OMRONCPM1A经典教程.ppt
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1、1,可编程控制器概述,2,PLC,以CPU为核心,为一体,3,4.1 PLC的产生与发展,4,PLC 的 产生与发展,第一代:从第一台PLC诞生到上个世纪70年代初。,第二代:70年代初至70年代末。,CPU使用中小规模集成电路,采用磁芯存储器。,CPU使用微处理器,采用半导体存储器EPROM。,可靠性较差,略强于继电器控制。,机种单一,没形成系列。,有了计算机接口和模拟量控制功能。,可靠性提高。,整机功能向系列化、标准化发展,并由专用向通用方向过渡。,功能简单(只有计数/定时功能)。,功能增强(增加逻辑/数据运算、数据处理、自诊断等功能)。,5,第三代:70年代末到80年代中期。,CPU使用
2、8或16位微处理器甚至多微处理器,采用半导体存储器EPROM、CMOSRAM等。,增加浮点数运算,平方、三角函数等运算。,增加查表、列表功能。,自诊断及容错技术提高。,梯形图语言及语句表成熟。,小型PLC体积减小、可靠性提高、成本下降。,大型PLC向模块化、多功能方向发展。,6,第四代:80年代中期到90年代中期。,第五代:90年代中期之后。,增加高速计数、中断、A/D、D/A、PID等功能。,处理速度进一步提高(1s/步)。,连网功能增强。,编程语言进一步完善,开发了编程软件。,CPU使用16位或32位微处理器。,PLC的I/O点增加,最多可达32K个I/O点。,处理速度进一步提高(1ns/
3、步)。,PLC都可以与计算机通信。,具有强大的数值运算、函数运算、大批量数据处理的功能。,开发了大量的特殊功能模块。,编程软件功能更强大。,不断开发出功能强大可编程终端。,7,PLC及其控制系统的发展趋势,PLC的性能,对小型PLC,对大中型PLC,向着更大容量、更高速度、更多的功能、更高的可靠性、易于连络通信的方向发展。使之更利于对大规模、复杂系统的控制。,向着体积更小、速度更高、功能增强、价格低廉的方向发展。使之更利于取代继电器控制。,8,I/O模块将直接安装在现场,CPU与现场I/O通过数据通信实现控制,使系统控制更有效、可靠性更高;,进一步应用计算机的信息处理技术、网络通信技术和图形显
4、示技术,使系统的产生控制功能与信息管理功能一体化。,PLC控制系统的性能,随着硬件冗余技术的应用,各种单元、甚至整个系统都可应用冗余技术,使系统具有更高的可靠性;,9,4.2 PLC的主要特点,10,通用性和灵活性强;,2.抗干扰能力强,可靠性高;,3.编程语言简单易学;,4.与外部设备的连线简单、使用方便;,5.功能强、功能的扩展能力强;,6.控制系统设计、调试周期短;,7.体积小、重量轻、易于机电一体化;,8.PLC控制系统的故障少、维修方便。,11,4.3 PLC的基本组成第一部分,12,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,13,OMRON 公司
5、的整体式 PLC,C28P,14,CPM2A,15,CPM1A,16,CQM1,OMRON 公司的组合式 PLC,17,C200HE,OMRON 公司的组合式 PLC,18,CVM1,底版,OMRON 公司的组合式 PLC,19,整体式 PLC的基本组成框图,20,组合式 PLC的基本组成框图,21,输入并存储用户程序、显示输入内容和地址;,CPU指挥PLC完成各种预定的功能,检查、校验用户程序,发现错误即报警;,执行用户程序、驱动外部输出设备动作;,诊断故障、记忆故障信息并报警。,1.CPU单元,22,系统程序存储器 存储系统系统程序,用户程序存储器 存储系统用户程序,工作数据存储器 存储工
6、作数据,2.存储器,23,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,3.输入/输出单元,24,直流输入电路,光电耦合,外部开关,输入点的状态显示,输入点,公共端,25,交流输入电路,光电耦合,输入点的状态显示,外部开关,输入点,26,晶体管输出电路,光电耦合,输出点的状态显示,公共端,输出点,27,晶闸管输出电路,光电耦合,输出点的状态显示,公共端,输出点,28,继电器输出电路,输出点的状态显示,继电器,机械触点,公共端,输出点,29,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
7、电压范围宽,体积小,重量轻,效率高,4.电源单元,30,I/O扩展端口,5.I/O扩展端口,C28P,31,I/O扩展端口,CPM1A的外设端口和I/O扩展端口,32,I/O扩展单元,A/D转换单元,I/O扩展端口可以连接的设备举例,33,CPM1A主机与I/O扩展器的连接,主机,I/O扩展器,连接电缆,34,I/O扩展端口连接扩展器的示意图,35,6.外设端口,外设端口,36,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,直插式、便携式,计算机辅助编程,图形编程器,7.编程工具,37,显示屏,工作方式选择开关,编程位,主机,监控位,运行位,
8、编程器,直插式编程器,38,键盘,指令键,数字键,编辑键,清除键,直插式编程器,39,便携式编程器,键盘,显示屏,工作方式选择开关,40,CPM1A主机与编程器的连接,41,CPM1A主机与编程器的连接,42,计算机辅助编程,43,智能单元本身是一个独立的系统,CPU、系统程序、存储器、与外界相连的接口,它们有自己的:,对组合式PLC:,智能单元是PLC系统的一个模块,与CPU单元通过系统总线相连接,在CPU单元的协调管理下独立地进行工作,对整体式PLC:,主机通过I/O扩展接口与智能单元连接,8.智能单元,44,4.4 PLC的编程语言,45,PLC的编程语言,46,一、梯形图编程语言,1.
