PLC基本知识及CA6140车床的PLC改造课件.ppt

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1、子情境四,PLC,基本知识及,CA6140,车床的,PLC,改造,?,任务一,PLC,的定义、组成及工作原理,?,任务二,电气控制线路分析,?,任务三,CA6140,车床控制线路的,PLC,改造,PLC,的定义,国际电工委员会（,IEC,）于,1982,年,11,月,1985,年,1,月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

2、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”。,PLC,的定义,PLC,是一种数字运算操作的,电子系统，专为工业环境下应,用而设计的工业控制装置。,PLC,的产生与发展,PLC,的应用领域,PLC,与其他工业控制系统的比较,PLC,与继电接触器控制系统的比较,PLC,与计算机控制系统的比较,PLC,的特点,请,同,学,们,结,合,右,边,的,主,题,写,一,篇,关,于,PLC,在,某,个,领,域,应,用,的,综,述,PLC,的基本组成,PLC,主要由,CPU,模块、输入,/,输出模块、电,源模块和外部设备组成,编程器或其他编程设备,S,B,SQ,S,A,HL,YV,K,M,

3、微处理器,存储器,输,入,单,元,输,出,单,元,电源,整体式,组合式,PLC,的基本分类,小型机常采用整体式,中、大型机常采用组合式,认知,PLC,的硬件组成,输,出,设,备,输,入,设,备,I/O,扩展,单元,特殊功,能单元,主机,输,出,单,元,输,入,单,元,电,源,外,设,接,口,I,/O,扩,展,口,存,储,器,系统程序,存储器,C P U,用户程序,存储器,盒式磁带机,打印机,EPROM,写入器,上位计算机,PLC,编程器,可编程终端,PT,整体式,PLC,的基本组成框图,组合式,PLC,的基本组成框图,系,统,总,线,通信单元,控,制,系,统,现,场,过,程,CPU,单元,输出

4、单元,编程器,PLC,或,上位计算机,智能,I/O,单元,输入单元,PLC,与外部设备联系的桥梁,开关量输入单元,开关量输出单元,直流输入单元,交流输入单元,晶体管输出单元,晶闸管输出单元,继电器输出单元,I/O,单元,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

5、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,I,n,+,24V,3.3k,470,内,内,内,内,?,1000PF,?,发光二极管,直流输入电路,M,+5V,LED,S,R3,R1,A,R2,C,T,内,部,电,路,滤波,光电耦合,外部开关,输入点的状,态显示,输入点,公共端,交流输入电路,LED,+5V,A,R2,M,S,C,R1,内,部,电,路,R3,滤波,光电耦合,输入点的状,态显示,外部开关,输入点,继电器输出,（,2,）输出接口电路：,以,继电器形式为例,：,PLC,内,

6、部,电,路,内,部,电,路,K,+,交流电源或直流,电源,Q,L+,-,晶体管输出电路,T2,LED,D,FU,+5V,内,部,电,路,T1,R1,R2,R3,负载,光电耦合,输出点的状,态显示,公共端,输出点,晶闸管输出电路,LED,R2,C,T,FU,内,部,电,路,R1,负载,光电耦合,输出点的状,态显示,公共端,输出点,继电器输出电路,LED,K,R,内,部,电,路,负载,输出点的状,态显示,继电器,机械,触点,公共端,输出点,PLC,由开关式稳压电源为内部电路供电,抗干扰性能好,有的,PLC,能向外部提供,24V,的直流电源,可作为输入单元连接的外部设备的电源,开关电源,输入电压范围

7、宽,体积小,重量轻,效率高,电源单元,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。,PLC,的供电,各种接口、高功能模块：,便于扩展,小型机：,一体机。有接口可扩展。,状态显示,通信口,顶部端子盖,电源及输出端子,前盖 方式开关、,电位器、扩展I/O连接,底部端子盖,输入端子、传感器电源,存储器卡,Power,in a Small Package!,电源模块,CPU,模块,IO,模块,底,板,中、大型机：,模块式。可根据需要在主板上随意组合,。,PLC,的外部设备主要有：,?

