载负载光电耦合光电耦合 输出点的输出点的状态显示状态显示 公共端公共端 输出点输出点 继电器输出

14、电路继电器输出电路COMLED J R内内 部部 电电 路路负载负载输出点的输出点的状态显示状态显示 继电器继电器 机械机械触点触点 公共端公共端 输出点输出点 输出端子的接线方式输出端子的接线方式 a)a)输出各自独立输出各自独立（无公共点（无公共点） b) b)每每4 48 8个输出点构成一组个输出点构成一组，公用一个公共点。，公用一个公共点。4 4、 电源单元电源单元 可编程控制器的电源包括可编程控制器的电源包括: : * * 为可编程控制器各工作单元供电的开关电源。为可编程控制器各工作单元供电的开关电源。 * * 为掉电保护电路供电的后备电源，一般为电池。为掉电保护电路供电的后备电源，

15、一般为电池。 电源模块：电源模块：* * 可为可为CPUCPU板、板、I/OI/O板及扩展单元提供工作电源。板及扩展单元提供工作电源。* * 有的有的PLCPLC能向外部提供能向外部提供24V24V的直流电源，可作为输入单元的直流电源，可作为输入单元连接的外部设备的电源。连接的外部设备的电源。5 5、I/OI/O扩展接口扩展接口采用并行通讯方式采用并行通讯方式 CPM1ACPM1A主机与主机与I/OI/O扩展器的连接扩展器的连接主机主机I/O扩展器扩展器连接电缆连接电缆I/O扩展单元扩展单元A/D转换单元转换单元 I/O I/O扩展端口可以连接的设备举例扩展端口可以连接的设备举例6 6、通讯及

16、编程接口、通讯及编程接口采用采用RS-485RS-485或或RS-232RS-232串行总线串行总线 打印机，用以打印程序或制表。打印机，用以打印程序或制表。 EPROMEPROM写入器，用以将程序写入用户写入器，用以将程序写入用户EPROMEPROM中。中。 高分辨率大屏幕彩色图形监控系统，用以显示或监高分辨率大屏幕彩色图形监控系统，用以显示或监 视有关部分的运行状态。视有关部分的运行状态。可编程控制器一般可配备的外部设备：可编程控制器一般可配备的外部设备： 手持编程器手持编程器专用编程器专用编程器装有编程软件的计算机装有编程软件的计算机手持编程器体积小，携带方便，手持编程器体积小，携带方便

17、，在现场调试时更显其优越性，在现场调试时更显其优越性，但在程序输入或阅读理解分析但在程序输入或阅读理解分析时，比较繁琐时，比较繁琐 功能强，可视化程度高，功能强，可视化程度高，使用也很方便，但其价使用也很方便，但其价格高，通用性差格高，通用性差 利用计算机进行利用计算机进行PLCPLC的编程、通信的编程、通信更具优势，计算机除可进行更具优势，计算机除可进行PLCPLC的的编程外，还可作为一般计算机使用，编程外，还可作为一般计算机使用，兼容性好，利用率高。因此采用计兼容性好，利用率高。因此采用计算机进行算机进行PLCPLC的编程已成为一种趋的编程已成为一种趋势势 编程器编程器显示屏显示屏工作方式

18、工作方式选择开关选择开关编程位编程位主机主机监控位监控位运行位运行位编程器编程器 直插式编程器直插式编程器键盘键盘指令键指令键数字键数字键编辑键编辑键清除键清除键工作方式工作方式选择开关选择开关显示屏显示屏键盘键盘 便携式编程器便携式编程器计算机计算机编程编程 软件软件PLCPLC专用电缆专用电缆计算机计算机编程编程 软件软件PLCPLC 通通 信适信适配器配器RS-232RS-232电缆电缆 计算机辅助编程计算机辅助编程输入采样输入采样程序执行程序执行输出刷新输出刷新v 工作方式：工作方式：周期循环顺序扫描。周期循环顺序扫描。v 一个循环扫描过程称为扫描周期。一个循环扫描过程称为扫描周期。v

19、 执行程序时，扫描是从第一条程序开始，在执行程序时，扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转无中断或跳转控控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。到程序结束。三、三、PLCPLC的基本工作原理的基本工作原理1 1、扫描工作方式、扫描工作方式2. 等效电路等效电路 等效电路图等效电路图SB1SB2ST公共端公共端公共端公共端输入部分输入部分输出端子输出端子输入端子输入端子用户程序用户程序输出部分输出部分主电路主电路KMFUFR M 3 QKMQ0.0PLC1MI0.0I0.0I0.1I0.2I0.0Q0.0I0.1I

20、0.2Q0.0 1LI0.1I0.2PLCSB1SB2KMFRI0.0I0.1I0.2Q0.0 1L1MKM线圈通电线圈通电SB1闭合闭合I0.0 闭合闭合接点闭合接点闭合KMFUFR M 3 QKM通电通电KM通电通电触点闭合触点闭合电动机转电动机转触点闭合触点闭合PLC1MI0.0I0.0I0.1I0.2I0.0Q0.0I0.1I0.2Q0.0 1LQ0.0I0.1I0.2SB2STPLCSB1SB2KMFRI0.0I0.1I0.2Q0.0 1L1MKM线圈断电线圈断电I0.1 断开断开接点断开接点断开KMFUFR M 3 QKM通电通电KM断电断电触点断开触点断开电动停转电动停转触点断开

