可編程控制器基礎(chǔ)知識講述課件

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1、plc第一級,第二級,*,*,PLC原理與應(yīng)用,主講教師：侯益坤,houykmcu,,12/12/2024,1,本課程基本情況,專業(yè)課,先修課程：電子電路基礎(chǔ)，計算機應(yīng)用基礎(chǔ),后續(xù)課程：,教材,PLC原理與應(yīng)用李樹雄編,北京航空航天大學(xué)出版社 2006年10月第一版,12/12/2024,2,課程主要內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法,可編程控制器的基礎(chǔ)知識：,類比；識記,FP1的指令系統(tǒng)：要求基本指令,熟悉,FP1可編程控制器、編程工具簡介：,應(yīng)用,PLC程序設(shè)計及應(yīng)用：,方法,12/12/2024,3,目錄,第一章 可編程控制器礎(chǔ)知識第二章 FP1可編程控制器的規(guī)格、性能及系統(tǒng)構(gòu)成第三章 FP1的指令系統(tǒng)第四

2、章 FP1的特殊功能及高級模塊第五章 PLC程序設(shè)計及應(yīng)用舉例第六章 編程工具,12/12/2024,4,第一章 可編程控制器基礎(chǔ)知識,1.1 可編程序控制器(PLC)的歷史與發(fā)展,1.2 PLC的特點及應(yīng)用領(lǐng)域,1.3 PLC的一般構(gòu)成和基本工作原理,1.4 PLC的編程語言,1.5 PLC的性能指標與分類,12/12/2024,5,第一章 可編程控制器基礎(chǔ)知識,1.1 可編程控制器的,歷史和發(fā)展,可編程控制器的產(chǎn)生與歷史,繼電器控制系統(tǒng)的特點,缺點：,體積大、可靠性低、查找故障困難、接線復(fù)雜、對生產(chǎn)工藝變化性的適應(yīng)性差。,優(yōu)點：,簡單易懂、操作方便、價格便宜。,12/12/2024,6,2

3、0世紀60年代，由于小型計算機的出現(xiàn)和大規(guī)模生產(chǎn)及多機群控的發(fā)展，人們曾試圖用小型計算機來實現(xiàn)工業(yè)控制，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電接觸器控制。1968年美國General Motors公司，為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要求制造商為其裝配線提供一種新型的通用程序控制器，并提出,10項,招標指標。,這就是著名的GM 10條,。,12/12/2024,7,編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；,可靠性高于繼電器控制柜；,體積小于繼電器控制柜；,維護方便，最好是插件式；,可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機；,在成本上可與繼電器控制柜競爭；,輸入可以是交流,115V,；,輸出為交流,115V,、,2A,以上，能直接驅(qū)動電磁閥等；

4、,在擴展時，原系統(tǒng)只需很小變更；,用戶程序存貯器容量至少能擴展到,4K,。,GM10條是可編程序控制器出現(xiàn)的直接原因：,12/12/2024,8,可編程控制器的發(fā)展大體可分為以下幾個階段：,第1階段：,可編程控制器剛問世時，功能十分簡單，只有邏輯運算，定時，計數(shù)等功能。,第2階段：,集成電路技術(shù)的發(fā)展及微處理器的產(chǎn)生，使PLC技術(shù)得到了較大的發(fā)展。,第3階段：,單片計算機的出現(xiàn)，半導(dǎo)體存儲器進入工業(yè)化生產(chǎn)以及大規(guī)模集成電路的使用，推進了PLC的進一步發(fā)展，使其演變成專用的工業(yè)計算機。,12/12/2024,9,可編程控制器的發(fā)展大體可分為以下幾個階段：,第4階段：,計算機技術(shù)的飛速發(fā)展及超大規(guī)

5、模集成電路、門陣列電路的使用、促使PLC完全計算機化。,第5階段：,RISC(精簡指令集計算機)芯片在計算機行業(yè)大量使用，表面貼裝技術(shù)和工藝已成熟，這些使PLC整機的體積大大縮小，PLC開始大量使用16位和32位的微處理器芯片，有的PLC已使用RISC芯片。,12/12/2024,10,1.1.2,可編程控制器的發(fā)展及定義,1969年，美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司(DEC)研制出世界上第一臺可編程控制器，并成功地應(yīng)用在GM公司的生產(chǎn)線上。這一時期它,主要用于順序控制，只能進行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱,PLC(Programmable Logic Controller)。,70年代后期，隨著微

