可编程序控制器的基础知识.ppt

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1、多媒体课件制作PowerPoint教程,可编程控制器及其系统,主 讲：郎 朗,多媒体课件制作PowerPoint教程,目 录,第2章接线程序控制及存储程序控制的基本概念2.1 可编程序控制器的组成结构2.2 可编程序控制器的工作原理2.3 可编程序控制器的编程语言,多媒体课件制作PowerPoint教程,第2章接线程序控制及存储程序控制的基本概念,接线程序控制及存储程序控制的基本概念:在继电器控制系统和电子器件控制系统中，要完成一个控制任务，支配控制系统工作的“程序”是由各分立电器元件（继、接触器、电子元件等）用导线连接起来加以实现的，这样的控制系统称为接线程序控制系统。系统方框图如图11所示

2、。,多媒体课件制作PowerPoint教程,如果支配控制系统工作的程序是存放在存储器中，系统要完成的控制任务是通过存储器中的程序来实现，这样的控制系统称为存储程序控制系统。系统方框图如图12所示。,多媒体课件制作PowerPoint教程,可编程控制器就是一种存储程序控制器。其输入设备、输出设备和继电器控制系统相同，但它们是直接接到 可编程控制器的输入端和输出端的。控制程序是通过编程器而写到 可编程控制器的程序存储器中，每个程序语 句都有一个顺序，运行时依次读取存储中的程序语 句，对他们的内容解释并加以执行，执行结果用以接通到输出设备，控制被控对象工作。在存储程序控制系统中，控制程序的修改不需要

3、改变控制器内部的接线（即硬件），而只需通过编程器改变程序存储器中某些语句的内容。,返回,多媒体课件制作PowerPoint教程,2.1 可编程序控制器的组成结构2.1.1 中央处理器CPU2.1.2 存储器2.1.3 输入/输出模块2.1.4 智能模块,多媒体课件制作PowerPoint教程,2.1 可编程序控制器的组成结构,PLC实质上一种工业控制用的专用计算机，PLC系统的实际组成与微型计算机基本相同，它也是有硬件 系统和软件 系统组成。系统硬件结构如下图。一PLC的硬件系统,多媒体课件制作PowerPoint教程,PLC的硬件系统由主机，I/O扩展机及外部设备组成。主机内各部分均通过总线

4、连PLC的硬件系统。总线分电源总线、控制总线、地址总线和数据总线。,图2-1 PLC的硬件系统简化图,返回,多媒体课件制作PowerPoint教程,2.1.1 中央处理器CPU CPU在PLC控制系统中的作用类似于人体的神经中枢，它是PLC的运算、控制中心，用来实现逻辑运算，算术运算，并对全机进行控制，指挥PLC有条不紊的工作。其主要任务有：1.控制从编程器输入的用户程序和数据的接收与存储；2.用扫描方式通过I/O部件接收现场的状态与数据，并存入输入状态表或数据存储器中；,多媒体课件制作PowerPoint教程,3.诊 断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误；4.PLC进入运行状态

5、后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；5.根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出寄存器表的内容，再经由输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。6.接受中断请求并作处理,结束,多媒体课件制作PowerPoint教程,2.1.2 存储器 存储器即内存，用来存储数据和程序。它包括可以随机存取的存取存储器（RAM，用户程序）和在工作中只能读出，不能写入的只读存储器（ROM或EPROM，系统程序）。注意：PLC中的系统程序关系到PLC的性能，不能由用户直接存取，因而PLC产品中所列存储器形式机器容量一般都是指RAM。如果容量 不够，厂家提供

6、了存储器扩展功能。,结束,多媒体课件制作PowerPoint教程,2.1.3 输入/输出模块I/O模块是CPU与现场I/O设备或其它外部设备之间的连接部件。1.输入部件 输入部件是PLC与工业生产现场被控对象之间的连接部件，是现场信号进入PLC的桥梁。该部件接收由主令元件、检测元件来的信号。常见的主令元件:按钮开关常见的检测元件:行程开关、限位开关、光电检测开关、继电器触点及其它各类传感器。其功能是检测一些物理量（如距离、速度、位置、压力、流量、液位、温度、电压、电流等）在设备工作中的状态。输入方式有两种：数字量输入（开关量、接点），模拟量输入（电压或电流输入），要经A/D转换才能进入PLC。

