《数控机床电气控制》课件-PLC介绍

机床电气控制数控PLC的产生与定义一、何为PLCPLC：可编程序控制器二、PLC的产生1.

早期的继电接触器控制系统继电接触器控制系统存在的主要问题：系统体积庞大；动作速度慢；接线复杂、通用性和灵活性差；系统维护难、升级难；可靠性不足。二、PLC的产生2.

汽车制造流水线面临的问题20世纪60年代，汽车生产流水线的自动控制系统就是继电接触器控制的典型代表。随着行业发展，车型更新周期越来越短，每一次改型都直接导致继电接触器控制装置的重新设计和安装，十分费时、费工、费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。二、PLC的产生3.

通用汽车提出要求并招标为了改变这一现状，美国通用汽车公司公开招标，要求用新的控制装置取代继电接触器控制装置，并提出了十项招标指标，即GM十条：01编程方便，现场可修改程序；02维修方便，采用模块化结构；03可靠性高于继电接触器控制装置；04体积小于继电接触器控制装置；05数据可直接送入管理计算机；06成本可与继电接触器控制装置竞争；07输入可以是交流115V；08输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；09在扩展时，原系统只要很小变更；10用户程序存储器容量至少能扩展到4K。二、PLC的产生4.

美国数字设备公司研制出第一台PLC1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。1971年，PLC已经成功地应用于食品、饮料、冶金、造纸等工业。三、PLC的定义国际电工委员会于1982年11月（第一版）和1985年（修订版）对PLC作了定义：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指令，并通过数字式或模拟式的输入与输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC的结构与硬件组成一、PLC的基本结构输入设备输出设备二、PLC的硬件组成电源CPU存储器系统程序存储器用户程序存储器外设接口I/O扩展口输入单元输出单元主机I/O扩展单元特殊功能单元编程器盒式磁带机打印机EPROM写入器上位计算机PLC可编程终端PT…二、PLC的硬件组成1.中央处理器中央处理器（centralprocessingunit，CPU）是PLC的核心。CPU的主要功能01接收和储存用户程序和数据；用扫描的方式采集现场输入装置的状态或数据；监视电源、PLC内部各个单元电路的工作状态；诊断编程过程中的语法错误，对用户程序进行编译；在运行状态，从用户程序存储器中逐条读取指令，分析并执行指令。二、PLC的硬件组成1.中央处理器CPU的主要构成02CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成。

此外，还有外围芯片、总线接口及有关电路。二、PLC的硬件组成1.中央处理器CPU各部分的主要功能03控制器控制PLC工作，由它读取指令，解释并执行命令。工作的时序（节奏）则由振荡信号控制。运算器用于完成算术或逻辑运算，在控制器的指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果。它也是在控制器的指挥下工作。二、PLC的硬件组成2.存储器PLC中使用两种类型的存储器：一种是只读类型存储器ROM，另一种是可读/写的随机存储器RAM。PLC的存储器分为5个区域。二、PLC的硬件组成3.输入/输出模块PLC的输入/输出模块是PLC与工业现场设备相连接的端口，输入和输出信号可以是开关量或模拟量，其接口是内部弱电信号与工业强大信号联系的桥梁。

输入/输出模块主要起隔离保护和信号调理作用。二、PLC的硬件组成3.输入/输出模块输入模块01输入模块是PLC内部输入接口电路，其作用是将PLC外部电路提供的、符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送到PLC内部电路。根据常用输入接口电路电压类型和电路形式的不同，输入接口分为直流输入式和交流输入式两类。二、PLC的硬件组成3.输入/输出模块输出模块02

输出模块是PLC输出接口电路，用来将CPU运算的结果传送给输出端的电路元件，以控制其接通或断开，从而驱动被控负载。

依据不同负载工作电路，PLC输出接口电路有继电器式输出（relayoutput）、晶闸管式输出（thyristoroutput）和晶体管式输出（transistoroutput）三种类型。二、PLC的硬件组成3.输入/输出模块公共端点03

