第5章 可编程序控制器

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1、机电一体化系统与设计 第一章机电一体化概论第二章精密机械技术第三章工业控制计算机第四章基于单片机的控制器第五章可编程序控制器第六章传感器与计算机接口第七章动力驱动及其计算机控制第八章机电一体化系统设计方法与实例 控制器 IPC PLC MCU等 输入接口 输出接口 驱动执行机构 电机 电磁阀等 被控对象 各种机械参数 传感检测装置 各类传感器等 反馈量 被控量 设定值 机电一体化系统的组成 机电一体化系统的组成 第五章可编程序控制器 顺序控制系统可编程序控制器基础LG可编程序控制器可编程序控制器的应用 控制系统按时间特性分类 连续量控制系统 在时间特性上表现为连续量 反馈控制是这类系统的主流

2、包括定值控制系统 随动系统等 离散量控制系统 在时间特性上表现为离散量 顺序控制是这类系统的主流 顺序控制系统的定义 顺序控制是指按照预先确定的操作顺序使控制过程依次进行的一种控制 顺序控制系统的分类 时间顺序控制 以执行时间为依据 每个设备的运行与停止都与时间严格有关 例如 十字路口的交通信号灯南北向 绿灯亮 26S 黄灯亮 4S 红灯亮 30S 绿灯亮 26S 东西向 红灯亮 30S 绿灯亮 26S 黄灯亮 4S 红灯亮 30S 例如 物料的多级输送过程中 为了防止物料的堵塞 启动 先启动后级输送带 再启动前级输送带 A B C停止 先停止前级输送带 再停止后级输送带 C B A 顺序控制

3、系统的分类 例如 化学反应池中的液位控制反应初期 基料泵工作 基料进入 到达液位1后 启动搅拌机开始搅拌 当液位上升到液位2的位置 基料泵停止工作 辅料泵工作 辅料进入 当达到液位3时 辅料泵停止工作 加料完成 开始加热 进行化学反应 逻辑顺序控制 按照逻辑先后关系顺序执行操作指令 与执行时间无严格关系 顺序控制系统的分类 例如 电梯控制 某层乘客按了向上的按钮 根据电梯的当前层和乘客所在层的位置关系有 电梯在乘客层上 下降电梯在乘客层下 上升 条件顺序控制 根据条件是否满足执行相应的操作指令 顺序控制系统的实现 继电接触器组成的逻辑控制系统 机械式开关 应用得最早 操作和逻辑关系由硬件 继电

4、器的常开 常闭触点 时间继电器等 来完成 特点 机械触点 可靠性不高 使用寿命短 故障率高 更改逻辑关系不方便 晶体管组成的无触点顺序逻辑控制电路 电子式开关 用晶体管 晶闸管等半导体元件代替继电器 可靠性增强 寿命增长 可编程序控制器 软件开关 可编程控制器是在计算机技术的促进下发展起来的新一代顺序逻辑控制装置 由软件来完成逻辑功能 可实现对模拟量和开关量的控制 计算机组成的顺序逻辑控制系统应用在集散控制系统或工控机中实现逻辑控制功能 适合于大型系统 第五章可编程序控制器 顺序控制系统可编程序控制器基础LG可编程序控制器可编程序控制器的应用 第五章可编程序控制器 顺序控制系统可编程序控制器基

5、础可编程序控制器的定义 结构及分类可编程序控制器的输入 输出模块可编程序控制器的工作机制可编程序控制器的编程语言与其他控制系统的比较可编程序控制器的应用LG可编程序控制器可编程序控制器的应用 可编程序控制器的定义 国际电工委员会 InternationalElectricalCommittee IEC 在1987年颁布的PLC标准中对PLC作了如下定义 可编程序控制器是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置 它采用可编程序存储器作为内部指令记忆装置 具有逻辑 排序 定时 计数及算术运算等功能 并通过数字或模拟输入 输出模块控制各种类型的设备和生产过程 可编程序控制器的结构 中央