9、梯形图编程语言,两种梯形图的继电器符号图对照,梯形图编程语言是一种图形语言,47,2.两种控制的梯形图比较,线圈,线圈,48,物理继电器,继电器需硬接线连接,触点个数有限,PLC继电器,继电器用程序软连接,触点个数无限,继电器的接线改变控制功能改变,PLC的用户程序改变 控制功能改变,3.两种控制中继电器的区别,49,用PLC控制外部接线不变,改变用户程序。,用继电器控制要改变控制电路的实际接线。,继电器控制接线,PLC控制外部接线,输出设备,欲改变控制功能:,例如,50,二、语句表编程语言,用助记符表示指令的功能,多条指令语句的组合构成了语句表 程序,指令语句是PLC用户程序的基础元素,LD
10、 00000OR 01000 AND NOT 00001OUT 01000,梯形图程序 语句表程序,51,4.5 PLC的扫描工作方式,52,一、PLC 采用循环扫描工作方式,扫描工作分为 5 个阶段,53,循环扫描工作流程,PLC,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,扫描周期计算,I/O刷新,外设端口服务,异常,54,1.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
11、,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。,55,读,读,读,写,写,执行用户程序,2.PLC执行用户程序的过程,56,3.PLC控制的原理,等效电路图,SB1,公共端,公共端,输出端子,输入端子,主电路,57,线圈通电,SB1闭合,00000 闭合,接点闭合,触点闭合,电动机转,触点闭合,58,线圈断电,00001 断开,接点断开,触点断开,电动停转,触点断开,SB2闭合,59,4.PLC执行用户程序的特点,按梯形图自左向右、自
12、上而下逐次执行程序,执行程序时所需数据取自于:,输入映像寄存器,元件映像寄存器,输入映像寄存器和元件映像寄存器中的数据,元件映像寄存器:在一个扫描周期中可读可写,输入映像寄存器:在一个扫描周期中保持不变,每个扫描周期I/O刷新阶段集中读入/读出数据,60,1.产生I/O滞后现象的原因,二、PLC的I/O滞后现象,(1)由于PLC采用循环扫描的工作方式。,PLC只在每个扫描周期的I/O刷新阶段集中输入/输出,导致输出信号相对输入信号滞后。,(2)输入滤波器对信号的延迟作用。,滤波器时间常数越大,对输入信号的延迟作用越强。,有的PLC其输入电路滤波器的时间常数可以调整。,61,输出ON延时。,(3
13、)输出继电器的动作延迟(继电器输出型PLC)。,从输出锁存器ON、到输出触点ON经历一定时间,(4)用户程序的长短及语句编排。,要求有较快响应的场合,最好不要使用继电器输出型PLC。,I/O滞后现象,对慢速控制系统影响不大。,要求快速响应的场合,需要解决I/O速度问题。,62,2.I/O响应时间的估算,以20点的继电器输出型CPM1A为例。,设输入ON延时为8毫秒 公共处理和I/O刷新时间为2毫秒 执行用户程序时间为14毫秒 输出ON延时为15毫秒,输入状态经过一个扫描周期后在输出得到响应 最小I/O响应时间,输入状态经过两个扫描周期后在输出得到响应 最大I/O响应时间,63,最小I/O响应时
14、间的计算,最小I/O响应时间=输入ON延时+(公共处理+I/O刷新时间)+执行程序时间+输出ON延时=8+2+14+15=39 ms,输入触点,输入滤波,输出锁存,输出触点,输入ON延时,输出ON延时,I/O响应时间,64,输入ON延时,最大I/O响应时间=输入ON延时+(公共处理+I/O刷新+执行程序)2+输出ON延时=8+(2+14)2+15=55 ms。,最大I/O响应时间的计算,输出ON延时,I/O响应时间,65,程序语句安排对I/O响应时间的影响举例,当SB闭合,经过输入滤波,设第一个扫描周期I/O刷新时 00000的映像寄存器 ON。,第一个扫描周期 结束时,01000为OFF。,
