《可编程控制器PLC应用技术》ppt课件.ppt
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1、2022/11/24,1,绪 论,一、可编程控制器的简史及定义二、可编程控制器的特点三、可编程控制器的应用四、可编程控制器的发展前景课程性质课程目的和要求,2022/11/24,2,一、 可编程控制器的简史及定义,60年代,1969年美国数字设备公司(DEC),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。,2022/11/24,3,一、可编程控制器的简史及定义,20世纪70年代中末期,PLC进入了实用化发展阶段,20世纪80年代初,PLC在先进工业国家广泛应用,20世纪末期,PLC已适应现代工业控制的需要,21世纪初的几年,随着计算机通讯技术的发展,PLC重点发展了
2、网络通讯能力,并广泛应用于工业控制系统的各个领域,2022/11/24,4,一、可编程控制器的简史及定义,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。,为了和个人计算机(PC)相区别,将最初用于逻辑控制的可编程控制器称为 PLC(Programmable logic Controller)。,1985年1月国际电工委员会(IEC)制定了可编程控制器的标准,并定义了 PLC 。 可编程控制器是以微机技术为核心的通用工业自动控制装置 ,简称 PLC。,2022/11/24,5,一、可编程控制器的简史及定义,目前
3、世界上生产品牌PLC的著名公司: 美国艾伦-布拉德利公司( A-B :Allen-Bradley) 德国西门子公司(Siemens) 法国的施耐德公司( TE :Telemecanique) 日本三菱公司(MITSUBISHI) 日本欧姆龙公司(OMRON) 日本富士电机公司(Fuji Electric) 日本东芝公司(TOSHIBA) 日本松下电工公司(MEW)等,2022/11/24,6,二、可编程控制器的特点,可靠性高,抗干扰能力强,通用性强,使用方便,模块化结构,组合灵活,编程简单,易学易用,体积小,重量轻,能耗低,系统设计、建造工作量小,改造容易,2022/11/24,7,三、可编程
4、控制器的应用,开关逻辑控制,运动控制,闭环过程控制,数据处理,通讯及联网,2022/11/24,8,四、可编程控制器的发展前景,速度更快、存储容量更大、可靠性更高,向超小型和超大型方向发展,规范化、标准化,出现通用编程语言,通讯、联网能力更强,与工业控制计算机组网,出现PLC品牌垄断国际市场的局面,技 术,规 模,产 品,通 讯,市 场,2022/11/24,9,四、可编程控制器的发展前景,2022/11/24,10,课程性质,可编程控制器应用技术是电类和机电类专业的专业基础课,2022/11/24,11,课程目的和要求,1了解可编程控制器的基本结构、特点和应用场合2明确可编程控制器的硬件配置
5、、工作原理和工作过程3掌握可编程控制器基本逻辑指令及编程方法,掌握编程软件的使用4熟悉可编程控制器功能指令及编程方法5能正确使用可编程控制器并完成I/O设备的接线6掌握程序设计的思想和方法7掌握程序运行和调试的方法,会分析实验与实训现象8具备阅读和分析实际应用程序与梯形图的能力9能借助产品说明书和技术手册,查阅有关数据和功能,正确使用PLC10能在生产现场进行简单的程序设计,运行、调试、维护PLC控制系统,2022/11/24,12,学习方法,认真听课,注意老师对问题的分析,通过案例分析和实训环节获得编程的思想和方法,理论联系实际,带着问题学,学深入,注重实训环节,训练应用PLC的技能,注意对
6、知识的记忆和回味,几分耕耘、几分收获,2022/11/24,13,第1章 可编程控制器的硬件 构成及工作原理,1.1 可编程控制器的硬件构成1.2 可编程控制器的工作原理,2022/11/24,14,1.1 可编程控制器的硬件构成,1.1.1 CPU模块及存储器,1.1.2 输入输出接口电路,1.1.3 电源,1.1.4 外部设备,2022/11/24,15,1.1 可编程控制器的硬件构成,可编程控制器主机,可编程控制器编程器,图1.1 可编程控制器及编程器,2022/11/24,16,1.1 可编程控制器的硬件构成,图1.2 PLC的硬件结构,PLC由CPU、存储器、输入/输出接口、内部电源