8、,编程设备,?,触摸屏,?,操作面板,?,文本显示器,?,打印机,等,外部设备,编程设备,PC,FP PROGRAMMER,(HELP),CLR,WRT,FN/P,FL,STK,IX/IY,NOT,DT/Ld,READ,?,OT,L,?,WL,OR,R,?,WR,AN,Y,?,WY,ST,X,?,WX,SRC,?,(-),OP,(BIN),K/H,SC,CT,C,?,EV,TM,T,?,SV,ACLR,ENT,B,A,F,E,D,C,9,8,3,2,1,0,7,6,5,4,(DELT),CLR,编程器是对,PLC,进行操作的工具,专,用,编,程,器,在装有专用编程软件的计算机上编程,简易编程器

9、,直插式、便携式,计算机辅助编程,图形编程器,编程工具,PLC,的软件系统,系统程序,系统程序,是由,PLC,的制造者采用汇编语言编写,的，固化于,ROM,型系统程序存储器中，用于控,制,PLC,本身的运行，用户不能更改。,系统程序分为：,1.,系统管理程序,2.,用户指令解释程序,3.,标准程序模块和系统调用程序,PLC,的软件系统,用户程序,用户程序,又称为应用程序，是用户为完成某一控制任,务而利用,PLC,的编程语言编制的程序。用户程序是线,性地存储在系统程序制定的存储区内。,1,用户环境,用户环境是由系统程序生成的，它包括,用户数据结构、用户元件区、用户程序存储区、用,户参数、文件存储

10、区等。,2,用户程序结构,用户程序结构大致可以分为三种：,（,1,）线性程序（,2,）分块程序（,3,）结构化程序,3,用户程序语言,PLC,的编程语言有多种，其中梯形图、,语句表、功能块图是三种基本语言。,PLC,的工作过程,?,PLC,的循环扫描工作过程,PLC,的循环扫描工作过程,扫描工作分为,5,个阶段,公,共,处,理,阶,段,程,序,执,行,阶,段,扫描周期计算阶段,I/O,刷,新,阶,段,外设端口处理,阶段,PLC,的循环扫描工作过程,?,PLC,最主要的工作方式是循环扫描（周期扫,描）,扫描工作一般分为：读输入、执行程,序、处理通信请求、自诊断检查和写输出,等过程，,CPU,反复

11、不停地分阶段处理上述各,种不同的任务，这种周而复始的循环工作,方式称为循环扫描。,?,执行用户程序只是扫描周期的一个组成部,分，用户程序不运行时，,PLC,也在扫描，只,不过在一个周期中去除了执行用户程序和,读输入、写输出的内容。,PLC,在运行工作,状态，执行如上所述的一次扫描操作所需,的时间称为扫描周期，其典型值为,1,100ms,。扫描周期与用户程序的长短、指令,的种类和,CPU,的运算速度有很大的关系。用,户程序较长时，指令执行的时间在扫描周,期中占相当大的比例。,设置各异常继电器,异常：,(ERR/ALM)LED,灯亮,警告：,(ERR/ALM)LED,闪烁,异常或警告？,无,有,异

12、常,检查结果正常？,扫描周期监视,时间预置,执行用户程序,程序结束？,(,END,命令？,),No,Yes,扫描周期固定值,设定检查,有固定值设置？,等待设定扫描周期到,计算扫描周期,I/O,刷,新,正常,异常,警告,接通电源,初始化,I/O,外设端口,服务,初始化,I/O,、内部辅助、特殊辅助、,辅助记忆继电器区域清零,定时器预置,识别扩展单元,公,共,处,理,执,行,用,户,程,序,扫,描,周,期,计,算,处,理,刷,新,硬件、用户程序内存,检,查,外设端口服务,接通电源,初始化,硬件检查,正常？,异常报警,异常处理,扫描周期监视,执行用户程序,程序结束？,扫描周期检查,有固定设置？,等待

13、,扫描周期计算,I/O,刷新,外设端口服务,异常,公,共,处,理,执,行,用,户,程,序,扫,描,周,期,计,算,刷,新,端,口,服,务,(1)PLC,扫描工作各环节的功能,PLC,上电后，首先检查硬件是否正常。,按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。,对输入的数据进行处理，,将结果存入元件映象寄存器。,计算扫描周期。,若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。,母线,I/O,刷新阶段。,外设端口服务。,读输入点的状态并写入输入映像寄存器。,将元件映像寄存器的状态经输出锁存器、输出电路送到输出点。,访问外设端口连接的外部设备。,读,读,读,写,写,执行用户程序,刷新,刷新,I/O,I/