15、01000只能在第二个扫描周期结束后才能ON。,66,当SB闭合,经过输入滤波,设第一个扫描周期 00000的映像寄存器 ON。,01000 在第一个扫描周期结束后就能ON。,续,如果将梯形图的第一与第二梯级交换,如下图:,显然,程序语句的安排对I/O响应的影响很大。,67,4.6 PLC的主要性能指标,68,1.用户程序存储的容量大小;,2.输入/输出点数的多少;,3.循环扫描速度的快慢;,4.编程指令的种类和条数的多少;,5.内部器件的种类和数量的多少;,6.功能及功能扩展的能力;,7.智能单元数量的多少;,8.连网通信能力等。,69,70,CPM1A系列PLC的基本组成,CPM1A系列的
16、继电器及数据区,CPM1A系列PLC的功能简介,CPM1A系列PLC通信功能简介,71,CPM1A系列PLC的基本组成,5.1,72,CPM1A系列PLC的主机,CPM1A系列I/O扩展单元,CPM1A系列编程工具,CPM1A系列特殊功能单元,73,一、CPM1A系列PLC的主机,1.主机的规格,按I/O点数分,10、20、30、40点,按电源类型分,分直流和交流型,按输出方式分,74,CPM1A 40点的主机的外观,75,2.CPM1A 40点的主机的面板结构,输入点LED,输出点LED,I/O扩展器,外设端口,运行状态LED,76,CPM1A 主机的输入/输出接线端子,输入端子,输出 端子
17、,77,二、CPM1A系列PLC的I/O扩展单元,1.I/O扩展单元的规格和类型,78,CPM1A-20EDR I/O扩展单元的外观,连接电缆,I/O扩展器,输入点LED,输出点LED,79,CPM1A-20EDR I/O扩展单元的面板,I/O扩展器,连接电缆,80,CPM1A-20EDR I/O扩展单元输入/输出接线端子,输入端子,输出端子,81,2.PLC的I/O扩展方法,30点的主机,连接三个20点的扩展器,扩展到90个I/O点,82,三、CPM1A系列PLC的编程工具,编程软件,CPM1A,适配器,83,四、CPM1A系列的特殊功能单元,模 拟 量 I/O 单 元,温度传感器单元,模拟
18、量输出单元,温度传感器单元,RS232C通信适配器,RS422 通信适配器,CompoBus/S I/O链接单元,与主机连接的特殊功能单元总数不能超过3台,温度传感器单元TS002和TS102只能连接其中的一个,,而且同时使用的扩展单元总数不能超过2台,通信单元,I/O单元,84,CPM1A系列的继电器区及数据区,5.2,85,内部继电器区(IR),特殊辅助继电器区(SR),暂存继电器区(TR),保持继电器区(HR),辅助记忆继电器区(AR),链接继电器区(LR),定时器/计数器区(TC),数据存储区(DM),86,CPM1A内部器件的编号,内部器件以通道形式的编号,通道编号为2、3、4位数不
19、等,每个通道内有16个继电器(0015),例:某继电器的编号为01006。,则:该继电器的通道编号为010、,位编号为06。,87,1.内部继电器区(IR),IR 区(000231)分为 两 部 分,输入/输出继电器区:000019(可以直接对外输出),内部辅助继电器区:200231(不能直接对外输出),000、001:用于主机的输入通道的编号,002009:I/O 扩展单元的输入通道编号,010011:用于主机的输出通道的编号,012019:I/O 扩展单元的输出通道编号,没被使用的IR通道,可作为内部辅助继电器使用。,88,例:30点的主机,连接三个20点的扩展器。,其I/O点编号分配:,
20、0000000011,0100001007,0010000105,0110001103,0020000211,0120001207,0030000311,0130001307,0040000411,0140001407,89,2.特殊辅助继电器区(SR),SR区(231255)分为前、后两部分,232251:常以通道为单位使用,252255 用于存储工作状态、产生脉冲信号等。,232249 没作表中指定功能时,可作内辅助继电器用,250、251 只能按表中的功能使用,不能另作他用。,除25200外,252255 的状态只可利用、不可改变。,前,后,90,3.暂存继电器区(TR),4.保持继电器