7、和编程设备几部分构成,2022/11/24,17,1.1.1 CPU模块,从存储器中读取指令 执行指令 准备取下一条指令 处理中断,CPU是PLC的运算控制中心,它在系统程序的控制下,完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分的工作,其具体作用是:,CPU模块(中央处理器+存储器),2022/11/24,18,1.1.1 CPU模块,RAM: 随机存储器,可读可写,没有断电保持功能。,ROM:只读存储器,只读,不能写。,RAM存放用户程序,ROM存放系统程序,存储器用于存放系统程序、用户程序和运行中的数据。包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。,EPROM:可擦除程序的只读存储器
8、,用紫外线照射芯片上的透镜窗口,可以擦除已写入的内容,而写入新的程序。,EEPROM:可电擦除的只读存储器,兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取的优点。,2022/11/24,19,输入输出接口是PLC与工业控制现场各类信号连接的部分。,1.1.2 输入输出接口,输入接口用来接受生产过程的各种参数(输入信号)。,输出接口用来送出可编程控制器运算后得出的控制信息(输出信号),并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。,为了适应可编程控制器在工业生产现场的工作,对输入输出接口有二个主要的要求: 良好的抗干扰能力 能满足工业现场各类信号的匹配要求,2022/11/24,20,可编程控制器为不同的
9、接口需求设计了不同的接口单元:,开关量输入接口 其作用是把现场的开关量信号变成可编程控制器内部处理的标准信号。,开关量输入接口按可接纳的外部信号电源的类型不同,分为直流输入单元和交流输入单元。,开关量输出接口按可编程控制器机内使用的器件不同,分为继电器型、晶体管型和可控硅型。,1.1.2 输入输出接口,开关量输出接口 其作用是把可编程内部的标准信号转换成现场执行机构所需的开关量信号。,2022/11/24,21,开关量输出接口,其作用是把PLC的内部信号转换成现场执行机构的各种开关信号。,考虑负载的驱动电源时,还需选择输出器件的类型。,继电器型的输出接口,可用于交流及直流两种电源,接通和断开的
10、频率低,带负载能力强;,晶体管型的输出接口有较高的接通断开频率,但只适用于直流驱动的场合;,可控硅型的输出接口仅用于交流驱动的场合,适用快速、频繁动作和大电流的场合。,开关量输出接口,1.1.2 输入输出接口,2022/11/24,22,模拟量输入接口(AD模块) 模拟量输入接口把现场连续变化的模拟量信号转换成适合可编程控制器内部处理的二进制数字信号。,模拟量信号输入后一般经运算放大器放大后进行AD转换,再经光电耦合后为可编程控制器提供一定位数的数字量信号。,1.1.2 输入输出接口,图1.8 模拟量输入单元框图,2022/11/24,23,模拟量输出接口( DA模块) 模拟量输出接口将PLC
11、运算处理后的数字信号转换为相应的模拟量信号输出,以满足生产过程现场连续控制信号的需求。模拟量输出接口一般由光电隔离、DA转换和信号驱动等环节组成。,图1.9 模拟量输出单元框图,1.1.2 输入输出接口,2022/11/24,24,为了适应更复杂的控制工作的需要,可编程控制器还有一些智能控制单元,如PID单元、高速计数器单元、温度控制单元、通信单元、定位单元等。特殊功能模块都是独立的工作单元,它们和普通输入输出接口的区别在于都带有独立的CPU,有专门的处理能力。,智能输入输出接口(特殊功能模块),1.1.2 输入输出接口,2022/11/24,25,1.1.3 电源,可编程控制器的电源包括:*
12、 为可编程控制器各工作单元供电的开关电源* 为掉电保护电路供电的后备电源,一般为电池,2022/11/24,26,1.1.4 外部设备,可编程控制器一般可配备的外部设备: 编程器 盒式磁带机,用以记录程序或信息 打印机,用以打印程序或制表 EPROM写入器,用以将程序写入用户EPROM中 高分辨率大屏幕彩色图形监控系统,用以显示或监视有关部分的运行状态,编程器,2022/11/24,27,1.2 可编程控制器的工作原理,1.2.1 扫描工作方式1.2.2 程序执行过程1.2.3 输入输出的处理规则1.2.4 信息刷新方式1.2.5 输入输出滞后时间,2022/11/24,28,1.2.1 扫描
