机电传动控制PLC课件

1、1第九章 可编程序控制器（PLC，PC）PLC的构成及原理PLC的基本指令系统PLC的基本控制环节PLC控制系统的设计2M3ABC KMFUQS FR输入：SB1,SB2输出：KMKMSB1SB2KMY0X1X0Y0X1SB2SB124VX0输入部分逻辑控制输出部分KM220VY0X1X0COMY0COMKMSB2SB1220V24V34可编程序控制器5可编程序控制器(PLC)的出现 可编程控制器因早期主要应用于开关量的逻辑控制，故其最初被称为可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller)，简称PLC 。 现代的可编程控制器(Programmable Cont

2、roller)已发展到以微处理器为基础、高度集成化的工业控制装置，它是计算机技术与工业控制技术相结合的控制设备。6 1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM) 为了用新的控制装置取代继电器控制装置, 在公开招标中提出了十项招标指标: (1)编程方便，现场可修改程序； (2)维修方便，采用模块化结构； (3)可靠性高于继电器控制装置； (4)体积小于继电器控制装置； (5)数据可直接送入管理计算机； (6)成本可与继电器控制装置竞争； (7)可直接用115V交流输入； (8)输出为115v，2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等 (9)通用性强，要能扩展； (10)用户程序存储器容量可扩

3、展到4KB。7 1969年，美国数字设备公司(DEC)研制成功第一台PLC,应用于美国通用汽车自动装配线上，取得了极大的成功。8可编程序控制器的定义 国际电工委员会(IEC)曾于1982年11月颁布了可编程控制器标准草案第一稿，1985年1月又发表了第二稿，1987年2月颁布了第三稿该草案中对可编程控制器的定义是： 可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储指令、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，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程 可编程控制器及其有关外围设备都

4、按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计9可编程序控制器的发展过程 第一代：从第一台可编程序控制器诞生到70年代初期 第二代：70年代初期到70年代末期 第三代：70年代末期到80年代中期 第四代：80年代中期到90年代中期 第五代：90年代中期至今 101112可编程序控制器的发展趋势 小型PLC向体积缩小、功能增强、速度加快、价格低廉的方向发展，使之能更加广泛地取代继电器控制。 大中型PLC向大容量、高可靠性、高速度、多功能、网络化的方向发展，使之能对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制 13PLC的特点控制功能强大（可以控制开关量、数字量、模拟量等），也可实现开环控制和闭环

5、控制程序功能强大（支持程序控制的子程序、循环、跳转、多任务、中断等）网络功能（可以支持各种工业控制网络、现场总线甚至TCP/IP等）完善的自诊断、报警、监控功能可靠性高，专为恶劣环境设计，硬件和软件均考虑了提高可靠性的措施使用灵活，通过软件改变控制过程，不需要大量改变接线操作、维护简单设计方便14可编程序控制器的应用 (1) 开关量的逻辑控制(2) 位置控制 (3) 过程控制(4) 数据处理(5) 通信联网 (6) 在计算机集成制造系统(CIMS)中的应用 15可编程序控制器(PLC)的应用 16171819第一章 20第一章211.按结构分类 1)整体式PLC 结构： 特点：结构紧凑、体积小

6、，重量轻、价格低，输入、输出点数固定，实现的功能和控制规模固定，灵活性较低。小型PLC常采用这种结构，适应于工业生产中的单机控制。PLC的分类222324 2)组合式PLC 结构： 特点:系统配置灵活，可构成具有不同控制规模和功能的PLC，但它的价格较高。一般大、中型PLC采用这种结构。252627 2.按控制规模分类 PLC大致可分为微型机、小型机、中型机及大型机、超大型机。1）微型机(小于64点）OMRON公司的SP系列28 2.按控制规模分类 2）小型机（小于256点）OMRON公司的CPM1A、CQM系列松下公司的FP1系列293）中型机（小于2048点）OMRON公司的C200H西门

