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1、福大自动化AK.02部,2009年9月,小型PLC入门教程,目录,目录,前言：继电器回顾,1. 电机正反转示例,采用继电器的常开常闭触点、接触器等执行装置完成所需顺序逻辑功能 电机的起停控制 电机的正反转控制,前言：继电器回顾,前言：继电器回顾,前言：继电器回顾,2. 继电器控制系统,在可编程程序控制器诞生之前，继电器控制系统已广泛应用于工业的各个部门。可编程序控制器是根据工业生产过程顺序逻辑控制的需要而逐步发展起来的，因此，在阐述PLC定义之前，有必要先了解一下继电接触器控制系统。 继电器控制系统通常可看成是输入电路、输出电路、控制电路和工业现场四部分组成。其中输入电路部分由按钮、行程开关、
2、限位开关、传感器等构成，用以向系统送入控制信号。,前言：继电器回顾,输出电路部分由接触器、电磁阀等执行元器件构成，用以控制各种被控制对象（如电动机、阀门等）。控制电路部分是继电器控制系统的核心，它通过导线将各个分立的继电器、电子元器件连接起来，对工业现场实施控制，工业现场部分是指上述的被控制对象或生产过程。 继电器控制系统在传统的工业生产中曾起着重要作用。随着生产规模的逐步扩大，市场竞争日趋激烈，继电器控制系统愈来愈难以适应工业生产的需要。继电器控制电路通常是针对某一固定动作顺序或生产工艺而设计的，,前言：继电器回顾,它只能进行逻辑、定时、计算等一些简单的控制，一旦动作顺序或生产工艺发生变化，
3、就必须重新设计，重新布线、装配和调试。这就迫使人们研制新型的工业控制系统，以取代原来已占统治地位的继电器控制系统。,前言：继电器回顾,第一章：PLC概述,1.1 PLC的命名与定义,一、PLC的命名 20世纪70年代末至80年代初，微处理器技术日趋成熟，使可编程序控制器的处理速度大大提高，并增加了许多特殊功能，如浮点运算、函数运算等，使得可编程序控制器不仅可进行逻辑控制，还可以对模拟量进行控制。 因此，美国电气制造协会将它正式命名为PC（Programmable Controller）。由于个人计算机的简称也是PC(Personal Computer)，为避免混淆，人们习惯上仍将可编程序控制器
4、称为PLC。,1.1 PLC的命名与定义,二、PLC的定义 PLC是1968年美国通用汽车公司提出的。主要目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器控制盘。1969年，研制成第一台PLC型号为PDP-14投入通用汽车的生产线控制中，取得了令人满意的效果。这就是第一代可编程序控制器。 国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，是为在工业环境下应用而设计的。它采用可编程序的存储器，用来在其,第一章：PLC概述,1.1 PLC的命名与定义,内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作命令，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
5、生产过程。可编程序控制器及其有关的设备，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设计。,第一章：PLC概述,1.2 PLC的特点和应用,一、PLC的主要特点 1. 通用性强，使用方便 PLC产品已形成系列化和模块化，并配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户在硬件方面的设计工作只是确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线，一个控制对象的硬件配置确定后，可通过修改用户程序，方便、快速地适应工艺条件的变化。,第一章：PLC概述,一、PLC的主要特点 2. 功能强，使用面广 现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计算、顺序控制等功能，而且还具有A/D、D/A转换，数值运算和数据处理等功
