自动化电器及可编程序控制器可编程控制器概述

第二篇可编程控制器技术

第五章可编程控制器概述第六章三菱FX2N系列可编程控制器及其基本指令的应用第七章FX2N系列可编程控制器步进指令及状态编程法第八章FX2N系列可编程控制器应用指令及编程方法第九章可编程控制系统设计第十章FX2N系列PLC的特殊功能模块及通信第二篇可编程控制器技术

①了解可编程序控制器的基本结构和基本工作过程；②掌握PLC内部等效继电器电路的等效思路；③熟悉PLC的指令系统；④掌握PLC的编程方法和开发步骤。

掌握指令系统与编程方法。

①PLC的梯形图与一般继电器控制原理电路图的异、同点；

②各指令的使用场合和注意点；

③现场器件的常闭触点在梯形图中的使用。

基本要求重点难点第五章可编程控制器概述5.1可编程控制器的基本概念

5.2可编程控制器的特点及应用

5.3可编程控制器的发展

5.4可编程控制器的组成及其各部分功能

5.5可编程控制器的结构及软件

5.6可编程控制器的工作原理

5.7可编程控制器系统与继电接触器系统工作原理的差别5.1可编程控制器的基本概念1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM)，为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标，在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。

①

编程方便，可在现场修改程序；

②

维护方便，最好采用插件式结构；

③

可靠性高于继电器控制装置；

④

数据可直接输入管理计算机；

⑤

体积小于继电器控制装置；

⑥

成本可与继电器控制装置竞争；

⑦

输入电源可为市电（交流115V）；

⑧

输出电源可为市电，负载电流要求在2A以上，

能直接驱动电磁阀、接触器等；

⑨

扩展时，原系统要求变更最少；

⑩

用户程序存储器容量大于4K字节。可编程序控制器的历史5.1可编程控制器的基本概念

1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。

1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为

可编程序控制器（ProgrammableController），简称PC。由于可编程序控制器最初只具备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继电接触器控制，相当于可编程序逻辑控制器（PLC），另一方面，为了与个人计算机（PC）相区别，

因此可编程序控制器简称为PLC。可编程序控制器的历史5.1可编程控制器的基本概念

国际电工委员会(IEC)于82年11月、85年1月和87年2月分别颁发了可编程序控制器标准草稿第一、二稿和第三稿，对可编程序控制器作了如下的定义：

“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其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命令，

并通过数字式或模拟式的输入和输出，

控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，

易于扩充功能的原则而设计”。可编程序控制器的定义5.2可编程控制器的特点及应用

①通用性强；

②功能强；

③可靠性高；

④体积小、耗电少、价格便宜；

⑤编程和接线可同步进行；

⑥扩展灵活、维修方便；

⑦编程语言简单、易掌握；

⑧抗干扰能力强、可靠性高；

⑨输入输出接口电路已设计好，输出驱动能力强。一、可编程序控制器的特点二、可编程序控制器的应用1、开关量逻辑控制

2、运动控制

3、过程控制

4、数据处理

5、通信联网5.3可编程控制器的发展①

向高速度、大存储容量方向发展②向多品种方向发展和提高可靠性（超大型和超小型）③产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的PLC）④分散型、智能型、与现场总线兼容的I/0⑤