13、工作方式,扫描:,从0000号存贮地址开始,在无中断或跳转控制的情况下,按存贮地址号递增的方向顺序逐条扫描用户程序直到程序结束。,完成一次扫描程序后,再从头开始扫描,并周而复始地重复。一个循环扫描过程称为扫描周期。扫描过程分为三个阶段进行:即输入采样(输入处理)阶段,程序执行(程序处理)阶段,输出刷新(输出处理)阶段。,2022/11/24,29,输入映像寄存器,采样,元件映像寄存器,写,写,读,输出锁存电路,输出端子,输入端子,1.2.2 程序执行过程,读,图1.11 PLC 的扫描工作过程,刷新,2022/11/24,30,1.2.2 程序执行过程,输入采样阶段: PLC以扫描方式按顺序将
14、所有输入端的输入信号状态(开或关、即ON或OFF、“1”或“0”)读入到输入映像寄存器中寄存起来,称为对输入信号的采样,或称输入刷新。 接着转入程序执行阶段,在程序执行期间,即使输入状态变化,输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。,2022/11/24,31,1.2.2 程序执行过程,程序执行阶段: 程序执行阶段,PLC对程序按顺序进行扫描; 如果程序用梯形图表示,则总是按先左后右、先上后下的顺序进行扫描; 每扫描到一条指令时,所需要的输入元件状态或其它元件的状态分别由输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出,而将执行结果写入到元件映像寄存器
15、中; 元件映像寄存器中寄存的内容,随程序执行的进程而动态变化。,2022/11/24,32,1.2.2 程序执行过程,输出刷新阶段: 程序执行完后,进入输出刷新阶段。此时,将元件映像寄存器中所有输出继电器的状态转存到输出锁存寄存器,再去驱动用户输出设备(负载),这就是PLC的实际输出。,扫描周期: PLC重复执行上述三个过程,每重复一次的时间就是一个工作周期(或扫描周期)。工作周期的长短与程序的长短、指令的种类和CPU执行的速度有关。一个扫描过程中,执行指令程序的时间占了绝大部分。,PLC在每次扫描中,对输入信号采样一次,对输出信号刷新一次。这就保证了PLC在执行程序阶段,输入映像寄存器和输出
16、锁存寄存器的内容或数据保持不变。,2022/11/24,33,1.2.5 输入输出滞后时间,输出模块的滞后时间与模块开关元件的类型有关: 继电器型输出电路的滞后时间一般最大值在10ms左右。 双向可控硅型输出电路的滞后时间在负载被接通时的滞后时间约为1ms,负载由导通到断开时的最大滞后时间为10ms。 晶体管型输出电路的滞后时间一般在1ms左右。,2022/11/24,34,1.3 PLC的结构特点及技术性能,1.3.1 可编程控制器的结构特点 1.3.2 FX2N系列PLC的主要技术性能,2022/11/24,35,1.3.1 可编程控制器的结构特点,1. 单元式结构,2. 模块式结构,3.
17、 叠装式结构,2022/11/24,36, 把CPU、RAM、ROM、I接口及与编程器或EPROM写入器相连的接口、输入输出端子、电源、指示灯等都装配在一起的整体装置。,1 单元式结构, 一个箱体就是一个完整的PLC,叫做一个单元。,2022/11/24,37,1.单元式结构,2022/11/24,38,1. 单元式结构,输入输出点数是固定的,不一定能适合具体的控制现场的需要。,有时整体PLC的输入口或输出口要扩展,这就又需要一种只有一些接口而没有CPU也没有电源的配件(扩展单元)。,结构紧凑,体积小、成本低、安装方便。,2022/11/24,39,2 模块式结构,把PLC的每个工作单元都制成
18、独立的模块,如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、通讯模块等等。,另外机器有一块带有插槽的母板,实质上就是计算机总线。模块插座插在框架中的总线连接板上,就构成了一个完整的PLC。,2022/11/24,40,2 模块式结构,2022/11/24,41,特点: 系统构成非常灵活,安装、扩展、维修都很方便。 缺点是体积比较大。,2 模块式结构,2022/11/24,42,3 叠装式结构,单元式和模块式相结合的产物, 把某一系列PLC工作单元的外形都作成外观尺寸一致的,CPU、I/O口及电源也可做成独立的,不使用模块式PLC的母板,用电缆联接各个单元,在控制设备中安装时一层层地叠装,这就是叠装
19、式PLC。,2022/11/24,43,1.3.2 FX2N系列PLC主要技术性能,FX2N系列PLC是日本三菱公司继F1、F2系列之后推出的新产品。,它采用整体式结构,按功能可分为基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊适配器等四种类型产品。基本单元内有CPU、存储器、输入/输出、电源等,是一个完整的PLC机,可以单独使用。,2022/11/24,44,基本单元型号表示方法:,1部分用两位数表示输入/输出(I/O)的总点数: 16、24、32、48、64等; 2部分用字符表示输出类型: R 表示继电器触点输出, T 表示晶体管输出, S 表示双向晶闸管输出。,2022/11/24,45,1.3.2