6、能。因此，它既可以控制开关量，也可控制模拟量。,第一章：PLC概述,1.2 PLC的特点和应用,一、PLC的主要特点 3. 抗干扰能力强，可靠性高 硬件上：采用光电耦合器传递信号，使外部电路与CPU间完全没有电路上的联系。在PLC电源电路和I/O模块中，设置了多种滤波电路，它们对高频干扰信号有良好的抑制作用。软件上：设置故障检测与诊断程序，检测系统硬件是否正常，锂电池电压是否过低，外部环境是否正常，用户程序的语法是否错误，发现问题后立即自动进行相应的处理，如报警等。,第一章：PLC概述,1.2 PLC的特点和应用,一、PLC的主要特点 4. 编程语言简单易学 PLC采用梯形图语言，与继电器电路
7、相似,第一章：PLC概述,1.2 PLC的特点和应用,第一章：PLC概述,1.2 PLC的特点和应用,一、PLC的主要特点 5. 安装调试简单，维修方便 PLC内部不需用接线，安装工作量小； 安装配有指示灯，调试维修方便； 模块更换方便。,第一章：PLC概述,1.2 PLC的特点和应用,一、PLC的主要特点 6. 体积小、重量轻，易于实现机电一体化 PLC结构紧凑、坚固，体积小，重量轻，功耗低，同时还具有很好的抗振性及适应环境温度、湿度变化的能力。因此，PLC很容易安装在机械设备内部，是机电一体化设备中较为理想的控制装置。,第一章：PLC概述,1.2 PLC的特点和应用,第一章：PLC概述,1
8、.2 PLC的特点和应用,二、PLC的应用领域 1. 开关量的逻辑控制 这是PLC最基本最广泛的应用。可用PLC取代继电器控制系统，实现开关量的逻辑控制、顺序控制。开关量的逻辑控制可用于单机控制、多机群控，也可用于自动生产线的控制，如机床电气控制，铸造机械、运输带、包装机械控制，电梯的控制，化工系统中各种泵和电磁阀的控制，啤酒灌装生产线、汽车装配线控制等。,第一章：PLC概述,1.2 PLC的特点和应用,二、PLC的应用领域 2. 运动控制 PLC可用于对直线运动或圆周运动的控制，PLC的运动控制功能广泛应用于各种机械设备，如金属切削机床、金属成型机械、装配机械、机器人和电梯等控制。,第一章：
9、PLC概述,1.2 PLC的特点和应用,二、PLC的应用领域 3. 闭环过程控制 闭环过程控制是指对温度、压力、流量等各种连续变化模拟量的控制。PLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量与数字量之间的转换，并能对模拟量进行闭环PID控制。现代的大中型PLC一般都有闭环PID控制功能，它们广泛应用于塑料挤压成型机、加热炉、热处理、锅炉等设备的控制。,第一章：PLC概述,1.2 PLC的特点和应用,二、PLC的应用领域 4. 数据处理 现代PLC基本都具有数值运算，数据传递、转换、位操作等功能，可进行数据的采集、分析和处理。PLC的数据处理功能，一般应用于大中型控制系统，如柔性制造系统、过程控制系统和
10、机器人的控制。,第一章：PLC概述,1.2 PLC的特点和应用,二、PLC的应用领域 5. 联网通信 PLC通信包括PLC之间，PLC与上位计算机及其他智能设备之间的通信。利用PLC和计算机的RS-232接口，用双绞线、同轴电缆或光缆将它们联成网络，实现信息的交换，构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。,第一章：PLC概述,第二章：PLC基本组成和工作原理,2.1 PLC的基本组成,一、CPU模块 CPU是PLC的控制中枢，它由运算器、控制器和寄存器等组成。运算器：执行算术、逻辑等运算的部件。控制器：用来控制PLC的工作部件。 CPU的作用：PLC本身的自检；接收输入模块的信息；执行监控
11、程序和用户程序；输出控制信号；响应外部设备的请求。,2.1 PLC的基本组成,第二章：PLC基本组成和工作原理,二、存储器 可编程序控制器中的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和工作状态数据。 系统程序存储区：存放监控程序，用户不能访问和修改 用户程序存储区：存放经编程器输入的用户程序 数据存储区：暂存输入、输出数据映像,2.1 PLC的基本组成,第二章：PLC基本组成和工作原理,三、输入/输出模块 开关量输入/输出模块 模拟量输入/输出模块 温度控制模块 高速计数模块 运动控制模块,2.1 PLC的基本组成,第二章：PLC基本组成和工作原理,四、编程器 编程器是PLC的重要组成部分，可将用
