可編程控制器應用PPT課件

可編程控制器應用主講教師：陽若寧2008 年上期第1章 可編程控制器的概述 學習要求:n掌握可編程控制器的基本概念、硬件結構、基本工作原理、性能指標;n熟悉可編程控制器的分類及常用產(chǎn)品n了解可編程控制器的發(fā)展、應用、特點和發(fā)展趨勢預備知識:PLC中數(shù)的表示n:二進制數(shù)的表示:n一般地，任意一個二進制數(shù)均可表示成:n n-1nS=k02+k12+kn-12n其中ki取或兩個值之一，n為正整數(shù)n 例:1101:十進制數(shù)轉換成二進制數(shù)n除倒取余法 (215)10=(11010111)2 n n :二進制數(shù)轉換成十進制數(shù)n例 :十六進制數(shù)轉換成二進制數(shù)n十六進制數(shù)的基數(shù)為16,每位上的數(shù)碼Ki有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F共16個符號,n運算規(guī)則是逢十六進一n十六進制數(shù)的每一位數(shù)需要四位二進制數(shù)表示n例:(A85.EF)162:二進制、十進制、十六進制數(shù)碼對照表1.1 可編程控制器的產(chǎn)生n用戶角度提出新一代控制器應具備以下十大條件n（1）編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；n（2）維護方便，更好是插件式；n（3）可靠性高于繼電器控制柜；n（4）體積小于繼電器控制柜；n（5）可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機；n（6）在成本上可與繼電器控制柜競爭；n（7）輸入可以是交流115V（即用美國的電網(wǎng)電壓）；n（8）輸出為交流115V、2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥；n（9）在擴展時，原有系統(tǒng)只需要很小的變更；n（10）用戶程序存儲器容量至少能擴展到4KB。：1.2 可編程控制器的定義 n可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲和執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作命令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外圍設備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功能的原則設計?！?.3 可編程控制器的基本1.3.1 控制組件n可編程控制器主要由CPU、存儲器、基本I/O接口電路、外設接口、編程裝置、電源等組成。n 1.CPU單元:n CPU是可編程控制器的控制中樞，相當于人的大腦。CPU一般由控制電路、運算器和寄存器組成 n2.存儲器:n 可編程控制器的存儲器由只讀存儲器ROM、隨機存儲器RAM和可電擦寫的存儲器EEPROM三大部分構成，主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù).3.I/O單元及I/O擴展接口 n（1）I/O單元:可分為模擬量I/O單元、數(shù)字量I/O單元兩大類。根據(jù)輸入單元形式的不同，可分為基本I/O單元、擴展I/O單元兩大類 n（2）I/O擴展接口：可編程控制器利用I/O擴展接口使I/O擴展單元與PLC的基本單元實現(xiàn)連接，當基本I/O單元的輸入或輸出點數(shù)不夠使用時，可以用I/O擴展單元來擴充開關量I/O點數(shù)和增加模擬量的I/O端子 4.外設接口 n外設接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能通過外設接口組成PLC的控制網(wǎng)絡。PLC通過PC/PPI電纜或使用MPI卡通過RS-485接口與計算機連接，可以實現(xiàn)編程、監(jiān)控、連網(wǎng)等功能。5.電源 n電源單元的作用是把外部電源（220V的交流電源）轉換成內(nèi)部工作電壓。外部連接的電源，通過PLC內(nèi)部配有的一個專用開關式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉化為PLC內(nèi)部電路需要的工作電源（直流5伏、正負12伏、24伏），并為外部輸入元件（如接近開關）提供24V直流電源（僅供輸入端點使用），而驅(qū)動PLC負載的電源由用戶提供。1.3.2 輸入輸出接口電路 1.輸入接口電路n輸入接口電路提高抗干擾能力的方法主要有（1）利用光耦合器提高抗干擾能力 光耦合器中的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動元件，要有足夠的能量才能驅(qū)動（2）利用濾波電路提高抗干擾能力 2.輸出接口電路（1）小型繼電器輸出形式:承受過電壓過電流能力強，但動作速度較慢（2）大功率晶體管或場效應管輸出形式:只可驅(qū)動直流負載可靠性強，速度快，但過載能力差（）雙向晶閘管輸出形式:適合驅(qū)動交流負載可靠性強，速度快，但過載能力差3.I/O電路的常見問題n1、當PLC輸入單元的漏電流值大于mA時，就可能引起PLC輸入電路發(fā)生誤動作。（在輸入端并聯(lián)旁路電阻即可)n 2、應在輸出回路串聯(lián)保險絲，避免負載電流過大，會損壞輸出元件或電路板n 3、晶體管、雙向晶閘管型輸出端子漏電流和殘余電壓的存在,需考慮誤動等問題n 4、感性負載斷電時產(chǎn)生很高的反電勢,一般采用阻容吸收的方式.1.3.3 編程器 n編程器是PLC的重要外圍設備。