电气控制技术与PLC应用5.可编程控制器概述ppt课件.ppt
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,了解可编程序控制器的基本结构和基本工作过程；掌握PLC内部等效继电器电路的等效思路；熟悉PLC的指令系统；掌握PLC的编程方法和开发步骤。,掌握指令系统与编程方法。,PLC的梯形图与一般继电器控 制原理电路图的异、同点；各指令的使用场合和注意点；现场器件的常闭触点 在梯形图中的使用。,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。编程方便，可在现场修改程序；维护方便，最好采用插件式结构；可靠性高于继电器控制装置；数据可直接输入管理计算机；体积小于继电器控制装置；成本可与继电器控制装置竞争；输入电源可为市电（交流115V）；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；扩展时，原系统要求变更最少；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（Programmable Controller），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,通用性强；功能强；可靠性高；体积小、耗电少、价格便宜；编程和接线可同步进行；扩展灵活、维修方便；编程语言简单、易掌握；抗干扰能力强、可靠性高；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,向高速度、大存储容量方向发展 向多品种方向发展和提高可靠性（超大型和超小型）产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的PLC）分散型、智能型、与现场总线兼容的I/0 加强联网和通信的能力 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,一、中央处理单元 二、存储器 三、输入/输出模块四、电源 五、外部设备,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 可编程控制器的组成及其各部分功能,中央处理单元是PLC的主要组成部分，是系统的控制中枢。它的主要功能是：接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并诊断用户程序的语法错误。不同厂家、不同产品的CPU也不一样。一般有三类：通用微处理机、单片机芯片、位处理器。,一、中央处理单元(CPU),5.4 可编程控制器的组成及其各部分功能,1系统程序存储器 系统程序是厂家根据其选用的CPU的指令系统编写的，它决定了PLC的功能。系统程序存储器是只读存储器，用户不能更改其内容。2用户程序存储器 根据控制要求而编制的应用程序称为用户程序。不同机型的PLC的用户程序存储器的容量可能差异较大。根据生产过程或工艺的要求，用户程序经常需要改动，所以用户程序存储器必须可读写。,二、存储器,5.4 可编程控制器的组成及其各部分功能,输入/输出模块：(一)开关量 I/O模块 1.开关量输入模块 直流输入；交流/直流输入；交流输入。2.开关量输出模块 继电器输出（交流/直流驱动）；晶体管输出（直流驱动）；双向晶闸管输出（交流驱动）。(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 可编程控制器的组成及其各部分功能,(一)开关量 I/O模块 1.开关量输入模块,交流/直流输入电路,三、输入/输出模块,直流输入电路,交流输入电路,5.4 可编程控制器的组成及其各部分功能,(一)开关量 I/O模块 2.开关量输出模块,三、输入/输出模块,晶体管输出电路（直流驱动）,双向晶闸管输出电路（交流驱动）,继电器输出电路（交流/直流驱动）,5.4 可编程控制器的组成及其各部分功能,(一)开关量 I/O模块 3.开关量I/O模块的外部接线,三、输入/输出模块,5.4 可编程控制器的组成及其各部分功能,模拟量输入模块结构框图,(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 可编程控制器的组成及其各部分功能,模拟量输出模块结构框图,(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 可编程控制器的组成及其各部分功能,(二)模拟量 I/O模块,三、输入/输出模块,模拟量输入单元框图,模拟量输出单元框图,5.4 可编程控制器的组成及其各部分功能,电源部件将交流电源转换成PLC的 中央处理器、存储器等电路工作所需要的直流电源。电源部件还能使PLC向外部提供24V的直流电源，给输入单元所连接的外部开关或传感器供电。,四、电源,编程器 编程器分为以下三类：简易编程器 图形编程器 工业控制计算机作为编程器 其它外部设备,五、外部设备,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,1.按结构分类 整体式：单元式 组合式：模块式 叠装式2.按控制规模分类 微型机 控制点数在100点左右。小型机 控制点数在250点左右。中型机 控制点数在5001000点。大型机 控制点数在1000点以上。超大型机 控制点数可达上万点，甚至于几万点。