项目一输送带的控制与仿真.ppt
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1、PLC与检测技术,项目一 输送带的PLC控制与仿真,输送带的PLC控制与仿真,什么是PLC?,输送带的PLC控制与仿真,任务二,掌握PLC的基本组成和工作原理,任务一,任务三,掌握三菱FX系列可编程控制器的基本知识,可编程序控制器认知,任务导入,PLC具有性价比高、高可靠性的特点,已成为工业控制领域中最重要、应用最多的通用控制装置,在现代工业自动化的三大技术支柱(PLC、机器人、CAD/CAM)中居于首位。本项目主要是通过典型实例来学习和掌握PLC的控制原理和控制方法。,输送带的PLC控制与仿真,因为继电器控制系统电气元件数量多,配线复杂,安装需要大量的控制柜,并且排除故障和维修困难。,一、可
2、编程控制器的产生,任务一:可编程序控制器认知,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。,一、可编程控制器的产生与发展,任务一:可编程序控制器认知,背景:,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
3、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。,一、可编程控制器的产生与发展,任务一:可编程序控制器认知,1969年,美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台基于集成电路和电子技术的控制装置,并在GM公司的汽车生产线上首次应用成功,取得了良好的经济效益,这就是世界上第一台可编程序控制器。由于这种控制装置采用分立电子元件和小规模集成电路,指令系统简单,一般只有简单的逻辑运算功能,因此人们把这种控制装置称为“可编程序逻辑控制器(programmable logical controller,简称PLC)”。,一、可编程控制器的产生与发展,任务一:可编程序控制器认知,一、
4、可编程控制器的产生与发展,在20世纪70年代初期、中期,可编程序逻辑控制器可以完成顺序控制,有逻 辑运算、定时、计数等控制功能。20世纪70年代未至80年代初,可编程序逻辑控制器的处理速度大大提高,不 仅可以进行逻辑控制,而且可以对模拟量进行控制。美国电气制造协会(NEMA)将可编程序逻辑控制器命名为PC(Programmable Controller),即 可编程序控制器。20世纪80年代以来,以16位和32位微处理器为核心的可编程序控制器得 到迅速发展。这时的PLC具有了高速计数、中断技术、PID调节和数据 通信等功能。,任务一:可编程序控制器认知,自从第一台PLC出现以后,日本、德国、法
5、国等也相继开始研制PLC,并得到了迅速的发展。各国PLC都有自己的特色。欧洲:西门子(Siemens);法国的TE(Telemecanique)美国:A-B(Allen-Bradley)、GE(General Electric)日本:三菱电机(Mitsubishi Electric)、欧姆龙(OMRON)、日本富士)(日本主要发展中小型PLC,其小型机性能先进,结构紧凑,价格便宜)目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品。,任务一:可编程序控制器认知,一、可编程控制器的产生与发展-发展概况,PLC三大流派,什么是PLC?,二、可编程控制器的定义,是一种工业控制装置,是在继电器控制技术和计算机技术
6、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。,为了便于与个人计算机PC(Personal Computer)相区别,人们习惯上仍将可编程序控制器称为PLC。,任务一:可编程序控制器认知,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
7、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”。,二、可编程控制器的定义,任务一:可编程序控制器认知,注:近年来,随着可编程序控制器的迅速发展,其功能上已远远超出了上述的定义范围。,区别于一般微机控制系统 区别于传统控制装置 定义强调了可编程序控制器应直接应用于工业环境,它必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。定义表明可编程序控制器内部结构和功能上都类似于计算机。它是“专为在工业环境下应用而设计”的工业计算机。,二、可编程控制器的定义,任务一:可编程序控制器认知,无触点免配线,可靠性高,抗
8、干扰能力强 通用性强,使用方便,控制程序可变,具有很好的柔性编程方法简单易学系统设计周期短,安装、调试、维修工作量少维护方便功能强,性价比高体积小,重量轻,能耗低易于实现机电一体化,三、可编程控制器的特点,任务一:可编程序控制器认知,四、PLC的应用领域,目前,PLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业,随着PLC性能价格比的不断提高,其应用领域不断扩大。从PLC应用类型看,大致可归纳为以下几个方面:,开关量逻辑控制 运动控制 过程控制(PID闭环控制)数据处理 通信联网,任务一:可编程序控制器认知,四、PLC的应用领域,任务一:可编程
9、序控制器认知,四、PLC的应用领域,任务一:可编程序控制器认知,四、PLC的应用领域,任务一:可编程序控制器认知,四、PLC的应用领域,任务一:可编程序控制器认知,小型PLC I/O点数在256点以下,用户程序存储器容量在2K步以下。其中I/O点数小于64点的PLC又称为超小型或微型PLC。型号有日本松下电工FP1型、日本三菱FX系列和日本欧姆龙C40P等。中型PLC I/O点数在2561024点之间,用户程序存储器容量在2K8K步之间。型号有日本三菱的A1系列、日本日立公司的H-200、美国A-B公司的PLC2/80等。大型PLC I/O点数在1024点之上,用户程序存储器容量达8K步之上。