7、,多媒体课件制作PowerPoint教程,2）输出部件 输出部件也是PLC与现场设备之间的连接部件。希望它能直接驱动执行元件，如电磁阀、微电机、接触器、灯和音响 等。常见的输出部件中的输出级：大功率器件，如机械触点式继电器、无触点交流开关（双向可控硅）及直流开关（晶体三极管）等。功能：控制现场设备进行工作（如电动机的起、停，正/反转，阀门的开、关，设备的转动、移动、升降等）。,多媒体课件制作PowerPoint教程,一般PLC配置I/O电平转换模块及电气隔离模块。电平转换模块：(I/O接口实现）输入电平转换是用来将输入端不同电压或电流的信号转换成微处理器所能接收的低电压信号。输出电平转换是用来

8、将微处理器控制的低电平信号转换成控制设备所需的电压或电流信号。电气隔离模块:PLC在微处理器部分与I/O回路之间采用了 光电隔离措施，这样能有效的隔离微处理器与I/O回路之间的联系，而不致引起PLC故障或误操作。以提高PLC的抗干扰能力。,多媒体课件制作PowerPoint教程,为了与现场信号连接，输入/出部件上设有输入/出接线端子排，电平转换信号锁存电路。为了滤除输入信号的噪声和便于PLC内部对信号的处理，其输入电路内部还有滤波电路。,多媒体课件制作PowerPoint教程,(1)开关量输入模块（P15）1）直流输入模块（图2.2）,图2.2 直流输入模块电路原理,多媒体课件制作PowerP

9、oint教程,2）交流输入模块（图2.3）,图2.3 交流汇点输入模块电路原理图,取样电阻,浪涌吸收器：限幅，防止输入信号过高,RC滤波,限流旁路,多媒体课件制作PowerPoint教程,图2.4 交流分隔输入方式电路原理图,多媒体课件制作PowerPoint教程,3）交直流输入模块（图2.5）,图2.5 光电耦合器,以上三种是PLC常用的I/O模块。,多媒体课件制作PowerPoint教程,图2.6 汇点式输入接线(a)直流模块；(b)交流模块,图2.7 分隔式输入接线,多媒体课件制作PowerPoint教程,(2)开关量 输出模块的基本原理：,图2.8 晶体管输出,多媒体课件制作Power

10、Point教程,图2.9 可控硅输出,阳极,门极,阴极,多媒体课件制作PowerPoint教程,图2.10 继电器输出,多媒体课件制作PowerPoint教程,(3)模拟量 输入模块的基本原理在选择使用模拟量 输入模块时，主要应考虑如下几个技术要求：输入量 类型：电压，电流；输入量 程：常见为010V(420mA)；输入极性：如5V；输入通路数：常见有单路、8路和16路；转换精度：主要决定于A/D转换芯片规格，如8位、10位和12位；转换速度：常见有10100s,多媒体课件制作PowerPoint教程,图2.11 模拟量输入模块结构框图,6）输出信号处理,1）控制逻辑,2）光电隔离,3）输入信

11、号处理,4）故障检测,5）AD转换器,多媒体课件制作PowerPoint教程,(4)模拟量 输出模块的基本原理在选择使用模拟量 输出模块时，主要考虑以下技术要求：输出量 类型：电压或电流(取决于输出驱动方式或连接方法)；输出精度：主要取决于D/A转换器的精度，如8位或12位；输出通道数：取决于输出转换开关，常见的有单路或8路；输出幅度：决定于输出级；输出极性：单向或双向。模拟量输出模块的基本结构如图2.12所示。,多媒体课件制作PowerPoint教程,图2.12 模拟量输出模块结构框图,它是由输出锁存器、光电隔离、D/A转换器、输出多路开关和控制逻辑5部分组成。工作过程：一、根据CPU送来的

12、输出通道地址确定是否选中本模块；二、根据CPU送来的控制信号，先将系统总线上的数据送入输出锁存器，然后启动D/A转换，最后接通相应通道的模拟开关，将DA输出的电压信号输送到本通道的输出驱动器。,结束,多媒体课件制作PowerPoint教程,2.1.4 智能模块智能模块与一般的模块的不同点：*自身带有CPU、存储器、和系统程序。种类：PLC之间的通讯模块、PID调节的模拟量控制模块、高速计数器模块、数字位置译码模块、阀门控制模块等。,多媒体课件制作PowerPoint教程,(1)通信模块 PLC与计算机之间的通信一般是通过计算机的串口实现的。目前工控中常用的串行通信方式主要有三种：RS232、R

