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1、可 编 程 控 制 器 原 理 及 应 用,Programmable Logic Controller(PLC) Programmable Controller(PC),可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上，逐步发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。,1 概 述,一、发展概况,PLC 可编程控制器,二、PLC的品牌产品,三 菱： FX1S、FX1N、FX2N、Q、A系列 日 立： E、EC、EM、EMII、H、EH-150、MICRO-EH系列 东 芝： EX20 EX40系列 富 士： NB、NJ、NS、SPB系列 松 下： FP
2、0、FP1、FP2、FP2SH、FP3、FPM、FPC、FP5、 FP10、FP10S、 FP10SH系列 欧姆龙： CPM1A、CPM2A、C200H、CQM1、CQM1A、 CJ系列,SIEMENS： SIMATIC S7-200 S7-300 S7-400系列 施 耐 德： Twido系列 通 用： GE-I系列 德洲仪器：TI100系列 LG： K10、K30、K60、K80、K100、K120、K120S（E）、 K200、K300、K1000系列,二、PLC的品牌产品,三、主要功能,1.逻辑控制 可编程序控制器具有逻辑运算功能，它设置有“与”、“或“、“非”等逻辑运算指令，能够描述
3、继电器触点的串联、并联、串并联、并串联等各种连接。因此它可以代替继电器进行组合逻辑和顺序逻辑控制。,2. 定时控制 可编程序控制器具有定时控制功能。它为用户提供若干个定时器并设置了定时指令。定时时间可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，定时时间的最小单位也可在一定的范围内进行选择，因此，使用灵活，操作方便。,3.计数控制 可编程序控制器具有计数控制功能。它为用户提供若干个计数器并设置了记数指令。计数值可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，有些可编程序控制器还设置了加计数、减计数两种不同的记数方式。,4. A/D、D/A转换 大多数可编程序控制器还具有摸/数（A/D）和数/摸
4、（D/A）转换功能，能完成对模拟量的检测与控制。,三、主要功能,5.定位控制 有些可编程序控制器具有步进电动机和伺服电动机控制功能，能组成开环系统或闭环系统，实现位置控制。,6.通信与联网 有些可编程序控制器具有联网和通信功能，可以进行远程I/O控制，多台可编程序控制器之间还可以进行同位链接，还可以与计算机进行上位链接。由一台计算机和多台可编程序控制器可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以完成较大规模的复杂控制。,三、主要功能,7.数据处理功能 大多数可编程序控制器都具有数据处理功能，能进行数据并行传送、比较运算；BCD码的加、减、乘、除等运算；还能进行字的按位“与”、“或”、“异
5、或”、求反、逻辑移位、算术移位、数据检索、比较、数制转换等操作。,随着科学技术的不断发展，可编程序控制器的功能还在不断拓宽和增强。,三、主要功能,BCD码: 用4位二进制数来表示1位十进制数中的09这10个数码，简称BCD码，即BCD代码。Binary-Coded Decimal，简称BCD，称BCD码或二-十进制代码，亦称二进码十进数。是一种二进制的数字编码形式，用二进制编码的十进制代码。,四、主要特点,1. 可靠性高、抗干扰能力强、适用于恶劣工作环境 2. 编程简单易学 3. 应用灵活方便 4. 通用性强 5. 具有完善的监视和诊断功能 6. 体积小、重量轻、功耗小、安装维护方便、性价比高
6、,1）各种机械行业，可实现设备、自动线的自动化控制；,2）顺序控制、过程控制、位置控制、生产过程的监控和管理、结合网络技术；,3）数字量、模拟量的数据采集；,五、应用范围,学习要求： 了解可编程控制器的基本结构与基本工作原理 搞清楚PLC内部等效继电器电路的等效思路 熟悉PLC的指令系统 掌握PLC的编程方法和开发步骤,一、 PLC的基本结构,三菱PC基本单元外形,2 可编程控制器的硬件结构与工作原理,2. 存储器,系统程序存储区：存放系统软件，固化在ROM或EPROM等只读存储器中。,用户程序存储区：存放用户程序,变量（数据）存储区：存放内部变量或数据,通常采用低功耗的CMOS-RAM存储器
7、加备用电池，可读写,1. 中央处理单元CPU,计算和控制中心。它的性能（位数和主频）决定了PLC的运算速度和信息处理量的大小。,3.输入/输出接口： 是CPU连接工业现场设备的桥梁。,CPU： 标准电平 弱电 数字量,外部设备： 开关量、模拟量 不同电压等级的交流、直流量 高速、低速信号 远程、本地信号,输入/输出接口,PC厂家为用户提供各种类型的I/O接口电路。,直流开关量输入接口电路,光耦的作用:,电气隔离，抗干扰,电平转换,开关量输入接口：将工业现场的开关量信号转变成CPU能接受的标准逻辑电平。,(图),直流开关量输入接口,交流开关量输入接口,内部直流电源,发光二极管,光电耦合器,输出