21、触点断开PLC1MI0.0I0.0I0.1I0.2I0.0Q0.0I0.1I0.2Q0.0 1LQ0.0I0.1I0.2SB2STPLCSB1SB2KMFRI0.0I0.1I0.2Q0.0 1L1MSB2闭合闭合 知识回顾知识回顾 一、一、PLCPLC的硬件系统由哪几部分组成？的硬件系统由哪几部分组成？ 二、二、PLCPLC是什么样的工作方式？是什么样的工作方式？ 三、三、PLCPLC对输入对输入/ /输出的处理规则如何？输出的处理规则如何？1 1、输入映像寄存器的数据输入映像寄存器的数据，取决于输入端子在该工作周期的输入采样阶段，取决于输入端子在该工作周期的输入采样阶段所刷新的状态。所刷新的

22、状态。2 2、输出映像寄存器的状态输出映像寄存器的状态由程序输出指令的执行结果确定。由程序输出指令的执行结果确定。3 3、输出锁存电路中的数据输出锁存电路中的数据，由上一个工作周期的输出刷新阶段存入到输出，由上一个工作周期的输出刷新阶段存入到输出锁存电路中的数据确定。锁存电路中的数据确定。4 4、 输出端子板上各输出端的输出端子板上各输出端的ON/OFFON/OFF状态状态，由输出锁存器的内容来确定；，由输出锁存器的内容来确定；5 5、程序执行中所需的输入、输出状态程序执行中所需的输入、输出状态，由输入映像寄存器和输出映像寄存，由输入映像寄存器和输出映像寄存器读出。器读出。读读读读读读写写写写

23、 程序执行程序执行 输入采样输入采样 输出刷新输出刷新Q0.1Q0.0I0.0I0.1Q0.0输输入入端端子子输输入入电电路路用户输入设备用户输入设备输入映像寄存器输入映像寄存器输输出出电电路路输输出出端端子子元件映像寄存器元件映像寄存器输出锁存器输出锁存器 用户输出设备用户输出设备3. PLC信号传递过程信号传递过程1 1、输入映像寄存器的数据，取决于输入端子在该工作周期的输入、输入映像寄存器的数据，取决于输入端子在该工作周期的输入采样阶段所刷新的状态。采样阶段所刷新的状态。2 2、输出映像寄存器的状态由程序输出指令的执行结果确定。、输出映像寄存器的状态由程序输出指令的执行结果确定。3 3、

24、输出锁存电路中的数据，由上一个工作周期的输出刷新阶段存、输出锁存电路中的数据，由上一个工作周期的输出刷新阶段存入到输出锁存电路中的数据确定。入到输出锁存电路中的数据确定。4 4、 输出端子板上各输出端的输出端子板上各输出端的ON/OFFON/OFF状态，由输出锁存器的内容来状态，由输出锁存器的内容来确定；确定；5 5、程序执行中所需的输入、输出状态，由输入映像寄存器和输出、程序执行中所需的输入、输出状态，由输入映像寄存器和输出映像寄存器读出。映像寄存器读出。PLCPLC对输入对输入/ /输出的处理规则：输出的处理规则：注意：注意： PLCPLC重复执行上述三个过程，每重复一次的时间就是一个工重

25、复执行上述三个过程，每重复一次的时间就是一个工作周期（或作周期（或扫描周期扫描周期）。）。 PLCPLC在每次扫描中，在每次扫描中，对输入信号采样一次，对输出信号刷新对输入信号采样一次，对输出信号刷新一次一次。这就保证了。这就保证了PLCPLC在执行程序阶段，输入映像寄存器和输在执行程序阶段，输入映像寄存器和输出锁存寄存器的内容或数据保持不变。出锁存寄存器的内容或数据保持不变。(1) (1) 因以因以扫描的方式扫描的方式执行操作，所以其输入输出信号间的逻辑关执行操作，所以其输入输出信号间的逻辑关 系存在着滞后。系存在着滞后。(2) (2) 扫描周期扫描周期除了执行用户程序所占用的时间外，还包括

26、系统管除了执行用户程序所占用的时间外，还包括系统管 理操作占用的时间。理操作占用的时间。(3) (3) 第第n n次扫描执行程序次扫描执行程序时，时， 所依据的输入数据是该次扫描所依据的输入数据是该次扫描最初最初的输入采样值的输入采样值XnXn； 所依据的输出数据既有本次扫描前的值所依据的输出数据既有本次扫描前的值Yn-1Yn-1，也有本次解算，也有本次解算 结果结果YnYn； 送往输出端子的信号，是本次执行完全部运算后的最终结果送往输出端子的信号，是本次执行完全部运算后的最终结果YnYn。v重要结论：重要结论：梯形图梯形图（LD - Ladder DiagramLD - Ladder Diagram） 顺序功能图（顺序功能图（SFC - SFC - Sequential Function ChartSequential Function Chart） 功能块图（功能块图（FBD - Function Block DiagramFBD - Function Block Diagram） 指令表指令表（IL - Instruction ListIL - Instruction List） 结构文本（结构文本（ST - Structured TextST - Structured Text） 图形语言图形语言 文本语言文本语言 4.3 PLC4.3 PLC的基