13、S422和RS485；他们的传输速度和传输距离各不相同，适用于不同场合。,图2.13 FX232ADP系统组成图,FX-232ADP 能够与各种具有 RS232C 接口的通讯设备连接，实现数据交换。,1）FX232ADP适配器,多媒体课件制作PowerPoint教程,传送信号:主从 100点（M800M899）10点（D490D499)从主 100点（M900M999)10点（D500D509）,主站与从站间的通信可以是l00/100点的0N/OFF信号和10点/l0点的l6位数据，用于通信的辅助继电器为M800M999，数据寄存器为D490D509。,光纤并行通信适配器FX2N 一40AP，

14、双绞线并行通信适配器 FX2N-40AW，实现两台PLC间的自动数据传送，达到两台PLC并联运行的目的。,2）FX2N40AP/AW并联适配器,多媒体课件制作PowerPoint教程,图2.14 FX485ADP模块系统,3）FX485ADP适配器4)FX485PC-IF,PLC之间的并联连接,PLC与计算机连接,多媒体课件制作PowerPoint教程,(2)闭环控制模块,1.用软件的方法去实现PID闭环控制的方法；2.专门设计的闭环控制模块。,多媒体课件制作PowerPoint教程,(3)高速计数模块 为了满足工业控制中快速变化过程，高速计数模块一般具有以下功能：1）采样计数2）设定计数值3

15、）计数方式设定4）数值比较5）输出控制,厂家不同计数模块的频率、范围也不同，计数器数量也不同。,多媒体课件制作PowerPoint教程,（4）编程器 作用：在程序输入、调试、检修时使用，多台PLC可以共用 一台编程器。1、输入和编辑用户程序；2、对程序进行编辑检查和修改；3、监视PLC运行时用户编程软件中各个编程元件的 工作状态。,多媒体课件制作PowerPoint教程,三菱公司的FX-20P,编程器分为以下3类：(1)简易编程器,*直接插入PLC的专用接口，PLC提供电源，按键输入，数码管显示；*体积小，携带方便，价格便宜，使用小型的PLC。,多媒体课件制作PowerPoint教程,三菱公司

16、触摸屏,(2)图形编程器,*键盘有功能键、字符键、数字健、和显示屏控制键；*显示器多用液晶显示编程内容、继电器占用情况、程序容量、调试和执行时各种信号的状态和错误提示；*直接编辑梯形图，直观；*监视功能强，和打印机相连；*价格贵、使用与大、中型PLC的编程。,多媒体课件制作PowerPoint教程,(3)工业控制计算机作为编程器以上两种是专用的编程器，不同的厂家是不同的。工业控制计算机作为编程器可以对不同的型号、不同厂家，只要换编程软件。,结束,多媒体课件制作PowerPoint教程,2.2 可编程序控制器的工作原理2.2.1 PLC的扫描2.2.2 PLC的工作过程2.2.3 PLC的输入/

17、输出滞后现象,多媒体课件制作PowerPoint教程,2.2 可编程序控制器的工作原理2.2.1 PLC的扫描当PLC运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但CPU是不能同时去执行多个操作的，它只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作。由于CPU的运算处理速度很高，使得外部出现的结果从宏观来看似乎是同时完成的。这种分时操作的过程为CPU对程序的扫描。扫描从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条扫描用户程序，即顺序逐条执行用户程序，直到程序结束。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期，然后再从头开始扫描，并周而复始地重复。扫描周期与

18、CPU运行速度、PLC硬件配置及用户程序长短有关。,多媒体课件制作PowerPoint教程,*继电器控制是按并行方式工作的，只要有电流通路，可能有几个电器动作；*PLC控制是按串行方式工作的，循环、顺序逐条执行用户程序，直到程序结束。但由于PLC的扫描速度快，通常PLC与电器控制装置在I/O的处理结果上并没有什么差别。,星三角降压起动控制线路,多媒体课件制作PowerPoint教程,PLC是“串行”工作的,循环扫描的工作方式是PLC的一大特点，这和传统的继电器控制系统“并行”工作有质的区别，PLC的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题。,结束,多媒体课件制作PowerPo

19、int教程,2.2.2 PLC的工作过程PLC的工作过程就是程序执行过程，PLC投入运行后，便执行程序执行过程，它分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。,图2.16 PLC的扫描工作过程,多媒体课件制作PowerPoint教程,（1）输入采样阶段 在这个阶段，PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态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。（2）程序执行阶段 在此阶段，PLC对程序按顺序进行扫描。如果程序用梯形图表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行扫描。（3）输出刷 新阶段 当程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，将元素映像寄存器中