12、户编写的程序传送到PLC的用户存储区。因此，它的主要任务是输入、修改和调试程序。,2.1 PLC的基本组成,第二章：PLC基本组成和工作原理,五、电源模块 PLC的电源模块将交流电源转换成供CPU、存储器等所需的直流电源，是整个PLC的能源供给中心。它的好坏直接影响到PLC的功能和可靠性。PLC的电源模块除了向PLC内部电路提供稳压电源外，还向外部提供直流24V稳压电源，用于传感器的供电。,2.1 PLC的基本组成,第二章：PLC基本组成和工作原理,一、PLC的基本工作原理 PLC工作原理虽与工业计算机相同，但在应用时，可不必用计算机的软硬件知识去做深入的分析，而只需将PLC看成是继电器、定时
13、器、计数器等组成的控制系统，从而将PLC等效成输入部分、逻辑控制部分和输出部分。 输入部分：将外部开关信号转换成PLC内部输入继电器的接通或断开。 程序控制部分：根据输入/输出继电器的触点状态执行用户程序，其结果使输出继电器线圈接通或断开。,2.2 PLC的工作原理,第二章：PLC基本组成和工作原理,一、PLC的基本工作原理 输出部分：根据输出继电器的状态决定是否接通外接电气。 下图为PLC等效工作电路,2.2 PLC的工作原理,第二章：PLC基本组成和工作原理,第二章：PLC基本组成和工作原理,二、PLC的循环扫描工作过程 PLC采用循环扫描的方式工作。用户程序通过编程器输入并存放在PLC的
14、用户程序存储区中，当PLC投入运行后，在系统程序的控制下，PLC对用户程序进行逐条解释并加以执行，直到用户程序结束，然后返回程序的起始，又开始新一轮的执行。PLC的这种工作方式称为循环扫描。PLC完成一个循环的扫描过程称为一个扫描周期。 PLC循环扫描的工作过程按4个阶段进行。如下图所示：,2.2 PLC的工作原理,第二章：PLC基本组成和工作原理,公共处理：以故障诊断为主，对PLC内部的CPU、存储器、I/O部分、总线等进行自检。外设处理：对编程器、可编程终端等外部设备请求的处理。执行用户程序：按照从左到右，从上到下的顺序执行用户程序，并将结果存入输出映像寄存器。数据输入/输出：采集输入信号
15、并存入输入映像寄存器中；同时将输出映像寄存器中要输出的信号送到输出锁存器 ，经输出电路驱动外接电器。,2.2 PLC的工作原理,第二章：PLC基本组成和工作原理,第三章：PLC的分类,1.整体式 整体式结构PLC是将中央处理单元、存储器、输入输出单元和电源单元等组装在一个机壳内。 2.模块式 模块式结构PLC是把中央处理单元和存储器做成独立的组件模块，把输入输出等单元也做成独立的模块，然后组装在一个机架或母板上。,3.1 按结构形式分类,第三章：PLC的分类,PLC的每个输入/输出接点简称为点。 按输入/输出的点数来分类： 1. 小型PLC 小型PLC均为整体式结构，体积小。主要有CP1E、C
16、P1H、CP1L 、CPM1A、CPM2A、CPM2AH等系列，近期广泛使用的小型PLC主要是CP1E系列。 CP1E是新一代小型PLC：经济、简单、高效。 可分为两类：E型和N型。,3.2 按控制规模分类,第三章：PLC的分类,E型基本型CPU单元，以基本功能实现高性价比及更方便的 应用。 N型应用型CPU单元，支持可编程终端（PT）连接、位置控 制以及变频器连接。,主要特性： 1. 可通过专用软件CX-Programmer for CP1E进行编程、设定及监控。 2. 可通过便宜的USB通信电缆实现与计算机的简单连接。 3. 可使用扩展I/O单元增加CPU单元的I/O容量（30/40点I/O型CPU单元）。 4. 可使用扩展单元增加模拟量I/O或温度输入到30/40点I/O型CPU单元。,3.2 按控制规模分类,第三章：PLC的分类,第三章：PLC的分类,第三章：PLC的分类,第三章：PLC的分类,第三章：PLC的分类,第三章：PL
