项目认识PLC应用知识

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1、 任课教师 朱晓瑜 课程目标 具有可编程控制器的设备选型和功能掌控具有使用基本指令和功能指令的能力具有梯形图程序设计的初步能力具有初步设计可编程控制应用系统的能力 本节目标 PLC的定义和应用领域PLC与继电器控制的区别 任务一可编程控制器基础 一 PLC的产生及定义二 PLC的特点和分类三 PLC的应用和发展四 PLC的基本组成五 PLC的工作原理六 三菱FX2N系列PLC的特点 引言 从小型三相异步电动机启停控制实例中看出 继电器接触器电器控制的特点有 1 一旦控制要求改变 电器控制系统必须重新配线安装 2 大型的继电器控制电路接线更加复杂 体积庞大 3 机械触点易损坏 因而系统的可靠性较

2、差 检修工作相当困难 引言 采用可编程控制器对三相电机进行直接启动和延时启动 工作将变得轻松愉快 采用可编程控制器进行控制 硬件接线更加简单清晰 用户只需要将输入设备如启动按钮SB1 停止按钮SB2 热继电器FR接到PLC的输入端口 输出设备如接触器线圈KM接到PLC的输出端口 再接上电源就可以了 两种方式启停电机的硬件接线图完全相同 一 PLC的产生 发展和定义 PLC在早期是一种开关逻辑控制装置 被称为可编程序逻辑控制器 ProgrammableLogicController 简称PLC PLC采用微处理器作为其控制核心 它的功能已不再局限于逻辑控制的范畴 因此 1980年美国电气制造协会

3、 NEMA 将其命名为ProgrammableController PC 但为避免与个人计算机 PersonalComputer 的简称PC混淆 习惯上仍将其称为PLC 对新型控制器的主要技术要求 美国通用汽车公司 GE公司 1968年提出了研制新型控制装置的十项指标 其主要内容如下 编程简单 可在现场修改和调试程序 价格便宜 性价比高于继电器控制系统 可靠性高于继电器控制系统 体积小于有继电器控制柜的体积 能耗少 能与计算机系统数据通信 输入量是交流115V电压信号 美国电网电压是110V 输出量是交流115V电压信号 输出电流在2A以上 能直接驱动电磁阀等具有灵活的扩展能力 硬件维护方便

4、采用插入式模块结构 用户存储器容量至少在4KB以上 1 1PLC的产生及发展 可编程序逻辑控制器 ProgrammableLogicController PLC 可编程序控制器 ProgrammableController PC 继电器控制电路 具有逻辑运算定时计数等简单功能 速度提高功能增强可控制模拟量 以16位32位微处理器为核心功能更强 第一代 第三代 第二代 PLC的诞生和发展 可编程序控制器 ProgrammableLogicController 简称PLC 是 以微处理器为基础 综合了计算机技术 自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型 通用的自动控制装置 1 2PLC的定义 国

5、际电工委员会 IEC 对可编程序控制器的定义 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储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作的命令 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联成一个整体 易于扩充功能的原则而设计 PLC是一种数字运算操作的电子系统 专为工业环境下应用而设计的工业控制装置 2 1可编程序控制器 PLC 的特点 1 使用灵活 通用性强 2 可靠性高 抗干扰能力强 3 编程简单 易于掌握 4 接口简单 维护方便 二 PLC的特点

6、和分类 1 按I O点数小型PLC 入出总点子数 256中型PLC 入出总点子数256 2048大型PLC 入出总点子数 20482 按结构类型分整体式 单元式 基本单元 扩展单元 特殊功能单元模块式 积木式 CPU模块 I O模块 电源模块 存储器模块等 叠装式 基本单元 扩展单元 特殊功能单元 扩展模块 特殊功能模块等 2 2PLC的分类 1 单元式结构 整体式 体积小 速度快内置RS 232C接口具有软PID功能 2 模块式结构 3 叠装式 3 按功能分低档机中档机高档机4 按生产厂家分日本立石 OMRON 公司的SP C系列可编程序控制器 日本三菱 MITSUBISHI 公司的F F1

7、 F2 FX2N系列可编程序控制器 日本松下 PANASONIC 电工公司的FP1系列可编程序控制器 美国通用电气 GE 公司的GE系列可编程序控制器 美国艾论 布拉德利 A B 公司的PLC 5系列可编程序控制器 德国西门子 SIEMENS 公司的S5 S7系列可编程序控制器 PowerinaSmallPackage 电源模块 CPU模块 IO模块 底板 中 大型机 模块式 可根据需要在主板上随意组合 三 PLC的应用 开关量逻辑控制 取代传统的继电器 接触器控制 这是PLC最广泛的应用 过程控制 对生产过程中连续变化的模拟量进行检测和控制 数据处理 数据运算 数据传递 数据转换 排序查表

8、位操作等 通信联网与显示打印 可组成多级 分布式控制系统 实现控制与管理的结合 传送带生产线控制 灌装及包装机械 木材加工 电梯控制 空调控制 纺织机械 印刷机械 可编程序控制器的发展趋势 四 PLC的基本结构 PLC的硬件 CPU的具体作用 1 接收 存储用户程序 2 以扫描方式接收来自输入单元的数据和状态信息 并存入相应的数据存储区 3 执行监控程序和用户程序 4 响应外部设备 如编程器 打印机 的请求 4 1中央处理单元 CPU CPU是PLC的控制中枢 它是由控制器和运算器组成 PLC中所采用的CPU通常有三种 1 通用处理器 8086 80286 80386 2 单片机芯片 8031

