《PLC基本知识》PPT课件.ppt

PLC基本知识,2011-01-22,PLC基本知识,第一部分：什么是PLC第二部分：PLC基本概念及原理第三部分：PLC基本功能第四部分：PLC控制与其他控制的主要区别,第一部分,什么是PLC,什么是PLC？,一、可编程控制器的定义,是一种工业控制装置,是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。,通用叫法中文名称为可编程控制器；英文名称为Programmable Logic Controller，简称PLC。,1987年，国际电工委员会（IEC）定义：“可编程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指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应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”。,试图寻找一种新型的工业控制器，以尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统的硬件及接线、减少时间，降低成本。一种适合于工业环境的通用控制装置。,PLC的最初设想,二、可编程控制器的产生,因为继电器逻辑电路配线复杂,背景：1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。,1968年，GM公司提出十项设计标准：编程简单，可在现场修改程序；维护方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；成本可与继电器控制柜竞争；可将数据直接送入计算机；可直接使用115V交流输入电压；输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；通用性强，扩展方便;能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。,1969年，美国数字设备公司研制第一台可编程控制器，并应用于工业现场。,三、可编程控制器的特点,无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强 通用性强，控制程序可变，使用方便硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强编程简单，容易掌握 系统的设计、安装、调试工作量少维修工作量小，维护方便体积小，能耗低.,四、可编程控制器的应用领域,五、PLC三大流派欧洲：德国的西门子(SIEMENS)、AEG及法国的TI公司美国：A-B（Allen-Bradly）(其产品约占美国PLC市场50的份额。)、GE（General Electric）、莫迪康(MODICON)公司、德州仪器(T1)公司、歌德(Gould)公司、西屋公司 日本：三菱电机（Mitsubishi Electric）、欧姆龙（OMRON）、FUJI（日本主要发展中小型PLC，在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70的份额。在中国，OMRON产品的销量居首位。）目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品；现在市场上出现了系列化的国产PLC，其价格相对低廉，性价比较高。,第一部分结束,按I/O点数分小型PLC I/O点数为256点以下的为小型PLC（其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC）中型PLC I/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC大型PLC I/O点数为2048以上的为大型PLC（其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）,五、可编程控制器的类型,按结构形式分整体式PLC 将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。,五、可编程控制器的类型,模块式PLC 将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。,紧凑式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。,模块式PLC 将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。,紧凑式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。,整体式PLC 将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。,按功能分低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。中档PLC 具有低档PLC功能外，增加模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能。高档PLC 具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能。,六、可编程控制器的发展,高性能、高速度、大容量发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。,向小型化和大型化两个方向发展小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为816点，以适应单机及小型自动控制的需要。大型化是指大中型PLC 向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。,大力开发智能模块，加强联网与通信能力为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。PLC的联网与通信有两类：PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；PLC与计算机之间的联网通信。为了加强联网与和通信能力，PLC生产厂家也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。,增强外部故障的检测与处理能力据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理。而其余80%的故障属于PLC的外部故障。PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。,编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图、语句表语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。,第二部分,PLC基本概念及组成,一、软继电器的概念：对于使用者来说，在编制应用程序时，可以不考虑微处理器和存储器的复杂构成及其使用的计算机语言，而把PLC看成是内部由许多“软继电器”组成的控制器，用提供给使用者的近似于继电器控制线路图的编程语言进行编程。PLC内部的继电器并不是实际的物理继电器，它实质上是存储器中的某些触发器，该位触发器状态为“1”时，相当于继电器接通；该位触发器状态为“0”时，相当于继电器断开。