10、型号有美国A-B公司的PLC-3,I/O点数有8192个;德国西门子公司S5-155U,I/O点数有10000个,具有多个处理器。,1、按I/O点数分和存储器容量分,五、可编程控制器的分类,任务一:可编程序控制器认知,整体式PLC 将电源部件、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。小型可编程控制器往往采用这种结构。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。使用时,将各模块直接插入机架底板上的插座内即可。易于功能扩充,可根据控制要求配置不同的模块。一般,大中型可
11、编程控制器采用这种结构。叠装式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。,2、按结构形式分,五、可编程控制器的分类,任务一:可编程序控制器认知,整体式PLC,叠装式PLC,模块式PLC,五、可编程控制器的分类,任务一:可编程序控制器认知,3、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
12、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。,五、可编程控制器的分类,任务一:可编程序控制器认知,4、按用途和应用场合分(P125),五、可编程控制器的分类,任务一:可编程序控制器认知,开关量逻辑控制 模拟量控制 运动控制 过程控制(PID闭环控制)数据处理 通信联网,六、PLC技术发展动向,1、向小型化和大型化两个方向发展,任务一:可编程序控制器认知,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
13、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。,2、编程语言向多样化、标准化靠拢在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。,IEC1131-3
14、标准中规定了五种标准语言 梯形图(Ladder diagram)和功能块图(Function block diagram)为图形语言;指令表(Instruction list)和结构文本(Struction text)为文字语言;顺序功能图(Sequential function chart),六、PLC技术发展动向,任务一:可编程序控制器认知,PLC编程语言,梯形图编程语言(常用):沿用继电器/接触器控制电路形式,直观易于理解。注:梯形图中电流是假想的,不是真实的物理电流。梯形图格式要求P130,任务一:可编程序控制器认知,PLC编程语言,指令语句表编程语言(常用)注:梯形图和语句表可以相互
15、转换语句是程序的最小独立单元由操作码和操作数两部分组成,任务一:可编程序控制器认知,1.I/O点数2.内存容量3.扫描速度4.指令种类和数量5.内部寄存器种类和数量,七、PLC的主要性能技术指标,任务一:可编程序控制器认知,1.I/O点数 I/O点数是PLC最重要的一项技术指标,是指PLC能够处理的输入、输出端子的总数(通常开关量的输入、输出用点数表示,模拟量的输入、输出用通道数表示)。它决定了PLC在实际应用中的规模大小,I/O点数包括主机的I/O点数和最大可扩展的点数,I/O点数越多,能够控制的器件和设备越多。2.内存容量 PLC的存储器包括系统软件存储器和用户应用存储器两部分,主要用来存
16、储程序和系统参数。系统软件是生产厂家编制并已固化在内部的存储器中。PLC的存储容量通常指用户应用存储器的容量,即所谓的“内存容量”。,七、PLC的主要性能技术指标,任务一:可编程序控制器认知,在PLC中,程序指令是按“步”存放的,一“步”占用一个地址单元,一个地址单元一般占两个字节。如一个内存容量为2KB的PLC,可存放指令1000步。用户程序容量与最大I/O点数大体成正比,其大小决定了用户所能编写程序的最大长度。因此,用户必须根据实际情况来选择足够的内存容量。绝大多数PLC都配置有较大容量的存储器,一般能够满足实际控制要求。3.扫描速度 PLC是以循环扫描方式运行的,它在一个扫描周期内,执行
17、系统内部处理、输入采样、输出刷新,所需时间是基本固定的,但它执行用户程序所需的时间随程序长短和指令复杂程度而变化,扫描速度一般以扫描KB的用户程序(典型指令)所需时间来衡量,其单位为ms/KB,也有用一步指令的执行时间计,用s/步为单位。有时也用扫描时间表述,即CPU按逻辑顺序,从开始到结束扫描一次所需的时间。,七、PLC的主要性能技术指标,任务一:可编程序控制器认知,4.指令种类和数量 这是衡量PLC软件功能强弱的重要指标。指令的种类和数量决定了用户编制程序的方式和PLC的处理能力和控制能力。指令的种类和数量越多,控制能力越强。5.内部寄存器种类和数量 PLC内部寄存器用以存放变量状态、中间
18、结果、数据等,还有许多辅助寄存器可供用户使用。内部寄存器主要有定时器、计数器、中间继电器、数据寄存器和特殊寄存器等。PLC寄存器种类和数量配置情况是衡量PLC硬件功能的一个指标。,七、PLC的主要性能技术指标,任务一:可编程序控制器认知,任务二:掌握PLC的基本组成和工作原理,一、基本组成,PLC中常采用的CPU有三类:1)通用微处理器(如Z80、8086、8088、80286等)2)单片微处理器(如Intel公司的MCS48/51/96系列芯片)3)位片式微处理器(如AMD2900/2901/2903系列双极型位片式微处理器)小型PLC:大多采用8位通用微处理器和单片微处理器 中型PLC:大
19、多采用16位通用微处理器或单片微处理器 大型PLC:大多采用高速位片式微处理器(32位)小型PLC为单CPU系统,中、大型PLC则大多为双CPU或多CPU系统。对于双CPU系统,一般一个为字处理器,一般采用8位、16位或32位处理器;另一个为位处理器,采用由各厂家设计制造的专用芯片。,1、微处理器(CPU),任务二:掌握PLC的基本组成和工作原理,一、基本组成,CPU的作用(CPU是PLC的核心)接收并存储用户程序和数据;诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误;接收输入信号,送入数据寄存器并保存;运行时顺序读取、解释、执行用户程序,完成用户 程序的各种操作;将用户程序的执行结果送至输出端。,
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