6、处理器 CPU 通用的字节处理器 如Z80 intel8086 M68000 MS 8031系列等 位处理器 如AMD2900 AMD29033等等 大型PLC既具有字节处理器 又有位处理器 双或多处理器 存储器分系统和用户程序存储器 分别用于存储 运行系统 用户程序 输入 输出 I O 模块用于实现与工业现场各种设备接口 电源有交流型 也有24V直流 外部设备编程器显示终端 存储设备等 I O扩展基本单元输入 输出点不够或需要扩展其他功能模块时使用 组成更为全面复杂的控制系统 如网络模块 温控模块等 可编程序控制器的分类 按IO点规模 按结构箱体式 模块式 基板式 第五章可编程序控制器 顺序

7、控制系统可编程序控制器基础可编程控序制器的定义 结构及分类可编程序控制器的输入 输出模块可编程序控制器的工作机制可编程序控制器的编程语言与其他控制系统的比较可编程序控制器的应用LG可编程序控制器可编程序控制器的应用 可编程序控制器的输入 输出模块 作用 与生产过程控制现场的各种生产设备的连接接口 要求 很好的信号适应能力和抗干扰能力 一般配有电平转换 光电隔离和阻容滤波等 类型 1 开关量输入模块2 开关量输出模块3 模拟量输入模块4 模拟量输出模块 开关量输入模块 直流开关量输入如右图所示 R1和R2构成分压器 R2 C构成阻容滤波 二极管D起保护作用 防止电源接反 发光二极管LED指示输入

8、状态 亮表示现场开关合上 光耦实现输入电路的信号联接 电气隔离和电平转换 漏入 源入 没有源入 漏入问题 且适合于直流的无方向接法 开关量输出模块 晶闸管输出适合于大功率输出场合 适合直流输出 适合直 交流输出 漏出 模拟量输入模块 模拟量输出模块 特殊模块 位置控制模块通信模块CRT LCD显示驱动模块ASCII码显示单元PID控制模块存贮器卡与并行接口模块温度控制模块计数模块 这些特殊模块扩展了PLC的功能 如今的PLC不仅能实现顺序控制 还可以实现计算机控制的很多功能 如位置控制 PID等复杂控制 使PLC的应用得到了扩展与推广 第五章可编程序控制器 顺序控制系统可编程序控制器基础可编程

9、控序制器的定义 结构及分类可编程序控制器的输入 输出模块可编程序控制器的工作机制可编程序控制器的编程语言与其他控制系统的比较可编程序控制器的应用LG可编程序控制器可编程序控制器的应用 可编程控制器的工作机制 周期循环扫描机制每个周期内对各种任务进行查询 判断和执行 一个循环扫描过程称为一个扫描周期 大约为几十到几百毫秒 根据任务的复杂程度和CPU的速度而不同 总体来说 分为以下三个阶段 1 输入采样阶段2 程序执行阶段3 输出阶段 可编程控制器的工作机制 输入映象寄存器 元件映象寄存器 输出映象寄存器 第五章可编程序控制器 顺序控制系统可编程序控制器基础可编程控序制器的定义 结构及分类可编程序

10、控制器的输入 输出模块可编程序控制器的工作机制可编程序控制器的编程语言与其他控制系统的比较可编程序控制器的应用LG可编程序控制器可编程序控制器的应用 可编程序控制器的编程语言 1 梯形图2 命令语句表达式 助记程序 3 顺序功能图 SFC 4 控制流程图5 其他 梯形图 梯形图是在继电器 接触器控制系统的基础上发展而来的 二者具有很多的相似点 电源线 母线 常开触点 线圈 线圈 常闭触点 常闭触点 常开触点 命令语句表达式 助记程序 格式 操作码 命令语句 操作数 LOADNOTP0000MPUSHLOADP0001ORP0040ANDLOADANDNOTP0041OUTP0040MPOPLO

11、ADP0002ORP0041ANDLOADANDNOTP0040OUTP0041 操作数 操作码 MOVA R0 INCA 顺序功能图 SFC 顺序功能图又称为状态转移图或状态流程图 是适用于顺序控制的标准化语言 控制流程图 或 与 非 其他 例如 Basic Pascal C等各种高级编程语言等 主要使用在PLC与计算机联合编程或通信等场合 第五章可编程序控制器 顺序控制系统可编程序控制器基础可编程控序制器的定义 结构及分类可编程序控制器的输入 输出模块可编程序控制器的工作机制可编程序控制器的编程语言与其他控制系统的比较可编程序控制器的应用LG可编程序控制器可编程序控制器的应用 PLC控制系