9、 8096 3 位片式微处理器 AMD 2900小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU 中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU 大型PLC多采用高速位片式微处理器 4 2存储器主要用于存放系统程序 用户程序和工作状态数据 1 系统存储器 存放系统管理程序 2 用户存储器 存放用户编制的控制 3 工作数据存储器 存储工作数据 RAM 存储各种暂存数据 中间结果 用户正调试的程序 ROM 存放监控程序和用户已调试好的程序 用户程序存储器的容量一般以字为单位三菱FX系列的用户程序存储器以程序步为单位 4 3输入接口电路 PLC通过输入单元可实现将不同输入电路的电平进行转换 转换成P

10、LC所需的标准电平供PLC进行处理 接到PLC输入接口的输入器件是 各种开关 按钮 传感器等 各种PLC的输入电路大都相同 PLC输入电路中有光耦合器隔离 并设有RC滤波器 用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰 输入接口作用 将按钮 行程开关或传感器等产生的信号 转换成数字信号送入主机 4 4输出接口 采用光电隔离 实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离 减小了电磁干扰 输出接口作用 将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号 以便控制接触器线圈等电器通断电 另外输出电路也使计算机与外部强电隔离 输出三种形式 继电器 低速大功率晶闸管 可控硅 高速大功率晶体管 高速小功率 4 5

11、电源单元 把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源 有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源 可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用 PLC的外部设备主要有 编程设备触摸屏操作面板文本显示器打印机等 4 6外部设备 4 7编程设备 PCFPPROGRAMMER HELP CLR WRT FN PFL STKIX IY NOTDT Ld READ OTL WL ORR WR ANY WY STX WX SRC OP BIN K H SC CTC EV TMT SV ACLR ENT B A F E D C 9 8 3 2 1 0 7 6 5 4 DELT CLR 利用编程器可将用户程序

12、输入PLC的存储器 还可以用编程器检查程序 修改程序 利用编程器还可以监视PLC的工作状态 编程器一般分简易型和智能型 专用编程器 在装有专用编程软件的计算机上编程 简易编程器 直插式 便携式 计算机辅助编程 图形编程器 编程工具 4 8PLC的软件 1 软件组成 PLC的软件包括系统监控程序和用户程序两大部分 系统监控程序是由PLC的生产厂家编制的 用于控制PLC的运行 包括管理程序 用户指令解释程序 标准程序模块和系统调用三个部分 用户程序又称用户软件 应用软件等 是PLC的使用者编制的针对控制问题的程序 2 应用软件常用的编程语言 目前 PLC常用的编程语言包括梯形图 指令语句表 功能图

13、 功能块图 高级编程语言等 1 梯形图是用图形符号在图中的互相关系来表示控制逻辑的编程语言 梯形图中用 表示PLC编程元件的动合触点 动断触点 线圈 编程元件的种类用图形符号及字母或数字加以区别 END X2 X1 Y1 Y1 连动线路 梯形图 PLC输入继电器动断触点 动合触点 动合触点 输出继电器线圈 1 梯形图中的继电器不是 硬 继电器 是PLC存储器的一个存储单元 当写入该单元的逻辑状态为 1 时 则表示相应继电器的线圈接通 其动合触点闭合 动断触点断开 几点说明 2 梯形图按从左到右 自上而下的顺序排列 每一逻辑行 或称梯级 起始于左母线 然后是触点的串 并联连接 最后是线圈与右母线

14、相联 3 梯形图中每个梯级流过的不是物理电流 而是 概念电流 从左流向右 其两端没有电源 这个 概念电流 只是用来形象地描述用户程序执行中满足线圈接通的条件 五 PLC的工作原理 5 1PLC的工作原理 采用循环扫描方式 在PLC处于运行状态时 从内部处理 通信操作 程序输入 程序执行 程序输出 一直循环扫描工作 注意 由于PLC是扫描工作过程 在程序执行阶段即使输入发生了变化 输入状态映象寄存器的内容也不会变化 要等到下一周期的输入处理阶段才能改变 5 2PLC的运行方式 1 运行工作模式 RUN 当处于运行工作模式时 PLC要进行从内部处理 通信服务 输入处理 程序处理 输出处理 然后按上

15、述过程循环扫描工作 在运行模式下 PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能 为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号 用户程序不是只执行一次 而是不断地重复执行 直至PLC停机或切换到STOP工作模式 注 PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式 2 停止模式 STOP 当处于停止工作模式时 PLC只进行内部处理和通信服务等内容 方式开关置STOP 只执行前2个阶段 即只作内部处理与自诊断与外设进行通信处理 方式开关置RUN 将执行所有阶段 每一次扫描所用的时间称为一个扫描周期 在一个扫描周期内可编程控制器工作过程分为三个阶段 1 输入采样可编程控制器把所有外

16、部输入电路的接通 断开 ON OFF 状态读入输入映像寄存器 2 程序执行在没有跳转指令时 CPU从第一条指令开始 逐条顺序地执行用户程序 直到用户程序结束之处 并根据指令的要求执行相应的逻辑运算 运算的结果写入对应的元件映像寄存器中 3 输出刷新CPU将输出映像寄存器的 0 1 状态传送到输出锁存器 5 3PLC的工作过程 输出刷新阶段 用户程序执行阶段 输入采样阶段 输入端子 输入映象寄存器 元件映象寄存器 输出锁存器 输出端子 扫描周期 写 周期扫描过程 X0 Y0 读 用户输入设备 用户输出设备 Y0 M100 读 扫描周期 扫描周期 T 自诊断时间 I O扫描时间 程序扫描时间以及通信时间 I O滞后时间 即系统响应时间 是指可编程控制器外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的间隔 5 3输入 输出的滞后时间 I O滞后现象的原因 1 输入滤波器有时间常数 2 输出继电器有机械滞后 3 PC循环操作时 进行公共处理 I O刷新和执行用户程序等产生扫描周期 4 程序语句的安排 也影响响应时间