20、所有输出继电器状态转存到输出锁存电路，再去驱动用户输出设备（负载），这就是PLC的实际输出。,多媒体课件制作PowerPoint教程,PLC重复地执行上述三个阶段，每重复一次就是一个工作周期（或扫描周期）。工作周期的长短与程序的长短（即组成程序的语句多少、CPU运行速度、PLC硬件配置）有关，但CPU控制器控制读取指令、解释指令及执行指令的工作节奏由震荡信号控制。例如FX2N系列PLC:基本指令0.08微秒/指令;应用指令1.52微秒/指令数百微秒/指令 PLC在每次扫描中，对输入信号采样一次，对输出刷新一次，就保证了PLC在执行程序阶段，输入映像寄存器和输出锁存电路的内容或数据保持不变。,多

21、媒体课件制作PowerPoint教程,多媒体课件制作PowerPoint教程,多媒体课件制作PowerPoint教程,*PLC对I/O的处理规则I/O处理规则执行过程如下图所示。1输入映像寄存器的数据，取决于输入端子在上个工作周期的输入采样阶段所刷新的状态。2输出映像寄存器的状态，由程序中输出指令的执行结果决定。3输出锁存电路中的数据，由上个工作周期的输出刷新阶段存入到输出锁存电路中的数据来确定。4输出端子上的输出状态，由输出锁存电路中数据来确定。5程序执行中所需的输入，输出状态数据由输入映像寄存器和输出映像寄存器读出。,多媒体课件制作PowerPoint教程,*信息刷新方式信息刷新方式有很多

22、种，一般来说：输入刷新是在输入采样阶段进行；输出刷新是在输出采样阶段进行。,结束,多媒体课件制作PowerPoint教程,2.2.3 PLC的输入/输出滞后现象PLC有很多优越之处，但也有不足之处，其中最显著的使I/O有响应滞后现象。对于一般工业设备来说，这些滞后现象是完全允许的。但应尽量减少滞后时间。当PLC的输入端有一个输入信号发生变化到PLC输出端对输入变化作出反应，需要一段时间。这个时间是响应时间或滞后时间。,多媒体课件制作PowerPoint教程,图2.17 程序执行过程中各元素的时序图(a)梯形图；(b)时序图,一般输入/输出响应滞后时间是23个周期。,多媒体课件制作PowerPo

23、int教程,产生I/O响应滞后的原因一般是：1）执行程序按工作周期进行，每一工作周期又分输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段进行。2）产生输入/输出响应滞后的其他原因还有输入滤波器电路的滞后作用、输出继电器的机械滞后作用。,结束,多媒体课件制作PowerPoint教程,2.3 可编程序控制器的编程语言2.3.1 梯形图2.3.2 语句表2.3.3 其他编程语言,多媒体课件制作PowerPoint教程,2.3 可编程序控制器的编程语言 PLC使用对象是广大电气技术人员及操作维护人员。为了满足他们的传统习惯和掌握能力，通常PLC不采用微机的编程语言，常常采用面向控制过程，面向问题的“自然语言”编程

24、，有梯形图LAD，语句表STL（助记符），控制系统流程图，逻辑方程式或布尔代数式等。下面介绍5个概念：,多媒体课件制作PowerPoint教程,1、指令系统：一个PLC所具有的指令的全体称为该PLC的指令系统。它包含指令的多少及各指令的功能。一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。我们在编程之前必须弄清PLC的指令系统。2、程序：PLC指令的有序集合，PLC运行它，可进行相应的工作。这里的程序是指PLC的用户程序。用户程序一般由用户设计，PLC的厂家或代销商不提供。用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂的程序，更难读，所以多数程序用梯形图表达。,多媒体课

25、件制作PowerPoint教程,3、梯形图：通过连线把PLC指令的梯形图符号连接起来的图是梯形图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序。4、梯形图与助记符的对应关系：有严格的对应关系，有了梯形图就可将其翻译成助记符程序，反之也可。梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般顺序为：先输入，后输出；先上，后下；先左，后右。,多媒体课件制作PowerPoint教程,5、梯形图与电气原理图的关系：如果仅考虑逻辑控制，梯形图与电气原理图也可建立起一定的对应关系。如梯形图的输出（OUT）指令，对应于继电器的线圈，而输入指令（如LD，AND，OR）对应于接点，等等。这样，继电控制逻辑，经转换即可变成梯形图