7、子公司的S7-300304）大型机（ 大于2048点）OMRON公司的C1000H松下公司的FP3COMRON公司的2000H315）超大型机 控制点数可达上万点，甚至于几万点. 美国GE公司的9070机，其点数可达24000点，另外还有8000路的模拟量。32OMRON公司CQM系列33松下 FP1系列3435OMRON公司的C1000H36COMRON公司的2000H373839 2.按生产厂家分类 德国西门子公司 美国GE公司日本三菱公司 日本OMRON公司法国施耐得公司 日本日立公司日本松下电工公司 美国ROCKWELL公司日本东芝公司日本富士公司409.1 PLC的基本结构、工作原理

8、一、 PLC的基本结构 PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同. 413)位片式微处理器，也称布尔处理器。PLC使用的CPU主要有以下几种：1)通用微处理器，如8080、6800、Z80A、8086等2)单片机，如8051等。 位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。它主要追求运算速度快，它以4位为一片。用几个位片级联，可以组成任意字长的微处理器。改变微程序存储器的内容，可以改变计算机的指令系统。位片式结构可以使用多个微处理器，将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分，几个微处理器同时进行处理。421）输入电路: 输入电路是PLC与外部连接的输入通道。输入信号

9、(如按钮、行程开关以及传感器输出的开关信号或模拟量)经过输入电路转换成中央控制单元能接受和处理的数字信号。2）输出电路: 输出电路是PLC向外部执行部件输出相应控制信号的通道。通过输出电路，PLC可对外部执行部件(如接触器、电磁阀、继电器、指示灯、步进电机、伺服电机等)进行控制。3）输入/输出电路根据其功能的不同可分为数字输入、数字输出、模拟量输入、模拟量输出、位置控制、通讯等各种类型。 436编程工具 编辑程序、调试程序和监控程序的执行，还可以在线测试PLC的内部状态和参数，与PLC进行人机对话。 作用计算机辅助编程 专用编程器 图形编程器简易编程器44二、 PLC的基本工作原理首先执行自诊

10、断程序，对输入输出点、存储器和CPU进行自诊断。 如有通讯请求，在自诊断后就进行通讯处理。输入采样阶段：当PLC开始工作时，微处理器首先以顺序读入所有输入端的信号状态，并逐一存入输入状态寄存器中。在程序执行期间，即使输入状态变化，输入状态寄存器的内容也不会改变。这些变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被读入。 组成程序的每条指令都有顺序号，在PLC中称步号。指令按步号依次存入贮存单元。程序执行期间，微处理器将指令顺序调出并执行。执行时，对输入和输出状态进行“处理”，即按程序进行逻辑、算术运算，再将结果存入输出状态寄存器中。在所有的指令执行完毕后，输出状态寄存器中的状态通过输出锁存电路转换成

11、被控设备所能接收的电压或电流信号，以驱动被控设备。45二、 PLC的基本工作原理PLC的扫描周期大约为几十msPLC的扫描过程46三、PLC的性能指标1.I/O点数输入、输出端子的个数 2.用户程序存储器容量决定了PLC可以容纳用户程序的长短。 中、小型PLC的存储容量一般在8K以下，大型PLC的存储容量达到256K2M。 3.扫描速度扫描速度是指PLC执行程序的速度，是衡量PLC控制速度的重要指标。 以ms/K字为单位表示，例如20ms/K字，表示扫描1K字的用户程序所需要的时间为20ms。 47 4.指令种类及条数 5.内部器件的种类和数量 包括辅助继电器、定时器、计数器、保持继电器、特殊

12、辅助继电器、数据存储器等等。 6智能单元 PLC不仅能完成开关量的逻辑控制而且利用智能单元可完成模拟量控制、位置和速度控制以及通信联网等。智能单元的种类、功能的强弱是衡量PLC产品水平高低的一个重要指标。489.2 可编程序控制器的编程器件 PLC内部有许多具有不同功能的器件，实际上这些器件是由电子电路和存储器组成的。 输入继电器X是由输入电路和映象输入接点的存储器组成； 输出继电器Y是由输出电路和映象输出接点的存储器组成； 定时器T、计数器C、辅助继电器M、状态器S、数据寄存器D、变址寄存器V/Z等都是由存储器组成的。 为了把它们与通常的硬器件区分开，通常把上面的器件统称为软器件，也称编程器