加强联网和通信的能力⑥控制的开放和模块化的体系结构可编程序控制器的发展方向5.4可编程控制器的组成及其各部分功能

整体式PLC组成示意图

⑤外部设备①②③③③⑤④③⑤①中央处理单元②存储器③输入/输出单元(模块)④电源5.4可编程控制器的组成及其各部分功能

装有CPU的单元称为CPU模块，其他称为扩展模块。

CPU与各扩展模块间通过电缆连接。中、大型机常采用组合式PLC。

组合式PLC组成示意图

各单元分别做成相应的电路板或模块，插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。5.4可编程程控制制器的的组成成及其其各部部分功功能中央处处理单单元是是PLC的主要要组成成部分分，是系统统的控控制中中枢。。它的主主要功功能是是：接收并并存储储从编编程器器键入入的用用户程程序和和数据据；检查电电源、、存储储器、、I/O以及警警戒定定时器器的状状态，，并诊断断用户户程序序的语语法错错误。。不同厂厂家、、不同同产品品的CPU也不一一样。。一般有有三类类：通通用微微处理理机、、单片片机芯芯片、、位处处理器器。一、中中央处处理单单元(CPU)5.4可编程程控制制器的的组成成及其其各部部分功功能1．系统统程序序存储储器系统程程序是是厂家家根据据其选选用的的CPU的指令令系统统编写写的，，它决定定了PLC的功能能。系统程程序存存储器器是只只读存存储器器，用用户不不能更更改其其内容容。2．用户户程序序存储储器根据控控制要要求而而编制制的应应用程程序称称为用用户程程序。。不同机机型的的PLC的用户户程序序存储储器的的容量量可能能差异异较大大。根据生生产过过程或或工艺艺的要要求，，用户户程序序经常常需要要改动动，所以用用户程程序存存储器器必须须可读读写。。二、存存储器器5.4可编程程控制制器的的组成成及其其各部部分功功能输入/输出模模块：：(一)开关量量I/O模块块1.开关量量输入入模块块①直流输输入；②②交流流/直流输入；；③交交流输入入。2.开关量输出出模块①继电器器输出（交交流/直流驱动））；②晶体管管输出（直直流驱动））；③双向晶晶闸管输出出（交流驱驱动）。(二)模拟量I/O模块(三)其他功能I/O模块三、输入/输出模块5.4可编程控制制器的组成成及其各部部分功能(一)开关量I/O模块1.开关量输入入模块②交流/直流流输入电路三、输入/输出模块①直流输入电电路③交流输入电路5.4可编程控制制器的组成成及其各部部分功能(一)开关量I/O模块2.开关量输出出模块②晶体管输出出电路（直流驱动动）③双向晶闸管管输出电路路（交流驱动动）①继电器输出出电路（交流/直流驱动））三、输入/输出模块5.4可编程控制制器的组成成及其各部部分功能(一)开关量I/O模块3.开关量I/O模块的外部部接线为什么输出端采用分组式或分隔式？实际的接线如何？三、输入/输出模块5.4可编程控制制器的组成成及其各部部分功能模拟量输入入模块结构框图(二)模拟量I/O模块1.模拟量输入模块三、输入/输出模块5.4可编程控制制器的组成成及其各部部分功能模拟量输出出模块结构框图(二)模拟量I/O模块2.模拟量输出模块三、输入/输出模块5.4可编程控制制器的组成成及其各部部分功能(二)模拟量I/O模块模拟量输入入单元框图图模拟量输出出单元框图图三、输入/输出模块5.4可编程控制制器的组成成及其各部部分功能电源部件将将交流电源源转换成PLC的中央处理器器、存储器器等电路工工作所需要要的直流电电源。电源部件还还能使PLC向外部提供供24V的直流电源源，给输入单元元所连接的的外部开关关或传感器器供电。四、电源编程器编程器分为为以下三类类：①简易编程器器②图形编程器器③工业控制计计算机作为为编程器其它外部设设备五、外部设设备5.5可编程控制制器的结构构及软件一、可编程程序控制器器的结构1.按结构分类类整体式：①单元式组合式：②模块式③叠装式2.按控制规模模分类①微型机控制点数在在100点左右。②小型机控制点数在在250点左右。③中型机控制点数在在500～1000点。④大型机控制点数在在1000点以上。⑤超大型机控制点数可可达上万点点，甚至于于几万点。。3.按生产厂家家分类①德国：西门子公司司、…②日本：三菱公司、、OMRON公司、…③美国：GE公司、AB公司、…5.5可编程控制制器的结构构及软件一、可编程程序控制器器的结构西门子S7-2005.5可编程控制制器的结构构及软件一、可编程程序控制器器的结构西门子S7-3005.5可编程控制制器的结构构及软件一、可编程程序控制器器的结构西门子S7-4005.5可编程控制制器的结构构及软件S7系列的网络络结构④过程测量与控制级③过程监控级级②工厂与过程程管理级①公司管理级级金字塔由4级组成一、可编程程序控制器器的结构5.5可编程控制制器的结构构及软件三菱FX2N系列一、可编程程序控制器器的结构5.5可编程控制制器的结构构及软件三菱Q系列一、可编程程序控制器器的结构5.5可编程控制制器的结构构及软件三菱Q系列应用举例一、可编程程序控制器器的结构5.5可编程控制制器的结构构及软件三菱Q系列应用举例一、可编程程序控制器器的结构5.5可编程控制制器的结构构及软件三菱Q系列应用举例一、可编程程序控制器器的结构5.5可编程控制制器的结构构及软件三菱Q系列应用举例一、可编程程序控制器器的结构5.5可编程控制制器的结构构及软件二、可编程程序控制器器的软件(一)可编程控制制器的软件件分类1．