利用編程器將用戶程序送入PLC的存儲器，還可以用編程器檢查程序，修改程序，監(jiān)視PLC的工作狀態(tài) n常見的給PLC編程的裝置有手持式編程器和計算機編程方式 1.4 可編程控制器的工作原理及主要技術指標 1.4 可編程控制器的工作原理及 主要技術指標 1.4.1 可編程控制器的工作原理 nPLC是采用周期循環(huán)掃描的工作方式，CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務的循環(huán)序列稱為掃描。CPU對用戶程序的執(zhí)行過程是CPU的循環(huán)掃描，并用周期性地集中采樣、集中輸出的方式來完成的 掃描周期主要可分為n（1）讀輸入階段 每次掃描周期的開始，先讀取輸入點的當前值，然后寫到輸入映像寄存器區(qū)域。n（2）執(zhí)行程序階段。用戶程序執(zhí)行階段，PLC按照梯形圖的順序，自左而右，自上而下的逐行掃描，n（3）處理通信請求階段 n（4）執(zhí)行CPU自診斷測試階段。n（5）寫輸出階段 1.4.2 可編程控制器主要技術指標 1.輸入/輸出點數(shù) n可編程控制器的I/O點數(shù)指外部輸入、輸出端子數(shù)量的總和。它是描述的PLC大小的一個重要的參數(shù)。2.存儲容量 nPLC的存儲器由系統(tǒng)程序存儲器，用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器三部分組成。PLC存儲容量通常指用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器容量之和，表征系統(tǒng)提供給用戶的可用資源，是系統(tǒng)性能的一項重要技術指標。3.掃描速度 n可編程控制器采用循環(huán)掃描方式工作，完成1次掃描所需的時間叫做掃描周期。影響掃描速度的主要因素有用戶程序的長度和PLC產(chǎn)品的類型。PLC中CPU的類型、機器字長等直接影響PLC運算精度和運行速度 4.指令系統(tǒng) n指令系統(tǒng)是指PLC所有指令的總和?？删幊炭刂破鞯木幊讨噶钤蕉?，軟件功能就越強，但掌握應用也相對較復雜。用戶應根據(jù)實際控制要求選擇合適指令功能的可編程控制器。5.通信功能 n通信有PLC之間的通信和PLC與其他設備之間的通信。通信主要涉及通信模塊，通信接口，通信協(xié)議和通信指令等內(nèi)容。PLC的組網(wǎng)和通信能力也已成為PLC產(chǎn)品水平的重要衡量指標之一。1.5 可編程控制器的分類、特點、應用及發(fā)展 1.5.1 可編程控制器的分類 n1.按I/O點數(shù)和功能分類：由I/O點數(shù)的多少可將PLC的I/O點數(shù)分成小型、中型和大型 n2.按結構形式分類：PLC可分為整體式結構和模塊式結構兩大類 1.5.2 可編程控制器的特點 n可編程控制器的特點 n（1）編程簡單，使用方便 n（2）控制靈活，程序可變，具有很好的柔性 n（3）功能強，擴充方便，性能價格比高 n（4）控制系統(tǒng)設計及施工的工作量少，維修方便 n（5）可靠性高，抗干擾能力強 n（6）體積小、重量輕、能耗低，是“機電一體化”特有的產(chǎn)品 n2.可編程控制器PLC與個人計算機PC的主要差異 n3.PLC與繼電器控制的區(qū)別 1.5.3 可編程控制器的應用 1.邏輯控制 n可編程序控制器具有“與”、“或”、“非”等邏輯運算的能力，可以實現(xiàn)邏輯運算，用觸點和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進行組合邏輯控制，定時控制與順序邏輯控制 2.運動控制 n可編程序控制器使用專用的運動控制模塊，或靈活運用指令，使運動控制與順序控制功能有機地結合在一起 3.過程控制 n可編程序控制器可以接收溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量，通過模擬量I/0模塊，實現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉換和D/A轉換，并對被控模擬量實行閉環(huán)PID（比例-積分-微分）控制 4.數(shù)據(jù)處理 n可編程序控制器具有數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳送、轉換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。5.構建網(wǎng)絡控制 n可編程序控制器的通信包括主機與遠程I/0之間的通信、多臺可編程序控制器之間的通信、可編程序控制器和其他智能控制設備(如計算機、變頻器)之間的通信。可編程序控制器與其他智能控制設備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。1.5.4 可編程控制器的發(fā)展 n1.向高集成、高性能、高速度，大容量發(fā)展 n2.向普及化方向發(fā)展 n3.向模塊化、智能化發(fā)展 n4.向軟件化發(fā)展 n5.向通信網(wǎng)絡化發(fā)展”習題 n1.簡述可編程序控制器的定義。n2.可編程控制器的基本組成有哪些？n3.輸入接口電路有哪幾種形式？輸出接口電路有哪幾種形式？各有何特點？n4.PLC的工作原理是什么？工作過程分哪幾個階段？n5.PLC的工作方式有幾種？如何改變PLC的工作方式？n6.可編程序控制器有哪些主要特點?n7.與一般的計算機控制系統(tǒng)相比可編程序控制器有哪些優(yōu)點?n8.與繼電器控制系統(tǒng)相比可編程序控制器有哪些優(yōu)點?n9.可編程序控制器可以用在哪些領域?