21、区(HR),该区继电器(HR00HR19)编号要冠以HR。,该区继电器(TR0TR7)编号要冠以TR。,用于存储梯形图中分之点之前的 ON/OFF 状态。,同一程序中,某一编号的TR继电器不可重复使用。,保持继电器具有掉电保持功能。,该区继电器可以通道或位为单位使用。,91,5.辅助记忆继电器区(AR),该区继电器(AR00AR15)编号要冠以AR。,AR区继电器具有掉电保持功能,AR区继电器用于保存PLC的各种工作状态。,根据该区某些继电器的状态,可了解PLC的工作状况。,92,6.链接继电器区(LR),该区通道(LR00LR15)编号要冠以LR,CPM1A与本系列或本公司其他PLC进行1:
22、1链接通信时,要用使用LR区进行数据链接。,不作1:1链接通信时,LR区可作内部辅助继电器用。,93,7.定时器/计数器区(TR),000127,定时器分类,普通定时器,高速定时器,计数器分类,普通计数器,可逆计数器,计数器有掉电保持功能,定时器没有此功能。,同一程序中,计数器和定时器不能使用同一编号。,94,8.数据存储区(DM),DM0000DM1023,DM6144DM6655,该区继电器只能以通道为单位使用!,该区继电器具有掉电保持功能。,该区继电器分为三部分,可读写区:DM0000DM0999、DM1022DM1023,故障履历存储区:DM1000DM1021,不作该用途时,可作普通
23、数据存储器用。,只读存储区:DM6144DM6599,95,系统设定区:DM6600DM6655,系统设定区的设定内容见表2.5。,若系统设定区的设定出错,则辅助记忆继电器的对应位为ON。,系统设定区的设定内容,可在指定时间读取。,系统设定区的设定错误,只能用初始化来处理。,系统设定区的设定内容可用编程工具写入。,96,97,1.丰富的指令系统,逻辑控制指令、定时器/计数器、移位寄存器指令;,算术运算指令、逻辑运算指令;,数据传送指令、数据比较指令、数据转换指令;,高速计数器控制指令、脉冲输出控制指令;,子程序控制指令、中断控制指令;,步进控制指令、特殊功能指令、故障诊断指令等。,98,2.模
24、拟设定电位器功能,定时器/计数器的设定值若采用250或251通道设置时,通过模拟设定电位器,其设定值可以随时进行修改。,CPM1A主机面板上有2个模拟设定电位器。,用模拟设定电位器可将BCD数0200自动送到特殊辅助继电器区域。,模拟设定电位器0的数值送入250通道,模拟设定电位器1的数值送入251通道,99,3.输入时间常数设定,CPM1A输入电路设置了一个滤波器。,滤波时间常数的大小可根据需要设置。,滤波时间常数可在系统设置区中设置。,干扰脉冲,输入信号,输入时间常数,滤波后的信号,经过输入滤波后干扰脉冲将被滤掉,100,4.高数计数器功能,CPM1A设置了一个高速计数器。,高速计数器可以
25、对外部输入的高速脉冲进行计数。,使用高速计数器时,必须在系统设置区中进行设定。,高速计数器具有中断功能。,PLC利用高速计数器,可以实现中断控制。,101,5.外部输入中断功能,外部输入中断功能是解决快速响应问题的措施之一。,不同的型号,外部输入中断的输入点是不同的。,响应中断时,停止执行主程序而转到中断处理子程序。,执行完中断处理子程序,再返回断点继续执行主程序。,使用输入中断功能时,必须在系统设定区中进行设定。,102,6.间隔定时器中断功能,CPM1A设置了一个间隔定时器。,间隔定时器具有高精度的定时功能和中断功能。,7.快速响应输入功能,该功能可使输入/输出响应不受扫描周期的影响。,能
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