26、，从而也可变成语句表程序。有了这个对应关系，用PLC程序代表继电逻辑是很容易的。这也是PLC技术对传统继电控制技术的继承。下面介绍梯形图、语句表，通过介绍这两个内容进一步理解上面五点。,返回,多媒体课件制作PowerPoint教程,2.3.1 梯形图梯形图在形式上类似于继电器控制电路，如图2.18所示。,它是用图形符号等连接而成，这些符号依次为常开接点，常闭接点，并联接点，串联接点，继电器线圈等。每一接点和线圈均对应一个编号。不同机型的 L，其编号方法不一。,多媒体课件制作PowerPoint教程,连动线路,PLC 输入继电器动断触点,输出继电器线圈,动合触点,动合触点,多媒体课件制作Powe

27、rPoint教程,梯形图的特点：1）梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列。每个继电器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。每一逻辑行起于左母线，然后是接点的各种连接，最后终于继电器线圈。整个图形呈阶梯形。2）梯形图中的继电器不是继电器控制电路中的物理继电器，实质上是存储器中的每位触发器，因此称为“软继电器”。相应位的触发器为“1”态，表示继电器线圈通电，常开接点闭合，常闭接点打开。,多媒体课件制作PowerPoint教程,3）梯形图中，一般情况下某个编号的继电器线圈只能出现一次，而继电器接点则可无限引用，既可是常开接点，又可是常闭接点。4）梯形图是PLC形象化的编程手段，其两端的母线是没有任何电流可接

28、的。梯形图中并没有真实的物理电流流动，仅是“概念”电流，是用户程序运算中满足输出执行条件的形象表示方法。“概念电流”只能从左到右流动，层次改变只能先上后下。,多媒体课件制作PowerPoint教程,5）输入继电器供PLC接受外部输入信号，而不能由内部其它继电器的接点驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的接点，而不出现其线圈，其接点表示相应的输入信号。6）输出继电器供PLC作输出控制用。它通过开关量输出模块对应的输出开关（晶体管，双向可控硅或继电器触点）去驱动外部负载。因此，当梯形图中输出继电器线圈满足接通条件时，就表示在对应的输出点有输出信号。,多媒体课件制作PowerPoint教程,7）PL

29、C的内部继电器不能作输出控制用，其接点只能供PLC内部使用。8）当PLC处于运行状态时，PLC就开始按照梯形图符号排列的先后顺序（从上到下，从左到右）逐一处理，即：PLC对梯形图按扫描方式顺序执行程序。因此不存在几条并行支路同时动作的因素，这在设计梯形图时可减少许多约束关系的连锁电路，从而使电路设计大大简化。,结束,多媒体课件制作PowerPoint教程,2.3.2 语句表 语句表类似于计算机汇编语言的形式，它是用指令的助记符来编程的。不同的PLC，语句表使用的助记符不相同，以FX2N型PLC为例，对应于P61页图的语句表为：LD X0（表示逻辑操作开始，常开接点X0与母线连接）OR X2（常

30、开接点并联）ANI X1（常闭接点串联）OUT Y4（输出）LD X3OUT Y6 语句是程序的最小独立单元，每个操作功能由一条或几条语句来执行。每条语句表示给CPU一条指令，规定CPU如何操作。语句表是由若干条语句组成的程序。,多媒体课件制作PowerPoint教程,语句的格式：操作码 操作数操作码用助记符表示，它表明CPU要完成的某种操作功能，又称编程指令或编程命令。PLC全部编程指令的集合称为指令系统。操作数包括了为执行某种操作所必须的信息，告诉CPU用什么东西来执行此种操作。,结束,多媒体课件制作PowerPoint教程,2.3.3 其他编程语言(1)功能块图使用逻辑框图表示各种控制条件，指令以方框图的形式出现的。,多媒体课件制作PowerPoint教程,FX2N系列PLC用状态器S进行机械手动作控制顺序功能图：,多媒体课件制作PowerPoint教程,(2)逻辑方程式或布尔代数式对应于左图的逻辑方程式为：,(3)高级语言 各类PLC同时具备两种或两种以上的编程语言，梯形图和语句表是都有的，厂家不同表示方法不同，但其编程的基本原理是相同的，只要掌握一种型号的PLC编程语言和方法，再去学习其他的类型的PLC编程语言和方法容易得多。,结束,多媒体课件制作PowerPoint教程,谢谢!,