14、O,(2)PLC,执行用户程序的过程,(3)PLC,控制的原理,等效电路图,SB,1,SB,2,ST,公共端,公共端,输入部分,输出端子,输入端子,用户程序,输出部分,主电路,KM,FU,FR,M,3,Q,KM,PLC,SB,1,SB,2,KM,ST,I0.0,I0.1,I0.2,Q0.0,1L,L+,KM,线圈通电,SB,1,闭合,I0.0,闭合,接点闭合,KM,FU,FR,M,3,Q,KM,通电,触点闭合,电动机转,触点闭合,SB,2,ST,SB,1,KM,PLC,SB,2,ST,I0.0,I0.1,I0.2,Q0.0,1L,1M,KM,线圈断电,I0.1,断开,接点断开,KM,FU,FR

15、,M,3,Q,通电,KM,断电,触点断开,电动停转,触点断开,SB,2,ST,SB,2,闭合,PLC,SB,2,ST,I0.0,I0.1,I0.2,Q0.0,1L,1M,KM,任务二,S7-200PLC,程序设计基础,（一）,PLC,编程语言及程序设计方法,PLC,编程语言,顺序功能,图（,SFC,）,梯形图,（,LAD,）,语句表,（,STL,）,功能块图,（,FBD,）,结构文本,（,ST,）,PLC,程序设,计方法,转换法,经验法,逻辑法,顺序控制,设计法,（二）存储器的数据类型与寻址方式,1,、数据在存储器中存取的方式,1,）,位、字节、字和双字,数据的长度、类,型,无符号整数范围,符

16、号整数范围,十进制,十六进制,十进制,十六进制,字节,B,（,8,位）,0,255,0,FF,-128,127,80,字,W,（,16,位）,0,65,535,0,FFFF,-32,768,32,767,8000,7FFF,双字,D,（,32,位）,0,4,294,967,295,0,FFFFFFFF,-2,147,483,648,2,147,483,647,7FFFFFFF,位（,BOOL,）,0,、,1,实数,-10,38,10,38,字符串,每个字符串以字节形式存储，最大长度为,255,个字节，第一个字节中定义该,字符串的长度,表,1-2,数据的位数与取值范围,2),数据的存取方式,图,

17、1-26,位数据的存放,图,1-27,字节、字、双字的存取,3,）,常数,十进制常数：,1234,；,十六进制常数：,16#3AC6,；,二进制常数：,2#1010 0001 1110 0000 ASCII,码：“,Show,”,；实数（浮点数）：,+1.175495E-38,（正数），,-,1.175495E-38,（负数）,.,2,编址方式,可编程控制器的编址就是对,PLC,内部的元件进行编码，以便程序执行,时可以唯一地识别每个元件。,PLC,内部在数据存储区为每一种元件分配一,个存储区域，并用字母作为区域标志符，同时表示元件的类型。如：数字,量输入写入输入映像寄存器（区标志符为,I,），

18、数字量输出写入输出映像,寄存器（区标志符为,Q,），模拟量输入写入模拟量输入映像寄存器（区标,志符为,AI,），模拟量输出写入模拟量输出映像寄存器（区标志符为,AQ,）,。除了输入输出外，,PLC,还有其他元件，,V,表示变量存储器；,M,表示内部,标志位存储器；,SM,表示特殊标志位存储器；,L,表示局部存储器；,T,表示定,时器；,C,表示计数器；,HC,表示高速计数器；,S,表示顺序控制存储器；,AC,表,示累加器。掌握各元件的功能和使用方法是编程的基础。下面将介绍元件,的编址方式。,存储器的单位可以是位（,bit,）、字节（,Byte,）、字（,Word,）、双字（,Double Wo

19、rd,），那么编址方式也可以分为位、字节、字、双字编址,。,1,）位编址,位编址的指定方式为：（区域标志符）字节号,位号，如,I0.0,；,Q0.0,；,I1.2,。,2,）字节编址,字节编址的指定方式为：（区域标志符）,B,（字节号），如,IB0,表示由,I0.0,I0.7,这,8,位组成的字节。,3,）,字编址,字编址的指定方式为：（区域标志符）,W,（起始字节号），且最高有效,字节为起始字节。例如,VW0,表示由,VB0,和,VB1,这,2,字节组成的字。,4,）,双字编址,双字编址的指定方式为：（区域标志符）,D,（起始字节号），且最高有,效字节为起始字节。例如,VD0,表示由,VB0