通常在PLC内部将一组输入/输出电路的公共端连在一起，共用一个公共端点（publicendpoints），以减少PLC的外部接线。PLC一般以三四个输出或输入接点为一组，在PLC内部连成一个输出公共端，公共端点之间是绝缘隔离的。分组后，不同的负载可以采用不同的驱动电源。二、PLC的硬件组成4.其他组成部分I/O扩展接口电路可连接I/O扩展单元，可以用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量I/O端子。外设通信接口电路可连接手持编程器等外设，并能组成PLC的控制网络，可以实现编程、监控、联网等功能。电源等PLC的特点一、PLC与继电接触器系统的比较序号比较项目继电接触器控制可编程序控制器控制1控制逻辑硬接线多、体积大、连线多。软逻辑、体积小、接线少、控制灵活。2控制速度通过触点开关实现控制，动作受到继电器硬件限制，通常超过10ms。由半导体电路实现控制，指令执行时间短，一般为微秒级。3定时控制使用时间继电器控制，精度差。由集成电路的定时器完成，精度高。一、PLC与继电接触器系统的比较序号比较项目继电接触器控制可编程序控制器控制4设计与施工设计、施工及调试必须按照顺序进行，周期长。系统设计完成后，施工与程序设计同时进行，周期短。5可靠性与维护继电器的触点寿命短，可靠性和维护性差。无触点、寿命长、可靠性高和有自诊断功能。6价格价格低。价格相对高。二、PLC与微机的比较序号比较项目可编程序控制器控微机控制1应用范围工业控制科学计算、数据处理、计算机通信2使用环境工业现场具有一定温度和湿度的机房3输入/输出控制强电设备，需要隔离。与主机弱电联系，不隔离。4程序设计一般使用梯形图语言，简单易用。编程语言丰富，如C、BASIC等5系统功能自诊断、监控使用操作系统6工作方式循环扫描方式和中断方式中断方式三、PLC的特点PLC的主要特点如下01编程方法简单易学。02硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。03可靠性高。04抗干扰能力强。05系统的设计、安装、调试及维护工作量少。06体积小、重量轻、能耗低。PLC的工作原理1.知识回顾1.知识回顾（1）PLC由硬件和软件两大部分组成。（2）PLC的控制功能是通过运行用户程序来实现的。（3）PLC的工作过程是执行程序的过程。2.PLC的工作原理（1）PLC的工作方式PLC的CPU采取循环扫描工作方式执行用户任务。读输出执行程序写输出执行CPU自诊断处理通信请求一个扫描周期PLC的CPU扫描工作过程2.PLC的工作原理（2）PLC循环扫描工作的各个阶段执行CPU自诊断阶段01每次扫描开始，PLC先执行一次自诊断程序，对各输入/输出点、存储器和CPU等进行诊断。处理通信请求阶段02诊断结束后，如果没有发现故障，PLC将继续往下扫描，检查是否有编程器等的通信请求。如果有故障就进行相应的处理，如接受编程器的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等。2.PLC的工作原理（2）PLC循环扫描工作的各个阶段读输入阶段，又称输入采样或输入扫描03PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入端子信号读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程就称为输入扫描，或输入采样。执行程序阶段04完成输入扫描工作后，CPU将按顺序对从0号地址开始的指令逐条扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获取所需的数据进行运算和处理，再将程序执行的结果写入输出映像寄存器中保存。2.PLC的工作原理（2）PLC循环扫描工作的各个阶段写输出阶段，又称为输出刷新05在每个扫描周期的结尾，CPU把存放在输出映像寄存器中的数据写入输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。2.PLC的工作原理（3）PLC的扫描周期PLC的每个工作循环时间，即程序运行一次所经历的时间称为PLC的一个机器扫描周期，简称扫描周期。概念2.PLC的工作原理（3）PLC的扫描周期

CPU的时钟速度影响扫描周期的因素

PLC的I/O数量

程序的长度3.小结读执行用户程序输入采样输出刷新读写读写PLC的软件系统1.概述2.PLC的系统程序（1）概念：系统程序与PLC的硬件组成有关，由PLC制造厂商设计编写，并直接固化在ROM、PROM或EPROM中，不允许用户进行更改。（2）功能：完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能，提供PLC运行的平台。2.PLC的系统程序（3）构成：

系统管理程序PLC的系统程序

用户程序编辑和指令解释程序

标准子程序与调用管理程序3.PLC的用户程序（1）概念：用户程序是用户根据现场控制的需要，用PLC的程序语言编制的应用程序，用以实现各种控制要求。（2）用户程序的存储：用户程序由用户编写后，可通过编程器写入到PLC的用户程序存储器中。用户程序存储器常用的有RAM、EPROM或EEPROM等类型。3.PLC的用户程序（3）PLC的编程语言：梯形图语句表功能块图顺序功能图结构文本PLC的特点、应用与分类一、PLC的应用一、PLC的应用数字量逻辑控制1运动控制2闭环过程控制3数据处理4通信联网5一、PLC的应用1.数字量逻辑控制自动生产线、机床电气控制、冲压机械、铸造机械、运输带、包装机等控制。2.运动控制金属切削机床、金属成型机械、装配机器人、电梯等。3.闭环过程控制温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。4.数据处理数学运算、数据传输、转换、排查、查表、位操作。5.通信联网PLC与远程I/O、与PLC、与其他智能控制器。二、PLC的分类分类依据类别描述点数/功能小型（含微型）1/O点数小于256点，以开关量控制为主，具有体积小、价格低的优点，如S7-200系列PLC。中型1/O点数为256~1024，兼有开关量和模拟量的控制能力，适用于较复杂的系统逻辑控制和闭环过程控制，如S7-300系列PLC。大型1/O点数在1024以上，用于大规模过程控制、集散式装置及工厂自动化网络，如S7-400系列PLC。结构形式整体式结构将PLC的中央处理器单元，输人/输出部件安装在一块印刷电路板上，并连同电源一起装在一个标准机壳内，形成一个箱体，这种结构简单，体积小，重量轻，通过输人/输出端子与外部设备连接。一般小型PLC常采用这种结构，它适用于单机自动控制。模块式结构把PLC的备个部分制成独立的标准尺寸的模块，主要有CPU模块（包括存储器）。输入模块。输出模块，电源模块及其他各种模块，直接插人机架底板的插座上即可。这种结构形式配置灵活，装配方便，便于扩展，用户根据控制要求灵活地配置各种模块，构成各种控制系统。一般大型、中型PLC采用这种结构。用途通用型PLC作为标准装置，可供各类工业控制系统选用。专用型PLC专门为某类控制系统设计，结构设计更合理，控制性能更完善。PLC的历史与发展趋势一、知识回顾20世纪60年代的汽车工业，车型更新周期越来越短，每一次改型都直接导致汽车流水线的继电接触器控制装置的重新设计和安装，十分费时、费工、费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。1968年，美国通用汽车公司公开招标，要求用新的控制装置取代继电接触器控制装置，并提出了十项招标指标，即GM十条。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。二、PLC的历史发展过程20世纪60年代末—70年代中期早期的PLC应该看作是继电接触器控制装置的替代物。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成。其主要功能只是执行原先用继电接触器完成的计数、定时及开关逻辑控制等。称为：“ProgrammableLogicController”。二、PLC的历史发展过程20世纪70年代中期—80年代中后期中期的PLC采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU），功能远远超出了逻辑控制的范围，具有了PID、A/D、D/A、算术运算、数字量智能控制、监控、通信联网等多方面的功能。