系统软件件系统管理程程序用以完完成机内运运行相关时时间分配、、存储空间分分配管理及及系统自检检等工作。。用户指令解解释程序用用以完成用用户指令变变换为机器器码的工作作。系统软件在在用户使用用可编程控控制器之前前就已装入入机内，并永久保存存，在各种种控制工作作中并不需需要做什么么调整。2．应用软件件（用户软件）是用户为达达到某种控控制目的，，采用PLC厂家提供的的编程语言言自主编制制的程序。。5.5可编程控制制器的结构构及软件二、可编程程序控制器器的软件(二)应用软件编编程语言的的表达方式式应用程序编编制需使用用可编程控控制器生产产厂提供的的编程语言言。至今为止没没有能适合合于各种可可编程控制制器的通用用编程语言言。国际电工委委员会(IEC)于1994年5月公布了可编程序控控制器标准准(IEC1131)，其中的第第三部分是是可编程序控控制器的编编程语言标标准(IEC1131-3)。可编程序控控制器的五五种编程语语言5.5可编程控制制器的结构构及软件二、可编程程序控制器器的软件(二)应用软件编编程语言的的表达方式式1．梯形图(LD)梯形图语言言是一种以以图形符号号及其在图中中的相互关关系表示示控制关系系的编程语语言，是从继电器器电路图演演变过来的的。梯形图是PLC编程语言中中使用最广广泛的一种种语言。2．指令表(IL)指令表也叫叫语句表。。由语句指指令依一定定的顺序排排列而成。。类似于单片片机程序中中的汇编语语言。3．顺序功功能图(SFC)顺序功能能图常用用来编制制顺序控控制类程程序。体现了一一种编程程思想，，在程序序的编制制中有很很重要的的意义。。5.5可编程控控制器的的结构及及软件二、可编编程序控控制器的的软件(二)应用软件件编程语语言的表表达方式式4．功能块块图(FBD)功能块图图是一种种类似于于数字逻逻辑电路路的编程程语言，，用类似与与门、或或门的方方框来表表示逻辑辑运算关关系，熟悉数字字电路的的人比较较容易掌掌握。5．结构文文体(ST)为了增强强PLC的数学运算算、数据据处理、、图表显显示、报报表打印印等功能能，许多大中中型PLC都配备了了PASCAL、BASIC、C语言等高高级编程程语言。。这种编程程方式叫叫作结构构文本。。5.6可编程控控制器的的工作原原理一、等效效电路PLC控制接线线图PLC控制等效电路路图（PLC的I/O配置图）继电器-接触器控控制电路路图注意SB2→X1输入电路输出电路梯形图5.6可编程控控制器的的工作原原理一、等效效电路PLC的I/O配置图电机控制电路相似相差常用少用5.6可编程控控制器的的工作原原理二、扫描方式式①读①写②读㈠㈢②写①读③读指令表0LDX01ORY02ANIX13OUTY04OUTT0K1007LDT08OUTY19END②读⑥读㈡④写⑤写⑦写⑧写梯形图5.6可编程控制器器的工作原理理二、扫描方式式㈠㈡㈢5.6可编程控制器器的工作原理理三、工作原理理循环扫描工作作方式PLC工作状态：运行(RUN)状态，执行应用程序序。停止(STOP)状态，编制与修改程程序。PLC执行一次扫描描操作所需的时时间称为扫描周期期。典型值1～100ms。其中大部分时时间用于完成用户户程序的三个阶段。。5.6可编程控制器器的工作原理理四、输入/输出滞后时间间PLC输入输出滞后后时间又称为为系统响应时时间。它由①输入电路的滤滤波时间、②输出模块的滞滞后时间③扫描工作方式式产生的滞后后时间三部分所组成成。响应延迟时间间只有数十毫毫秒，对一般般控制系统影影响不大。扫描工作方式式产生的滞后后5.7PLC系统与继电接接触器系统工工作原理的差差别在逻辑控制场合合，可编程控制器器的梯形图和继电器线路图非常相似。但是这二者之之间在运行时序问题题上，有着根根本的不同。。这就是两种工工作方式的差差别：对于继电器-接触器系统，，为并行工作作方式，所有触点的动动作是和它的的线圈通电或或断电同时发发生的。对于可编程序序控制器系统统，为串行工工作方式，由于指令的分分时扫描执行行，同一个器件的的线圈工作和和它各个触点点的动作并不不同时发生。。举例：①定时点灭控控制；②②台车往往复运动控制制。5.7PLC系统与继电接接触器系统工工作原理的差差别继电接触器控制线路可编程控制器器梯形图(一)定时点灭控制制PLC的I/O配置图接触器线圈KM为“断电”状态输出：无输出继电器Y1为“定时点灭””状态输出：反复循循环断0.5s、通0.5s原理分析（自学）5.7PLC系统与继电接接触器系统工工作原理的差差别(一)定时点灭控制制①③③③③③③③④②初始状态；①SA合上，②KT线圈通电，延时；③延时到，，KT常闭点断开，，KT常开点闭合，，KT线圈断电，KT常开点不能闭闭合，KT常闭点重新闭闭合，④KM线圈断电；回到②重复上上述过程。继电接触器控控制线路分析析线路分析的结结果：KM接触器线圈处于“断电”状态。几乎同时进行5.7PLC系统与继电接接触器系统工工作原理的差差别(一)定时点灭控制制可编程控制器器梯形图分析析0.5s0.5s0.5s一个扫描周期期①②③④⑧梯形图分析的的结果：Y1输出继电器处于“定时点灭””状态。⑥⑦⑤①②③④⑤⑥⑦⑧断0.5s、通0.5s反复循环5.7PLC系统与继电接接触器系统工工作原理的差差别控制要求：按下启动按钮钮SB，①电机M