20、,到,VB3,这,4,字节组成的双字。,（三）系统存储区,系统存储区名称,符号,系统存储区名称,符号,输入映像寄存器,I,计数器存储器,C,输出映像寄存器,Q,顺序控制继电器,S,变量存储器,V,模拟量输入,AI,位存储器,M,模拟量输出,AQ,特殊存储器,SM,累加器,AC,局部存储器,L,高速计数器,HC,定时器存储器,T,（四）寻址方式,寻址,方式,立即,寻址,直接,寻址,间接,寻址,1,、立即寻址,立即寻址方式是：指令直接给出操作数紧跟着操作码，在取指,令的同时也就取出了操作数，立即有操作数可用，所以称为立即,操作数或立即寻址。立即寻址方式可用来提供常数、设置初始值,等。指令中常常使用

21、常数。常数值可分为字节、字、双字型等数,据。,CPU,以二进制方式存储所有常数。指令中可用十进制、十六,进制、,ASC,码或浮点数形式来表示。十进制、十六进制、,ASC,码浮点数的表示格式举例如下：,十进制常数：,30112,十六进制常数：,16#42F,ASC,常数：,INPUT,实数或浮点常数：,+1.112234e-10(,正数,),，,-1.328465e-10(,负数,),二进制常数：,2#010l,1110,1,）位寻址,位寻址是最小存储单元的寻址方式。寻址时采用以下结构：,存储区关键字,+,字节地址,+,位地址：,例如：,Q 10.3,Q,：表示输出过程暂存区；,10,：表示第十

22、个字节；字节地址从,0,开始，最大值由该存储区的,大小决定；,3,：表示位地址为,3,，位地址的取值范围是,07,。,2,、直接寻址,字节寻址时，访问一个,8,位的存储区域。寻址时，采用,下结构进行寻址：,存储区关键字,+,字节的关键字（,B,）,+,字节地址,例如：,MB0,M,：表示位存储区,B,：表示字节,byte,0,：表示第,0,个字节。其中最低位的位地址为,M0.0,，最,高位的为,M0.7,2,）字节寻址,字寻址时，访问一个,16,位的存储区域。寻址时，采用下,结构进行寻址：,存储区关键字,+,字的关键字（,W,）,+,起始字节地址,例如：,MW0,M,：表示位存储区,W,：表示

23、字,word,0,：表示起始第,0,个字节地址。,3,）字寻址,双,字寻址时，访问一个,32,位的存储区域。寻址时，采用,下结构进行寻址：,存储区关键字,+,双字的关键字（,D,）,+,起始字节地址,例如：,MD0,M,：表示位存储区,D,：表示双字,double word,0,：表示起始第,0,个字节地址。,4,）双字寻址,3,、间接寻址,间接寻址方式是：指令给出存放操作数地址的存储单,元的地址,(,也称地址指针,),。,间接,寻址,建立,指针,间接,存取,修改,指针,寻址前，应先建立指针，,指针为双字长，是所要,访问的存储单元的,32,位,物理地址。例如：,MOVD&VB200,，,AC1

24、,依据指针中的内容值作为,地址存取数据。使用指针可存,取字节、字、双字型的数据，,下面两条指令是建立指针和,间接存取的应用方法：,MOVD&VB200,，,ACl,MOVW*ACl,，,AC0,存取连续地址的存储,单元中数据时，通过修,改指针可以非常方便地,存取数据。,（五）,用户程序结构,用户程序可分为,3,个程序分区：主程序、子程序,(,可选,),和中,断程序,(,可选,),。,主程序,(OB1),：是用户程序的主体。,CPU,在每个扫描周期都,要执行一次主程序指令。,子程序：是程序的可选部分，只有当主程序调用时，才能够,执行。合理使用子程序，可以优化程序结构。减少扫描时间。,中断程序：是