13、件。 主要针对F-40M的PLC。49Y0X1X0Y0X1SB2SB124VX0输入继电器逻辑控制输出继电器KM220VY0等效继电器线路50时间继电器TF40M -PLC的定时器的定时值K为0.1s-999s。地址号：450-457（8个） 550-557（8个） 定时器的设定值由用户设定，存放在设定值寄存器中；当X0的状态为1时，计数器（当前值寄存器）累加时钟脉冲个数，当计数器的计数值等于设定值时，比较器输出为1，即定时器的状态为1，否则定时器的状态为0。51延时断开的定时器52计数继电器CF40M-PLC的计数器的计数值K为1-999次。地址号：460-467（8个） 560-567（8

14、个）计数输入端复位端53计数器作定时器使用复位端无M71时：运行断电引起计数器中断计数时，当前的计数值仍保存，电源接通后，计数器在此值上继续计数，直到计数值满，输出触点就接通。复位端有M71时：电源中断，计数停止；电源接通，复位，重新计数电源中断的情况：54辅助继电器M PLC中设有许多辅助继电器，辅助继电器由程序指令控制，专供内部编程使用。 可编程控制器一般有通用辅助继电器、断电保持辅助继电器。 作用：相当于继电器控制系统的中间继电器。其触点具有无限对，但不可直接驱动外部负载。可以作移位寄存器使用。同一单元的8位辅助寄存器组成一个移位寄存器559.3 程序的表达方式 -编程和指令系统梯形图

15、采用接点梯形图来表达程序的方法，看上去与传统的继电器线路图非常类似。因此它比较直观形象，对于那些熟悉继电器电路的设计者来说，易被接受。语句表 语句表形式是使用一组助记符来表示程序的各种功能。这一组助记符应包括可编程控制器处理的所有功能。每一条指令都包含操作码和操作数两个部分，操作数一般由标志符和地址码组成。逻辑功能图功能流程图代数表达式高级语言（如C+等）56梯形图、代数表达式、语句表语句表LD X402AND M102OUT Y435LD Y435ANI X403OUT M102AND T451OUT Y43657梯形图的规则：（3）输出用 ( ) 表示， 如 - R0、-Y0 。一个 输出

16、变量只能输出一次。输出前面必须有接点。（4）梯形图中，接点可串可并，但输出只能并不能串。（5）梯形图中，线圈在一个程序中不能重复使用；而触点可以重复使用，而且使用次数不限。（6）梯形图中，线圈应与右边的母线直接连接，线圈右边不能有触点，但左边必须有触点。（7）定时器、计数器的OUT后面,必须紧跟时间常数K.（2）梯形图中的接点（对应触点）有两种： 常开（ ） 和 常闭（ ）（1）梯形图的左边为起始母线，右边为结束母线。 梯形图按从左到右、从上到下的顺序书写。58脉冲指令PLS 脉冲指令PLS： 利用中间继电器将脉宽较宽的输入信号变为脉宽为PLC的一个扫描周期的脉冲信号作用：利用PLS指令，以获得脉冲触发信号599.4 可编程序控制器的应用 用于开关量逻辑控制 取代常规的继电器逻辑控制用于闭环过程控制 PID控制功能用于闭环位置控制和速度控制。PLC配合数字控制 与NC和CNC一起，实现数字控制。用于工业机器人控制 PLC控制机器人、控制自动化生产线用于组成多级控制系统 由FMC、FMS、CIMS形成以计算机为中心的分层分布式控制系统。基层由中、小型PLC和CNC组成，中层由大型PLC作控制单元的数据采集管理、调度和协调控制，上层由计算机作总体管理、信息收集、数据处理、发送命令等。60三相异步电动机启、停控制停止按钮有两种处理方法，可以使用动合触点也可以使