,二、PLC 常用术语 1位 是PLC中逻辑运算的基本元素，通常也称为内部继电器。2I/O点 常用I/O点数来表征PLC的规模。3通道 一个通道含16位，或者说含16个继电器。4区 相同类型通道的集合。数据区、定时/计数器区、内部继电器区等,1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1,数字,2,数字,3,数字,1,数字,0,左字节,右字节,15,14,13,12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0,位,通道,三、PLC系统基本组成,PLC,电源,1.中央处理单元（CPU）：(1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令(2)将各种输入信号取入(3)把运算结果送到输出端(4)响应外设,（1）通用处理器：8086、80286、80386（2）单片机芯片：8031、8096（3）位片式微处理器：AMD-2900小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU大型PLC多采用高速位片式微处理器,RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。,2.存储器,1.系统程序存储器：a.系统管理程序；b.用户指令解释程序；c.标准程序模块与系统调用程序2.用户程序存储器 3.工作数据存储器,3.输入、输出接口：采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。,输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。,输出三种形式：继电器-低速大功率 可控硅-高速大功率 晶体管-高速小功率,输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。,（1）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。,COM,光电三极管,发光二极管,直流电源,输入端子,PLC,发光二极管,继电器输出,（2）输出接口电路：,以继电器形式为例：,PLC,+,交流电源或直流电源,4.电源单元,把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源，可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。可编程序控制器的电源一般采用开关式电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。,第三部分,PLC基本功能,PLC的基本功能,1 逻辑控制功能2 定时控制功能3 计数控制功能4 步进控制功能5 数据处理功能6 回路控制功能7 通讯联网功能8 监控功能9 停电记忆功能10 故障诊断功能,PLC应用于步进电机控制,1 逻辑控制功能,逻辑控制功能是PLC最基本功能之一,是PLC最基本的应用领域，可取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用实例。例如：机床电气控制、起重机、皮带运输机和包装机械的控制、注塑机控制、电梯控制、饮料灌装生产线、家用电器(电视机、冰箱、洗衣机等)自动装配线控制、汽车、化工、造纸、轧钢自动生产线控制等。,2 定时控制功能,定时控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC中有许多可供用户使用的定时器，功能类似于继电器线路中的时间继电器。定时器的设定值(定时时间)可以在编程时设定，也可以在运动过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。同时PLC还提供了高精度的时钟脉冲，用于准确实时控制。,3 计数控制功能,计数控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC为用户提供许多计数器，计数器计数到某一数值时，产生一个状态信号(计数值到)，利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。计数器的设定值可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改。,5 数据处理功能,PLC大部分都具有数据处理功能，可以实现算术运算、数据比较、数据传送、数据移位、数制转换译码编码等操作。中、大型PLC数据处理功能更加齐全，可完成开方、PID运算、浮点运算等操作，还可以和CRT、打印机相联，实现程序、数据的显示和打印。,8 监控功能,PLC设置了较强的监控功能。利用编程器或监视器，操作人员可以对PLC有关部分的运行状态进行监视。利用编程器，可以调整定时器、计数器的设定值和当前值，并可以根据需要改变PLC内部逻辑信号的状态及数据区的数据内容，为调整和维护提供了极大的方便。,9 停电记忆功能,PLC内部的部分存储器所使用的RAM设置了停电保持器件（备用电池等），以保证断电后这部分存储器中的信息能够长期保存。利用某些记忆指令，可以对工作状态进行记忆，以保持PLC断电后的数据内容不变。PLC电源恢复后，可以在原工作基础上继续工作。,10 故障诊断功能,PLC可以对系统构成、某些硬件状态、指令的合法性等进行自诊断，发现异常情况，发出报警并显示错误类型，如属严重错误则自动中止运行。PLC的故障自诊断功能，大大提高了PLC控制系统的安全和可维护性。,第四部分,PLC控制与其他控制的主要区别,从微型计算机（简称微机）的应用范围来说，MC是通用机，而PLC是专用机。简言之，MC是通用的专用机，而PLC则是专用的通用机。微型计算机是在以往计算机与大规模集成电路的基础上发展起来的，其最大特征是运算速度快、功能强、应用范围广。例如近代科学计算、科学管理和工业控制等都离不开它。所以说，MC是通用计算机。而PLC是一种为适应工业控制环境而设计的专用计算机。选配对应的模块便可适用于各种工业控制系统。而用户只需改变用户程序即可满足工业控制系统的具体控制要求。如果采用MC作为某一设备的控制器，就必须根据实际需要考虑抗干扰问题和硬件软件设计，以适应设备控制的专门需要。这样，势必把通用的MC转化为具有特殊功能的控制器，而成为一台专用机。,一、PLC与微型计算机控制的区别,二、PLC与单片机控制的区别1、PLC比单片机容易掌握单片机一般要用机器指令或其助记符编程，这就要求设计人员具有一定的计算机硬件和软件知识。PLC本身是微机系统，使用的术语仍然是“继电器”一类的术语。对于使用者来说，不必去关心微机的一些技术问题，而只要用较短的时间去熟悉PLC的指令系统及操作方法，就能应用到工业现场。,2、PLC比单片机使用简单用单片机来实现自动控制，一般要在输入输出接口上做大量的工作。除了要设计控制程序，还要在单片机的外围做很多软件和硬件方面的工作，调试起来也比较麻烦。PLC的IO口已经做好，输人接口可以与输人信号直接连线，非常方便；输出接口具有一定的驱动能力。且IO口均有光耦合环节，抗干扰能力强。,3、PLC比单片机可靠用单片机作工业控制，突出问题就是抗干扰性能差。PLC是专门应用于工业现场的自动控制装置，在系统硬件和软件上都采取了抗干扰措施。例如光耦合、自诊断、多个CPU并行操作、冗余控制技术等。,