25、程序的可选部分，只有当中断事件发生时，才,能够执行。中断程序可在扫描周期的任意点执行。,（六）位逻辑指令,1.,触点指令,1,）标准触点指令,语句,描述,LD,bit,装载，电路开始的常开触点,A,bit,与，串联的常开触点,O,bit,或，并联的常开触点,LDN,bit,非装载，电路开始的常闭触点,AN,bit,非与，串联的常闭触点,ON,bit,非或，并联的常闭触点,表,1-3,标准触点指令,图,1-30,触点与输出指令,例,1-1,已知图,1-31,中,I0.1,的波形，画出,M1.0,的波形。,图,1-31,上升沿检测,2,）,堆栈,的基本概念,S7-200,有,1,个,9,位的堆栈，

26、栈顶用来存储逻辑运算的结果，,下面的,8,位用来存储中间运算结果,(,见下图）。堆栈中的数据一,般按“先进后出”的原则存取。堆栈指令见表,1-4,。,表,1-4,与堆栈有关的指令,语,句,描,述,ALD,栈装载与，电路块串联连接,OLD,栈装载或，电路块并联连接,LPS,逻辑入栈,LRD,逻辑读栈,LPP,逻辑出栈,LDS,n,装载堆栈,3),栈装载或,(OLD,，,Or LOad),指令,触点的串并联指令只能将单个触点与别的触点或电路串,并联。,4),栈装载与,(ALD,，,And Load),指令,图,1-32 ALD,与,OLD,指令,图,1-33 ALD,与,OLD,指令的堆栈操,作,

27、5,）其他堆栈操作指令,图,1-35,堆栈指令的使用,图,1-36,双重堆栈,堆栈指令的应用,2,、输出指令与其他指令,语,句,描,述,=bit,输,出,S bit,，,N,置,位,R bit,，,N,复,位,语,句,描,述,NOT,取反,EU,正跳变,ED,负跳变,NOP N,空操作,表,1-6,输出类指令,表,1-7,其他指令,图,1-40,取反与跳变指令,图,1-38,置位与复位,三、建立,PLC,与计算机的连接,（一）连接,RS-232,PPI,多主站电缆,图,1-41,连接,RS-232/PPI,多主站电缆,（二）,STEP7-Micro/WIN,编程软件,1.,软件安装,2.,打开

28、,STEP 7-Micro,WIN,3.,为,STEP7-Micro,WIN,设置通信参数,4,与,S7-200,建立通信,5.,创建一个例子程序,示例：,STEP 7-Micro,WIN,使用入门例子程序。,本示例程序在,1,个程序段中用,5,条指令，完成了电动机的起保停控制。,1,）打开程序编辑器,点击程序块图标，打开程序编辑器，见图,1-48.,图,1-48,STEP 7-Micro,WIN,窗口,2,）输入网络,1,程序：电动机起保停控制,图,1-49,网络,1,3,）存储例子程序,图,1-50,保存例子程序,4,）下载例子程序,图,1-51,程序下载对话框,5,）将,S7-200,转

29、入运行模式,如果想通过,STEP 7-Micro,WIN,软件将,S7-200,转入运行模式，,S7-200,的模式开关必须设置为,TEAM,或者,RUN,。当,S7-200,处于,RUN,模式时，执行,程序：,（,1,）单击工具条中的运行图标或者在命令菜单中选择,PLC,“运行”,。,（,2,）点击“是”切换模式。,当,S7-200,转入运行模式后，,CPU,将执行程序使,Q0.0,的,LED,指示灯时亮时灭。,6,）程序的监控,图,1-52,程序的监控,四、,CA6140,车床的,PLC,改造,（一）,I/O,分配,输,入,输,出,元件名称、符号,输入,点,元件名称、符号,输出点,主轴电机停止按钮,SB1,I0.0,主轴电机接触器,KM1,Q0.0,主轴电机起动按钮,SB2,I0.1,冷却泵电机接触器,KM2,Q0.1,刀架快速移动电机按,钮,SB3,I0.2,刀,架,快,速,电,机,接,触,器,KM3,Q0.2,冷却泵电机起动开关,QS2,I0.3,主轴指示灯,HL1,Q1.0,主轴电机热继电器,FR1,I0.4,刀架快速指示灯,HL2,Q1.1,冷却泵电机热继电器,FR2,I0.5,冷却泵指示灯,HL3,Q1.2,表,1-8,输入,/,输出点分配表,（二）,PLC,接线图,（三）程序设计,