6、電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，使PLC從開關(guān)量的邏輯控制擴展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制領(lǐng)域，,真正成為一種電子計算機工業(yè)控制裝置,，,故稱為可,編程控制器,，簡稱PC(Programmable Controller)。但由于PC容易和個人計算機(Personal Computer)相混淆，故人們?nèi)?習(xí)慣地,用PLC作為可編程控制器的縮寫。,12/12/2024,11,1985年1月,國際電工委員會的定義,：,“可編程序控制器是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，,專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計,。,它采用可編程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬

7、式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按,易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充的原則設(shè)計,”。,12/12/2024,12,1.1.3,PLC的發(fā)展趨勢,1.方便靈活和小型化,2.高功能和大型化,3.,產(chǎn)品,規(guī)范化、標準化,12/12/2024,13,1.2 PLC的特點及應(yīng)用領(lǐng)域,PLC的主要特點,可靠性高、抗干擾能力強。,主要有以下幾個方面：,隔離,(,采用光電耦合器,),濾波,對,PLC,的內(nèi)部電源采取了屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施。,設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷、,Watchdog,等電路。,利用系統(tǒng)軟件定期進行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測

8、。,對用戶程序及動態(tài)工作數(shù)據(jù)進行電池備份。,采用密封、防塵、抗振的外殼封裝結(jié)構(gòu)。,以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過程不依賴于機械觸點。,采用循環(huán)掃描的工作方式,，,也提高了抗干擾能力。,12/12/2024,14,2.編程簡單、使用方便、柔性好,易學(xué)易懂的梯形圖語言,類似計算機匯編語言的助記符語言,3.通用性好,互換性好，擴展功能強,4.功能強大，可實現(xiàn)三電一體化,將電控(邏輯控制)、電儀(過程控制)和電結(jié)(運動控制)集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)。,5.體積小、重量輕、功耗低,12/12/2024,15,6.設(shè)計施工周期短,由于PLC用軟件取代繼電接觸器控制系統(tǒng)

9、中的大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等低壓電器，使整個的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。,程序設(shè)計和硬件施工可以同時進行，因而大大縮短了施工周期。,12/12/2024,16,1.2.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域,開關(guān)量的邏輯控制,：,可取代傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)和順序控制器。如各種機床、自動電梯、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線、運輸和檢測等的控制。而且輸入、輸出的點數(shù)不受限制。,機械運動控制,：可用于精密金屬切削機床、機械手、機器人等設(shè)備的控制。,過程控制（模擬量控制）,：,通過配用,A,D,、,D,A,轉(zhuǎn)換模塊及智能,PID,模塊實現(xiàn)對生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量進行閉環(huán)調(diào)節(jié)控制。,數(shù)據(jù)

10、處理,：,很強的數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳送等。,多級控制,：,利用,PLC,的網(wǎng)絡(luò)通信功能模塊及遠程,I,O,控制模塊實現(xiàn)多臺,PLC,之間、,PLC,與上位計算機的鏈接，以完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。,12/12/2024,17,1.PLC的一般構(gòu)成和基本工作原理,1.3.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),電磁閥,電磁,線圈,指示燈,電 源,I/O擴展接口,I/O擴展單元,CPU,存儲器,用戶程序,系統(tǒng)程序,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,輸出接口,外部設(shè)備接口,輸入接口,編程器,數(shù)據(jù),打印機,磁帶機,計,算機,掃描儀,主機,PLC,按鈕,行程開關(guān),觸點,外部設(shè)備,12/12/2024,18,PLC各部分的作用,CPU,診斷,

11、PLC,電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤。,采集現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入,PLC,的寄存器中存儲起來。,（讀入數(shù)據(jù)指令）,按存放指令的順序，逐條讀取指令，完成各種運算和操作。,（指令翻譯）,執(zhí)行指令規(guī)定的操作，并將處理結(jié)果送至輸出端。,（指令執(zhí)行）,響應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請求。,（中斷輸入,）,12/12/2024,19,PLC各部分的作用,存儲器,系統(tǒng)程序存儲器,：,用以存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。,PLC,出廠前已將其固化在只讀存儲器,ROM,或,PROM,中，用戶不能更改。,用戶存儲器：,包括,用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。,這類存儲器一般由低功耗的,CMO