3.按生产厂家分类 德国：西门子公司 日本：三菱公司、OMRON公司 美国：GE公司、AB公司,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,西门子S7-200,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,西门子S7-300,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,西门子S7-400,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,S7系列的网络结构,过程测量 与控制级,过程监控级,工厂与过程管理级,公司管理级,金字塔由4级组成,5.5 可编程控制器的结构及软件,三菱FX2N系列,一、可编程序控制器的结构,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,三菱Q系列,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,三菱Q系列应用举例,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,三菱Q系列应用举例,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,三菱Q系列应用举例,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,三菱Q系列应用举例,5.5 可编程控制器的结构及软件,二、可编程序控制器的软件,(一)可编程控制器的软件分类1系统软件系统管理程序用以完成机内运行相关时间分配、存储空间分配管理及系统自检等工作。用户指令解释程序用以完成用户指令变换为机器码的工作。系统软件在用户使用可编程控制器之前就已装入机内，并永久保存，在各种控制工作中并不需要做什么调整。2应用软件（用户软件）是用户为达到某种控制目的，采用PLC厂家提供的编程语言自主编制的程序。,5.5 可编程控制器的结构及软件,二、可编程序控制器的软件,(二)应用软件编程语言的表达方式 应用程序编制需使用可编程控制器生产厂提供的编程语言。至今为止没有能适合于各种可编程控制器的通用编程语言。国际电工委员会(IEC)于1994年5月公布了 可编程序控制器标准(IEC1131)，其中的第三部分是 可编程序控制器的编程语言标准(IEC1131-3)。可编程序控制器的五种编程语言,5.5 可编程控制器的结构及软件,二、可编程序控制器的软件,(二)应用软件编程语言的表达方式 1梯形图(LD)梯形图语言是一种以图形符号 及其在图中的相互关系 表示控制关系的编程语言，是从继电器电路图演变过来的。梯形图是PLC编程语言中使用最广泛的一种语言。2指令表(IL)指令表也叫语句表。由语句指令依一定的顺序排列而成。类似于单片机程序中的汇编语言。3顺序功能图(SFC)顺序功能图常用来编制顺序控制类程序。体现了一种编程思想，在程序的编制中有很重要的意义。,5.5 可编程控制器的结构及软件,二、可编程序控制器的软件,(二)应用软件编程语言的表达方式 4功能块图(FBD)功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，熟悉数字电路的人比较容易掌握。5结构文体(ST)为了增强PLC的 数学运算、数据处理、图表显示、报表打印等功能，许多大中型PLC都配备了 PASCAL、BASIC、C语言等高级编程语言。这种编程方式叫作结构文本。,5.6 可编程控制器的工作原理,一、等效电路,PLC控制接线图,PLC控制等效电路图,（PLC的I/O配置图）,继电器-接触器控制电路图,输入电路,输出电路,梯形图,5.6 可编程控制器的工作原理,一、等效电路,PLC的I/O配置图,电机控制电路,5.6 可编程控制器的工作原理,二、扫描方式,读,写,读,写,读,读,0 LD X01 OR Y02 ANI X13 OUT Y04 OUT T0 K1007 LD T08 OUT Y19 END,读,读,写,写,写,写,5.6 可编程控制器的工作原理,二、扫描方式,5.6 可编程控制器的工作原理,三、工作原理,循环扫描工作方式,PLC工作状态：运行(RUN)状态，执行应用程序。停止(STOP)状态，编制与修改程序。PLC执行一次扫描 操作所需的时间 称为扫描周期。典型值1100ms。其中大部分时间 用于完成用户程序 的三个阶段。,5.6 可编程控制器的工作原理,四、输入/输出滞后时间,PLC输入输出滞后时间又称为系统响应时间。它由 输入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间 扫描工作方式产生的滞后时间 三部分所组成。响应延迟时间只有数十毫秒，对一般控制系统影响不大。,扫描工作方式产生的滞后,5.7 PLC系统与继电接触器系统工作原理的差别,在逻辑控制场合，可编程控制器的梯形图和继电器线路图非常相似。但是这二者之间在运行时序问题上，有着根本的不同。这就是两种工作方式的差别：对于继电器-接触器系统，为并行工作方式，所有触点的动作是和它的线圈通电或断电同时发生的。对于可编程序控制器系统，为串行工作方式，由于指令的分时扫描执行，同一个器件的线圈工作和它各个触点的动作并不同时发生。举例：定时点灭控制；台车往复运动控制。,
