西门子PLCS7-300教学1-综述.ppt
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1、第1章 可编程序控制器综述(PLC 的发展与应用),1.1 可编程序控制器产生与发展 1.2 可编程序控制器的特点与分类1.3 可编程序控制器的组成与工作过程1.4 可编程序控制器的硬件基础1.5 可编程序控制器的软件基础1.6 可编程序控制器网络基础1.7 可编程序控制器,1.1 可编程序控制器产生与发展 可编程序控制器广泛地应用于工业控制。它通过用户存储的应用程序来控制生产过程,具有可靠性高、稳定性和实时处理能力强的优点。可编程序控制器是把计算机技术与继电器控制技术有机结合起来,为工业自动化提供的几乎完美的现代化自动控制装置。1.接线程序控制系统 在现代化生产过程中,许多自动控制设备、自动
2、化生产线,均需要配备电气控制装置。电气控制装置的输入信号有按钮、开关、时间继电器、压力继电器、温度继电器、过流过压继电器;电气控制装置的输出信号有接触器、继电器、电磁阀。这些信号只有闭合与断开两种工作状态。这类物理量被称为开关量或数字信号。另一类设备,其输入信号是压力传感器、温度传感器、湿度传感器等信号,输出信号是伺服电机、电动阀、距离、速度等控制信号。这类物理量是一种连续变化量,叫做模拟量或模拟信号。以往的电气控制装置主要采用继电器、接触器或电子元件来实现,由连接导线将这些器件按照一定的工作程序组合在一起,以完成一定的控制功能,这种控制叫做接线程序控制。接线程序控制的电气装置体积大,生产周期
3、长,接线复杂,故障率高,可靠性差。控制功能略加变动,就需重新组合、改变接线。,2.可编程序控制器产生 1968年,美国通用汽车公司(GM)为适应生产工艺不断更新的需要,提出一种设想:把计算机的功能完善、通用、灵活等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来,制成一种通用控制装置。这种通用控制装置把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化,采用面向控制过程、面向对象的语言编程。使不熟悉计算机的人也能方便地使用,并提出十项招标指标。美国数字设备公司(DEC)根据这一设想,于1969年研制成功了第一台可编程序控制器PDP14,并在汽车自动装配线上试用获得成功。该设备用计算机作为核
4、心设备。其控制功能是通过存储在计算机中的程序来实现的,这就是人们常说的存储程序控制。由于当时主要用于顺序控制,只能进行逻辑运算,故称为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller,简称PLC)。进入80年代,随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展,也使得可编程序控制器逐步形成了具有特色的多种系列产品。系统中不仅使用了大量的开关量,也使用了模拟量,其功能已经远远超出逻辑控制、顺序控制的应用范围。故称为可编程序控制器(Programmable Controller,简称PC)。但由于PC容易和个人计算机(Personal Computer)混淆,所以人们还沿用PLC
5、作为可编程控制器的英文缩写名字。,3.存贮程序控制系统例如,有两个开关K1、K2。控制要求,只有两个开关都接通时小灯D1才亮。当D1亮秒钟后小灯D2开始亮。当开关K3切断时两个小灯就同时熄灭。1)接线程序控制2)存贮程序控制(PLC控制),4.可编程序控制器发展 同计算机的发展类似,目前可编程序控制器正朝着两个方向发展。一是朝着小型、简易、价格低廉的方向发展。如OMRON公司的CQM1、SIEMENS公司的S7-200一类可编程序控制器。这种可编程序控制器 可以广泛地取代继电器 控制系统,用于单机控 制和规模比较小的自动 化生产线控制。,二是朝着大型、高速、多功能和多层分布式全自动网络化方向发
6、展。这类可编程序控制器一般为多处理器系统,有较大的存储能力和功能很强的输入输出接口。系统不仅具有逻辑运算、计时、计数等功能,还具备数值运算、模拟调节、实时监控、记录显示、计算机接口、数据传送等功能,还能进行中断控制、智能控制、过程控制、远程控制等。通过网络 可以与上 位机通讯,配备数据 采集系统、数据分析 系统、彩 色图像系 统的操纵 台,可以 实现自动 化工厂的 全面要求。,1.2 可编程序控制器的特点与分类 国际电工委员会(IEC)对可编程序控制器作了如下的规定:“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贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、
7、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、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、都应按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。”这段话完全道出了可偏程序控制器的特点和应用领域。1.可编程序控制器的特点 可编程序控制所以被广泛使用,是由它的突出的特点和优越的性能分不开的。归纳起来,可编程序控制器主要具有以下特点。可靠性高 例如三菱和可编程序控制器平均无故障时间可以达到30万小时(约34年)。环境适应性强 在环境温度-2065、相对湿度为3585情况下可正常工作。灵活通用 使用方便、维护简单 整个连接过程仅需要一把螺丝刀即可
8、完成。,2.可编程序控制器的分类 可编程序控制器是由现代化大生产的需要而产生的,可编程序控制器的分类也必然要符合现代化生产的需求。一般来说可以从三个角度对可编程序控制器进行分类。其一是从可编程序控制器的控规模大小去分类,其二是从可编程序控制器的性能高低去分类,其三是从可编程序控制器的结构特点去分类。(1)按控制规模分类 可编程序控制器可以分为大型机、中型机和小型机。小型机:小型机的控制点一般在256点之内,适合于单机控制或小型 系统的控制。日本OMRON公司 CQM1 处理速度 0.510ms/1k字 存贮器 3.27.2k 数字量192点,模拟量44路德国SIEMENS S7-200 处理速