12、S-RAM,構(gòu)成，其中的存儲內(nèi)容可讀出并更改。,注意：,PLC,產(chǎn)品手冊中給出的“存儲器類型”和“程序容量”是針對用戶程序存儲器而言的。,12/12/2024,20,PLC各部分的作用,輸入、輸出接口電路,（）輸入接口電路,：,采用光電耦合電路，將限位開關(guān)、手動開關(guān)、編碼器等現(xiàn)場輸入設(shè)備的,控制信號轉(zhuǎn)換,成,CPU,所能接受和處理的,數(shù)字信號,。,PLC的輸入接口電路（直流輸入型）,12/12/2024,21,PLC各部分的作用,（）輸出接口電路：,采用光電耦合電路，,將CPU處理過的信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，,以驅(qū)動接觸器、電磁閥等外部設(shè)備的通斷電。,有三種類型,：,（a)繼電器輸出

13、型,繼電器輸出型,：,為有觸點輸出方式，用于接通或斷開,開關(guān)頻率較低的,直流負載,或,交流負載,回路,。,12/12/2024,22,（b）晶閘管輸出型,（c）晶體管輸出型,（NPN集電極開路,）,（d）,晶體管輸出型,（PNP集電極開路,）,晶體管輸出型,：,為無觸點輸出方式，用于接通或斷開,開關(guān)頻率較高的,直流,電源負載。,晶閘管輸出型：,為無觸點輸出方式，用于接通或斷開,開關(guān)頻率較高的,交流,電源負載。,12/12/2024,23,電源,PLC,的電源,是指將外部輸入的交流電處理后轉(zhuǎn)換成滿足,PLC,的,CPU,、,存儲器、輸人輸出接口等內(nèi)部電路工作需要的,直流電源電路或電源模塊,。,許

14、多,PLC,的直流電源采用直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，不僅可提供多路獨立的電壓,供內(nèi)部電路使用,，,而且,還可為輸入設(shè)備提供標準電源。,12/12/2024,24,手持編程器（外設(shè)接口）,手持編程器采用,助記符語言編程,，,具有編輯、檢索、修改程序、進行系統(tǒng)設(shè)置、內(nèi)存監(jiān)控等功能?？梢粰C多用，具有使用方便、價格低廉的特點。外設(shè)接口還可以連接多種設(shè)備諸如：打印機、掃描儀等。,缺點：,不夠直觀,可通過,PLC,的,RS232,外設(shè)通訊口,(,或,RS422,口配以適配器,),與計算機聯(lián)機,，,利用專用工具軟件,（,NPST,GR,、,FPSOFT,、,FPWIN,GR,）,對,PLC,進行編程和監(jiān)控,。利用計

15、算機進行編程和監(jiān)控比手持編程工具更加直觀和方便。,12/12/2024,25,I,0,擴展接口,若主機單元的,I,O,點數(shù)不能滿足需要時,，,可,通過此接口用扁平電纜線將,I,O,擴展單元與主機相連，以,增加,I,O,點數(shù),。,PLC,的最大擴展能力主要受,CPU,尋址能力和主機驅(qū)動能力,的限制。,12/12/2024,26,1.3.PLC基本工作原理,PLC與普通微機在許多方面有相似之處，但其工作方式卻與微機有很大的不同。,微機：,等待命令,的工作方式。如在常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式下，有鍵按下或I/O動作，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序;無鍵按下或IO不動作,則處于等待狀態(tài)。,PLC：,循環(huán)掃

16、描,的工作方式。CPU從第一條指令開始按指令步序號作周期性的循環(huán)掃描，如果,無跳轉(zhuǎn)指令,則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，周而復(fù)始不斷循環(huán)，,每一個循環(huán)稱為,一個掃描周期。如下圖所示：,12/12/2024,27,圖 PLC循環(huán)掃描工作示意圖,12/12/2024,28,一個掃描周期主要分為三個階段：,輸入采樣階段,程序執(zhí)行階段,輸出刷新階段,輸入刷新,程序執(zhí)行,輸出刷新,一個掃描周期,輸入刷新,PLC的掃描工作過程,用,戶,輸,出,設(shè),備,輸,入,端,子,輸,入,鎖,存,器,輸,入,映,象,寄,存,器,輸,出,映,象,寄,存,器,輸,出,鎖,存,器,輸,出,端,子,程序,執(zhí)行,用,戶,輸,入,設(shè),備,寫,讀,讀,12/12/2024,29,圖 PLC工作過程框圖,第1階段：自診斷。,第2階段：PLC檢查是否有與編程器或計算機的通信請求。,第3階段：PLC的中央處理器對各個輸入端進行掃描，將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中，這一階段也稱為輸入信號采樣階段。,第4階段：中央處理器CPU將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，以對輸入和原輸出狀態(tài)(這些狀態(tài)統(tǒng)稱為數(shù)據(jù))