8、方式,开关量输出接口：通过该接口实现对外部设备的驱动控制,继电器输出,晶体管输出,晶闸管输出,继电器输出：输出接口由继电器构成。,晶体管输出：输出接口由晶体管构成。,晶闸管输出：输出接口由晶闸管构成。,适于大功率、低速、交、直流负载,适合于小功率、高速、直流负载,适合于大功率、高速、交流负载,请问PLC输出24V是否直接驱动接触器，接触器是不是直流接触器？补充：PLC控制的接触器控制220V的电路。要不要中间还要有什么转换电路。,PLC有多种输出控制，常见的是晶闸管，小型继电器，理论上是可以直接控制接触器的，但是万一你的接触器质量不好，是要烧坏PLC的，所以中间还是加套中间继电器控制，加保险丝
9、,(图),负载电源由外部提供,继电器输出接口电路,PLC 通过 PhotoMOS继电器 驱动电磁阀、接触器 效果好 使用 PhotoMOS继电器 驱动电磁阀、电磁开关、直流电机、接触器等 高速1KHz 无机械磨损 无噪音 无辐射污染 5V TTL 电平信号驱动 直流5-48V 3-20A 电流 24V PLC 电平信号驱动 直流5-48V 3-20A 电流 信号源可以是 PLC,TTL,DCS,DSP,MCU,6. 编程器：是PLC的主要外设。用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视。,便携式：本身不带CPU，只能联机编程。体积小、重量轻、便于生产现场调试。,CRT智能式：带有显示屏的图形编
10、程器，有CPU，可联机编程也可脱机编程，可用多种语言编程。,4. 扩展接口：是用于扩展I/O单元或特殊功能单元。,通用微机作为编程器：个人电脑，配上厂家提供的编程软件和通讯线。有效利用资源。,5. 电源：是PLC的供电电源一般为市电（也有24V供电的）。PLC内部设计有电路进行稳压和变换。以适应内部电路的需要。,二、 PLC的基本工作原理,PLC的工作方式：循环扫描工作方式,扫描周期：从开始到输出结果完成所需的时间。一般为几毫秒几十毫秒。,(图),产品检测传送带如图示，用PLC来检测产品数量。为确保不漏检，对PLC扫描周期有何要求？,产品通过检测点的时间间隔为：T=0.025m/(50m/60
11、s)=30ms, 所以，PLC的扫描周期必须小于30ms,PLC的分类 按I/O点数分 小型PLC：入出总点数256 中型PLC：入出总点数2562048 大型PLC：入出总点数2048 按结构类型分 整体式 模块式（积木式） 按功能分 低档机 中档机 高档机,三、 PLC分类、主要技术指标,PLC的主要技术指标 入/出点数 扫描速度 内存容量 指令条数 内部元件 功能模块 编程语言,3 可编程控制器的软件和用户环境,一、 PLC的软件结构,软件结构,监控程序,用户程序,1. 监控程序,监控程序是可编程控制器产品必须包括的部分，由生产厂家提供。其功能如下：,1）系统管理 运行管理：何时输入、何
12、时输出、何时运算、何时自检、何时通讯等进行时间上的分配管理。 程序空间的管理：生成用户环境。 系统自检程序：系统出错检验、用户程序语法检验、句法检验等。,2）用户指令解释程序 编辑程序和解释程序。,3）标准程序和系统调用,2. 用户程序,用户在PLC提供的编程环境下编制的完成控制功能的程序。,1. 用户数据结构,1）位数据 这是一类逻辑量，其值只有“0”或“1”。,2）字数据 其数制、字长有很多形式。单字或双字、十进制（K）或十六进制(H)等。,3）位和字的混合。,二、 用户环境,2、 PLC的内部等效电路,输入设备,输出设备,输入部分：等效输入继电器。 逻辑控制部分：由用户程序实现的逻辑关系
13、。构成逻辑电路的元件是等效编程元件。 输出部分：等效输出继电器。,三菱F系列PLC的基本情况 日本三菱的早期产品，小型机，整体式结构，包括：基本单元，扩展单元、特殊单元三种。,3. PLC的元件,用户可以使用的输入输出接口、内部存储单元统称元件。,型号表示方法,入出总点数,M(基本单元) E（扩展单元）,输出类型,电源种类,FX2N-48MR主要技术指标,输入、输出点总数：48 功耗：25VA 定时器： 16个 计数器 ：16个 辅助继电器： 192个（64个有掉电保护） 内存：890字 运算速度：45us/步序（平均） 指令：20条 输出形式：继电器输出,编程元件 1. 输入继电器（X0X7
14、，X10X17，X20X27，） 注意：元件编号采用八进制 输入继电器线圈由外部信号驱动，触点可无限次使用。 2. 输出继电器（Y0Y7，Y10Y17，Y20Y27 ，） 主要用于将内部逻辑结果传递到外部负载，每一输出继电器仅有一常开触点连到输出端子供外部负载用，同时也有软触点可无限次使用。,3.辅助继电器(M) 编号从 M0开始 十进制编码 通用型和掉电保护型两种 辅助继电器仅供内部使用 4. 定时器（T） 编号从T0开始； 十进制编码 定时器按定时时钟的不同进行分组 延时时间由设定的K值大小确定 定时器做计时功能,5. 计数器(C) 编号从C0开始； 十进制编码 分加计数、减计数和双向计数
15、器 分掉电保护和通用型两种 计数值由设定的K值大小确定 可对外部事件或内部脉冲进行计数。,6.特殊辅助继电器(M) M8000：运行监视 当PLC处于运行状态时，M8000自动为“1”；反之， M8000 为“0” M8002：产生初始化脉冲 PLC的第一个扫描周期内，M8002为“1”，以后为“0”。,M8012：以周期为100ms循环通断,M8030：锂电池电压下降到一定值时M8030为“1” M8033：PLC停止运行时输出保持 M8034：若使M8034为“1”将起到禁止全部输出的作用,M8012,7. 状态元件(S) 编号从S0开始； 十进制编码 分初始状态元件、原位状态元件、通用状态元件和保持状态元件 状态元件是步进顺序控制的重要元件。,8. 指针（P/I） 编号从0开始 十进制编码 调用指令和跳转用分支指正P，中断程序使用中断指针I,9. 数据寄存器（D） 编号从0开始 十进制编码 分通用寄存器、掉电保护寄存器以及文件寄存器,