12、统与继电器控制系统的比较 PLC控制系统与计算机控制系统的比较 第五章可编程序控制器 顺序控制系统可编程序控制器基础可编程控序制器的定义 结构及分类可编程序控制器的输入 输出模块可编程序控制器的工作机制可编程序控制器的编程语言与其他控制系统的比较可编程序控制器的应用LG可编程序控制器可编程序控制器的应用 可编程序控制器的应用 1 开关量的开环控制2 模拟量的闭环控制3 数字量的智能控制4 数据采集与监控5 联网 通信及集散控制6 其他应用 第五章可编程序控制器 顺序控制系统可编程序控制器基础LG可编程序控制器结构及特点输入 出接线软组件 内部继电器 指令系统可编程序控制器的应用 结构及特点 L

13、S产电 结构及特点 Master K80S系列产品为CPU 输入输出 通信功能集成于一体的小型PLC 有20 30 40 60点几个机型 其中20点 K7M DR20S 输入点数 DC24V12点输入输出点数 8点继电器输出处理速度 0 5ms Step程序容量 7K步 第五章可编程序控制器 顺序控制系统可编程序控制器基础LG可编程序控制器结构及特点输入 出接线软组件 内部继电器 指令系统可编程序控制器的应用 输入接线 输出接线 第五章可编程序控制器 顺序控制系统可编程序控制器基础LG可编程序控制器结构及特点输入 出接线软组件 内部继电器 指令系统可编程序控制器的应用 软组件 内部继电器 I

14、O继电器P辅助继电器M计时继电器T计数继电器C其他继电器保护继电器K连接继电器L特殊继电器F步进控制器S数据寄存器D I O继电器P 作用用于PLCCPU和外部设备之间进行数据交换 类型输入继电器 位于输入映象寄存器中输出继电器 位于输出映象寄存器中由于继电器P的实质是存储器 其内部数据可无限次使用 相当于有无限个常开 常闭触点 不同于继电器接触器等可见触点 编号MK系列使用P区域作为输入和输出的共同区域 对于MK80S基本单元 输入编号为P0000 P000B 共12点 输出编号为P0040 P0047 共8点 如果加上扩展单元 可以达到80点 I O继电器P 输入 输出继电器的等效电路 可

15、见部分 用于实际接线 不可见部分 用于编程 可见部分 用于实际接线 不可见部分 用于编程 I O继电器P 输入更新 在程序执行之前从输入模块中分批读入输入数据且把它们存储到输入映象寄存器中 当执行输入接触命令时 从输入映象寄存器中读取输入数据并把它们用做顺序程序的执行 当执行输出接触命令时 从元件映象寄存器中读取输出数据并把它们用做顺序程序的执行 当执行输出OUT指令时 运算结果被存在输出映象寄存器中 输出更新 输出映象寄存器中的数据在END指令执行完后被分批输出到输出模块 输入 输出过程 I O继电器P 状态1 状态2 使用举例 软组件 内部继电器 I O继电器P辅助继电器M计时继电器T计数

16、继电器C其他继电器保护继电器K连接继电器L特殊继电器F步进控制器S数据寄存器D 辅助继电器M 位置M继电器是被PLCCPU使用的内部继电器 不能直接同外部设备相连接 作用辅助继电器M相当于中间继电器 常用作中间转换单元 编号对于MK80S 辅助继电器M编号为M0000 M191F 共192 16 F 3072点 辅助继电器M 使用举例 不能接外部设备 软组件 内部继电器 I O继电器P辅助继电器M计时继电器T计数继电器C其他继电器保护继电器K连接继电器L特殊继电器F步进控制器S数据寄存器D 计时继电器T 作用及类型Master k系列有100ms和10ms两种计时器 计时的方法根据计时器指令的不同而不同 TON TOFF TMR TMON TRTG 计时的时间计时器的最大设定值用十六进制表示为hFFFF 用十进制表示为65535 例如 选用100ms计时器 计时器值为600 则能计时0 1 S 600 60 S 编号100ms的计时器的编号为 T000 T191 共192点 10ms的计时器的编号为 T192 T255 共64点 计时继电器T 使用举例 计时器的启动条件 计时器指令 计