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1、逻辑与可编程控制系统,幻灯制作：四川大学 张春雷,2012年12月,复 习,逻辑控制（程序控制）P1在对生产过程运行状态检测的基础上，依据预先编制好的操作规则，对输入状态进行逻辑运算、或计数、或定时、或对某些变化量进行判断等，然后根据这些结果作出控制决策，控制执行机构协调动作，完成以开关量控制为主的生产过程的自动控制。,程序,逻辑运算 计数 定时 算术运算 ,电机启/停 电磁阀开/闭 指示灯亮/熄 报警器响/停 ,按扭 行程开关 继电器触点 变化参量 ,第一章 绪 论,第一章 绪 论,逻辑控制的特点（P23）(1）信号特点：开关量（ON/OFF）(2）程序特点：顺次控制条件控制时序控制,第一章
2、 绪 论,逻辑控制的要素（P3）(1）动作的转换如何从前一步转换至后一步？(2）动作的执行每一步干什么？,生产工艺,编程控制器的概念 （P3）,第一章 绪 论,采用继电器、接触器、半导体逻辑元件，甚至加上微处理器等器件组成的，能够完成逻辑控制（即程序控制）的装置，称为程序控制器（Program Controller）。,编程控制器的分类 （P4）,按照组成器件分类： 1）机电式程序控制器 2）继电器程序控制器 3）半导体逻辑元件程序控制器 4）存储式程序控制器（即PC或PLC）,按照控制程序的“存储”方法分类： 1）继电器及半导体逻辑元件程序控制器 2）矩阵式程序控制器 3）可编程控制器（即P
3、C或PLC）,继电器逻辑控制电路的概念（P8）,第二章 继电器逻辑控制技术,继电器逻辑控制电路是根据外界输入的特定信号和某种要求，自动地接通和断开电路，断续或连续地改变电路参数或运行状态，实现对电路或非电路对象的切换、控制、调节和保护的一种自动控制电路。,继电器逻辑控制电路的两个基本组成部分：决策部分执行部分,控制规则是以硬件的固定联结来实现的。,2.1.2.继电器逻辑控制电路的主要组成部分,第二章 继电器逻辑控制技术,决策部分执行部分,第二章 继电器逻辑控制技术,按扭 开关 转换器 凸轮控制器 ,行程开关 接近开关 压力继电器 速度继电器 热继电器 时间继电器 ,逻辑输入部分,主令信号和检测
4、信号构成控制线路的输入信号。,2.1.4.继电接触式控制系统的设计,第二章 继电器逻辑控制技术,在继电接触式控制系统的设计中，为了保证系统的使用效能和正确的动作程序，目前常用的是采用经验的方法，即将常用的、典型的控制电路组合成符合要求的控制电路。,可编程控制器的概念（P30）,第三章 可编程控制器的组成及原理,可编程控制器是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在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指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。,PC：Programmable Controller PLC：
5、 Programmable Logic Controller PMC：Programmable Matrix Controller PSC： Programmable Sequence Controller,可编程控制器的特点（P3031）,第三章 可编程控制器的组成及原理,1）通用性和灵活性强 2）可靠性高，抗干扰的能力极强 3）产品系列化、模块化、功能完备、性能优良 4）编制程序简单、容易 5）设计、安装、调试周期短，扩充容易 6）体积小、重量轻、维护方便,可编程控制器的应用领域（P3132）,第三章 可编程控制器的组成及原理,1）开关量逻辑控制 2）运动控制 步进、伺服电机控制 3）过程
6、控制 过程参数检测与控制、PID 4）数据处理 各种运算功能 5）通讯 通讯接口、现场总线,第三章 可编程控制器的组成及原理,PLC选择需要考虑的几个方面： （P3233） 1）重要技术参数及I/O规模 2）功能 轴定位、PID、计数 3）结构 整体式和模块式 4）编程语言及编程终端 5）产地和公司,可编程控制器的基本组成（P3435）,第三章 可编程控制器的组成及原理,可编程控制器,输入部分,输出部分,CPU部分,微处理器,系统程序存储器,用户程序存储器,按钮 限位开关 继电器常开触点 电源,线圈 指示灯 电磁阀 电源,系统程序是调度、管理、运行、诊断PLC的各个部分，使之协调有序工作的“灵
