计算机在热加工中的应用-第5章 PLC系统

1、第5章 PLC系统,本章要点 1.了解PLC结构与工作原理,本章目录,5.1 PLC的简述 5.2 PLC的基本结构与工作原理 5.3 PLC的指令与编程 5.4 应用举例,5.1.1 可编程序控制器的产生和现状 第一台PLC是美国数字设备公司研制生产的，并成功地应用到美国通用汽车公司(GM)的生产线上。它既具有继电控制系统的外部特性，又具有计算机的可编程性、通用性和灵活性， 并开创了自动控制设备的新局面。 20世纪80年代， 国外工业界把引进了微处理器的可编程序逻辑控制器正式命名为可编程序控制器(programmable controller，简称PC)。在我国，一部分技术人员为了将其与个人

2、计算机(personal computer，简称PC)区别开来，仍把可编程序控制器简称为PLC。,输入/输出为40个点的PLC。 上端为输入端，有二排接点，共24个输入点。 下端为输出端，二排接点，共16个输出点。,1985年1月， 国际电工委员会对可编程序控制器给出如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在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指令，并通过数字式、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连成一个整体，易于扩充的原则设计”。,

3、5.1.2 可编程序控制器的特点 可编程序控制器专为在工业环境下应用而设计，以用户需要为主，又采用了先进的微型计算机技术，具有以下显著特点： （1） 可靠性高。 （2） 编程简单、 使用方便。 （3）通用性好，具有在线修改能力。 （4） 缩短设计、施工、投产试制周期，维护容易。 （5） 体积小。 PLC作为通用自动控制设备，可用于单一机电设备的控制，也可用于工艺过程的控制，而且控制精度相当高，操作简便，又具有很大的灵活性和可扩展性。因此，PLC广泛应用于机械制造、冶金、化工、交通、电子、电力、 纺织、 印刷及食品等几乎所有工业行业。,5.1.3 PLC的应用 （1） 开关逻辑控制，这是PLC最

4、初也是最基本的应用范围。 可以用PLC取代继电控制用于机床电气、自动生产线、 高炉上料系统、电梯及自动生产线等控制系统中。 （2） 闭环控制PLC可用于闭环的位置控制和速度控制， 如轧钢机、自动焊机等。大型PLC都配有PID调节功能， 能完成诸如锅炉、冷冻、反应堆、水处理及酿酒等闭环系统的过程控制。 （3） 机械加工的数字控制。 （4） 机器人控制。目前，机器人在工厂自动化网络中和生产线上得到越来越多的普遍使用。 （5） 组成多级分布式控制系统。 PLC控制技术已在世界范围内广为流行，国际市场竞争相当激烈，产品更新也很快。 ,5.1.4 可编程序控制器的分类 1 按照点数、 功能不同分类 根据

5、输入/输出（I/O）点数、 存储器容量和功能， PLC分为小型、中型和大型三类。 2 按照结构形状分类 根据PLC各组件的组合结构，可将PLC分为整体式和机架模块式两种 3 按照使用情况分类 根据使用情况又可将PLC分为通用型和专用型两类。,本章目录,5.1 PLC的发展概况和主要特点 5.2 PLC的基本结构与工作原理 5.3 PLC的指令与编程 5.4 应用举例,5.2.1 PLC的基本结构,CPU模块 I/O模块 编程器 电源 接口,PLC 编程器,7-1,1、中央处理单元CPU CPU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

6、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。,3 PLC的I/O模块 输入 / 输出接口是 PLC 与外界连接的接口。 输入接口用

7、来接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等的开关量输入信号。另一类是由电位器、测速发电机和各种变送器等来的模拟量输入信号。 输出接口用来连接被控对象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等。,输入模块,直流输入接口单元电路,继电器输出 晶体管输出 晶闸管输出,输出模块,电源 一般市电（220） 直流24V PLC有24V（DC直流）输出。 编程器 外围设备 利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，检查程序。,5.2.2 PLC的工作原理,PLC有两种工作状态，即运行（RUN）状态和停止

8、（STOP）状态。 在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直到PLC停机或切换到STOP工作状态。 除了执行用户程序外，每次循环过程中，PLC不还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5 个阶段。 PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。,扫描周期 在工作状态下，执行一次上图所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期。其典型值为1-100ms。,1.输入采样阶段。 PLC 首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入内存中各对应的输入映像寄存器中。此时，输入映

9、像寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段，此时输入影响寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。 2 程序执行阶段。 根据 PLC 梯形图程序”先左后右，先上后下”扫描原则进行逐句扫描。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。当指令中涉及输入、输出状态时， PLC 就从输入映像寄存器“读入”上一阶段采入的对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件 ( “软继电器” ) 的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件 ( “软继电器” ) 的状

10、态会随着程序执行过程而变化。 3 输出刷新阶段。 在所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通 / 断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出，驱动外部负载。,可编程控制器的主要性能指标 1 I / O点数 I / O点数是指可编程控制器组成控制系统时所能接入的输入输出信号的最大数量，即可编程控制器外部输入、输出端子数。通常，在总点数中，输入点数大于输出点数，且输入与输出点不能相互替代。 2 扫描速度 一般以执行 1000 步指令所需的时间来衡量，单位为毫秒 / 千步。也有以执行一步指令时间计，单位为微秒 / 步。 3 存储器容量 可编程控制器中程序指令是按“

11、步”存放的，一“步”占用一个地址单元，一个地址单元一般占用两个字节。如存储容量为 1000 步的可编程控制器，其存储容量为 2K 字节。 4 编程语言 可编程控制器采用梯形图、布尔助记符、菜单图、功能模块图和语言描述等编程语言。,本章目录,5.1 PLC的发展概况和主要特点 5.2 PLC的基本结构与工作原理 5.3 PLC的指令与编程 5.4 应用举例,1. 梯形图 2. 逻辑功能图 3. 指令语句表 4. 逻辑代数式,本章目录,5.1 PLC的发展概况和主要特点 5.2 PLC的基本结构与工作原理 5.3 PLC的指令与编程 5.4 应用举例,PLC在电动机控制中的应用,异步电动机单方向运行主电路与控制电路，其中： SB1：起动按钮 SB2：停止按钮 FR：热继电器 KM：接触器 FU1、FU2：熔断器 QS：刀开关 L1、L2、L3：电源引入线,1.异步电动机控制电路,KM,Q0,继电接触器控制电路转换成PLC梯形图的形状 SB1I0 SB2I1 KM Q0,2.