20、 FX2N系列PLC的主要技术性能,8KRAM、EEPROM、EPROM卡盒(选配),项 目,编程方式,梯形图,步进顺控指令,基本指令执行时间,0.08us/步,指令种类,基本指令27条,步进顺序指令2条,功能指令128条,程序容量及类型,输入继电器,性能指标,8K步RAM(标准配置),4K步EEPROM卡盒(选配),24VDC(7mA)光电隔离,2022/11/24,46,2022/11/24,47,2022/11/24,48,第2章 可编程序控制器的软件构成,2.1 可编程序控制器的系统软件2.2 可编程序控制器的应用软件2.3 可编程序控制器的用户工作环境2.4 可编程序控制器的编程软件
21、,2022/11/24,49,第2章 可编程控制器的软件构成,2022/11/24,50,系统软件包括系统管理程序,用户指令解释程序和供系统调用的专用标准程序块等。,系统管理程序用于运行管理、存储空间分配管理和系统的自检,控制整个系统的运行; 用户指令解释程序是把应用程序(梯形图)的输入翻译成机器能够识别的机器语言; 专用标准程序模块是由许多独立的程序块组成,各自能完成不同的功能。,系统程序由PLC生产厂家提供,并固化在EPROM中,用户不能直接读写。,2.1 可编程序控制器的系统软件,2022/11/24,51,2.2 可编程序控制器的应用软件,1、应用软件,2、继电接触器与PLC控制方案的
22、比较,2022/11/24,52,例1 用继电接触器实现电动机启停控制,QS,FR,FU,KM,M3,工作原理: 合刀开关QS,按SB1KM线圈得电,按SB2KM线圈失电,M3,M3 ,KM辅助触头闭合自锁KM主触头闭合M运转,KM辅助触头解除自锁KM主触头断开M停转,KM,SB1,KM,SB2,FR,主电路,控制电路,2022/11/24,53,QS,FR,FU,KM,M3,M3,M3 ,KM,FR,X0,X1,COM,Y0,COM1,Y0,X0,Y0, 220 V,SB1,SB2,PLC,X1,例2 用PLC实现电动机启停控制,主电路,控制电路,用户程序,2022/11/24,54,例3
23、用继电接触器实现电动机 正反转控制,U V W,2022/11/24,55,QS,FR,FU,M3 ,KM2,按SB1KM1得电,KM1常开触头闭合M运转,误按SB2KM2得电,若去掉互锁 合QS,,KM2常开触头闭合,U V W,则电源U、W相间短路,M3 , 熔断器 FU烧毁!,KM1,KM2,SB1,SB3,KR,SB2,KM1,KM2,KM1,KM2,KM1,加互锁防止短路,KM1,KM2,2022/11/24,56,采用电气和机械双重互锁的电动机正反转控制电路,利用复合按钮SB1、SB2,实现机械互锁 正转反转 直接转换,KM1和 KM2的电气互锁必不可少!,2022/11/24,5
24、7,例4 用PLC实现电动机 正、反转控制,PLC内部用户程序,2022/11/24,58,2.2 可编程控制器的应用软件,3、应用软件编程语言表达方式(1)梯形图(Ladder diagram)梯形图语言是一种以图形符号及图形符号在图中的相互关系表示控制关系的编程语言,是从继电接触器控制电路演变过来的。,(2)指令表 (Instruction list)指令表也叫做语句表。它和单片机程序中的汇编语言有点类似,由语句指令依一定的顺序排列而成。,(3)顺序功能图(Sequential function chart)顺序功能图常用来编制顺序控制类程序。它包含步、动作、转换三个要素。,2022/11
25、/24,59,PLC 可看成是由各种功能元器件(软元件)组成的工业控制器。利用编程语言,按照一定的逻辑关系对这些软元件进行编程(调用),就可实现某种控制要求。,PLC 的编程软元件实质上是存储器单元,每个单元都有惟一的地址。为了满足不同的功用,存储器单元作了分区,因此,也就有了不同类型的编程软元件。 在系统软件的安排下,不同的软元件具有不同的功能。FX2N系列PLC 编程软元件如下表所示。,2.3 可编程控制器的用户工作环境,2022/11/24,60,2.3 可编程控制器的用户工作环境,FX2N系列PLC编程软元件一览表 (1),2022/11/24,61,2.3 可编程控制器的用户工作环境
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