9、度 0.81.2ms 存贮器 2k 数字量248点,模拟量35路,中型机:中型机的控制点一般不大于2048点,可用于对设备进行直接控制,还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控,它适合中型或大型控制系统的控制。日本OMRON公司 C200HG 处理速度 0.15 0.6 ms/1k字 存贮器 15.231.2k 数字量1184点德国SIEMENS S7-300 处理速度 0.81.2ms 存贮器 2k 数字量1024点,模拟量128路 网络 PROFIBUS 工业以太网 MPI,大型机大型机的控制点一般大于2048点,不仅能完成较复杂的算术运算还能进行复杂的矩阵运算。它不仅可用于对设备进行直
10、接控制,还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控。日本富士公司 F200 处理速度 2.5ms/1k字 存贮器32k I/O点3200日本OMRON CV2000 处理速度 0.125ms/1k字 存贮器62k I/O点2048德国SIEMENS S7-400 处理速度 0.3ms/1k字 存贮器512k I/O点12672德国AEG A500处理速度 1.3ms/1k字 存贮器62k 64k I/O点5088,(2)按控制性能分类 可编程序控制器可以分为高档机、中档机和低档机。低档机 这类可编程序控制器,具有基本的控制功能和一般的运算能力。工作速度比较低,能带的输入和输出模块的数量比较少。
11、比如,日本OMRON公司生产的C60P就属于这一类。中档机 这类可编程序控制器,具有较强的控制功能和较强的运算能力。它不仅能完成一般的逻辑运算,也能完成比较复杂的三角函数、指数和PID运算。工作速度比较快,能带的输入输出模块的数量也比较多,输入和输出模块的种类也比较多。比如,德国SIEMENS公司生产的S7-300就属于这一类。高档机 这类可编程序控制器,具有强大的控制功能和强大的运算能力。它不仅能完成逻辑运算、三角函数运算、指数运算和PID运算,还能进行复杂的矩阵运算。工作速度很快,能带的输入输出模块的数量很多,输入和输出模块的种类也很全面。这类可编程序控制器可以完成规模很大的控制任务。在联
12、网中一般做主站使用。比如,德国SIEMENS公司生产的S7-400就属于这一类。,(2)按结构去划分 整体式 整体式结构的可编程序控制器把电源、CPU、存储器、I/O系统都集成在一个单元内,该单元叫做作基本单元。一个基本单元就是一台完整的PLC。控制点数不符合需要时,可再接扩展单元。整体式结构的特点是非常紧凑、体积小、成本低、安装方便。组合式 组合式结构的可编程序控制器是把PLC系统的各个组成部分按功能分成若干个模块,如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等等。其中各模块功能比较单一,模块的种类却日趋丰富。比如,一些可编程序控制器,,除了些基本的I/O模块外,还有一些特殊功能模块,像温度检
13、测模块、位置检测模块、PID控制模块、通讯模块等等。组合式结构的PLC特点是CPU、输入、输出均为独立的模块。模块尺寸统一、安装整齐、I/O点选型自由、安装调试、扩展、维修方便。叠装式 叠装式结构集整体式结构的紧凑、体积小、安装方便和组合式结构的I/O点搭配灵话、安装整齐的优点于一身。它也是由各个单元的组合构成。其特点是CPU自成独立的基本单元(由CPU和一定的I/O点组成),其它I/O模块为扩展单元。在安装时不用基板,仅用电缆进行单元间的联接,各个单元可以一个个地叠装。使系统达到配置灵活、体积小巧。,例:SIEMENS S7系列PLC分类小型机:中型机:大型机,1.3 可编程序控制器的组成与
14、工作过程,1可编程序控制器的组成 中央处理单元(CPU)是系统的核心部 件,是由大规模或超 大规模的集成电路微 处理芯片构成,主要 完成运算和控 制任务,可以接收并 存贮从编程器输入的 用户程序和数据。进入运行状态后,用扫描的方式接收输入装置的状态或数据,从内存逐条读取用户程序,通过解释后按指令的规定产生控制信号。执行数据的存取、传送、比较和变换等处理过程。完成用户程序所设计的逻辑或算术运算任务,根据运算结果控制输出设备。可编程序控制器中的中央处理单元多数使用位到32位字长的单片机。,存贮器单元 按照物理性能存贮器可以分为两类。随机存贮器(RAM)由一系列寄存器阵组成,每位寄存器可以代表一个二
15、进制数,在刚开始工作时,它的状态是随机的,只有经过置“”或清“”的操作后,它的状态才确定。若关断电源,状态丢失。这种存贮器可以进行读、写操作,主要用来存贮输入输出状态,计数、计时以及系统组态参数。为防止断电后数据丢失,可采用后备电池进行数据保护。只读存贮器有两种。一种是不可擦除ROM,这种存贮器只能写入一次,不能改写。另一种是可擦除EPROM和E2PROM,这种存贮器经过擦除以后还可以重写。其中EPROM只能用紫外线擦除内部信息,E2PROM 可以用电擦除内部信息。只读存贮器主要用来存贮程序。电源单元 可编程序控制器配有开关电源,电源的交流输入端一般都有脉冲吸收电路,交流输入电压范围般都比较宽
16、,抗干扰能力比较强。有些可编程序控制器还配有大容量电容作为数据后备,停电可以保持50小时。一般直流电源供可编程序控制器内部使用,直流24电源供输入输出端和各种传感器使用。,输入输出单元 输入单元用于处理输入信号,对输入信号进行滤波、隔离、电平转换等,把输入信号的逻辑值安全可靠地传递到可编程序控制器内部。输入单元有直流输入模块、交流输入模块和交直流输入模块。输出单元用于把用户程序的逻辑运算结果输出到可编程序控制器外部,输出单元具有隔离PLC内部电路和外部执行元件的作用,还具有功率放大的作用。输出单元有晶体管输出模块、可控硅输出模块和继电器输出模块。功能模块是一些智能化了的输入和输出模块。比如,温
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