7、魂”。 用户程序是用户按照生产工艺预先编制好的程序。 系统程序与用户程序的关系是：系统程序解决适时调度用户程序运行的问题，但不具体参与生产过程的控制；而用户程序则具体参与生产过程的控制。,第三章 可编程控制器的组成及原理,可编程控制器扫描周期的运行步骤 （P44）,采样输入,执行用户程序,输出刷新,自诊断,通信,第三章 可编程控制器的组成及原理,可编程控制器的主要逻辑功能 （P51）,继电器逻辑输入继电器输出继电器内部继电器,第三章 可编程控制器的组成及原理,计数器逻辑复位信号计数信号设定值当前计数值 触发器逻辑 移位寄存器 数据寄存器,可编程控制器的基本硬件模块（P53） CPU模块,第三章
8、 可编程控制器的组成及原理,CPU芯片：通用微处理器、单片机、或位片式处理器8位机（8051）、16位机、32位机（DSP/ARM）GAL/CPLD/FPGA（可编程逻辑器件） 存储器（内存）：系统内存、用户内存、数据内存EEPROM、EPROM、FLASH 振荡器及分频器：晶振等,可编程控制器的基本硬件模块（P54） 开关量I/O模块,第三章 可编程控制器的组成及原理,开关量直流输入电路,开关量交流输入电路,第三章 可编程控制器的组成及原理,可编程控制器的基本硬件模块 开关量I/O模块,继电器 输出电路（交流和直流）,负载能力较大（25A），响应慢（810ms）,可编程控制器的基本硬件模块
9、开关量I/O模块,第三章 可编程控制器的组成及原理,晶体管 输出电路（直流）,负载能力较小（0.30.5A），响应快（0.51.0ms）,可编程控制器的基本硬件模块 开关量I/O模块,第三章 可编程控制器的组成及原理,晶闸管 输出电路（交流）,负载能力比半导体较强（0.52A），响应较快（接通12ms，关断810ms）,编程器（P56）,第三章 可编程控制器的组成及原理,专用编程器,简易编程器 （便携式编程器）,图形编程器,个人计算机程序开发系统（P57） 编程软件 数据采集和分析软件 实时操作员接口软件 仿真软件 其它软件,电源及外围设备,第三章 可编程控制器的组成及原理,外围设备 （P59
10、）,PLC人/机接口装置 外存储器 打印机 EPROM写入器,电源 （P59）,交流电源：220V/110V 直流电源：24V，电流容量,可编程控制器功能扩展模块（P61）,第三章 可编程控制器的组成及原理,高速计数模块 位置控制模块 模入模出模块 温度控制检测模块,可编程控制器的指令系统（P6263）,第四章 可编程控制器的指令系统与程序设计,最基本的PLC指令系统大致包括以下六大类指令： 1）基本逻辑操作指令：与、或、非、锁存等； 2）输出类指令：基本输出、计时、计数功能指令等； 3）数据处理类：数据传送指令、数据移位指令等； 4）数据运算类：算术运算、逻辑运算、数据比较、数制转换等； 5
11、）程序流控制类：程序分支与跳转、子程序调用与返回等； 6）其它类：新开发的特殊功能指令等。,现代PLC操作系统支持的软件包一般可分为三个级别： 1）基本指令软件包 2）高级指令软件包 3）扩展指令软件包,C200系列PLC的指令系统（P67）,梯形图指令,基本梯形图指令举例（P68）,指令表,00101：启动 00501：正转 00110：停止 00502：反转,定时器和计数器指令（P7072）低速定时器指令TIM,计数器指令CNT,锁存继电器指令KEEP（11）,子程序指令（P92）（1）子程序定义指令SBN（92）/SBN（92）特例：SBN99是调度中断程序（2）子程序调用指令SBS（9
12、1）/SBS（91）,步进指令STEP（08）N 和 SNXT（09）N （P9394）步进指令用于主要顺序控制；STEP和SNXT成对使用；N无意义时，标志步进程序段结束；,程序区 数据区 参数区,存储区空间,S7-200 PLC 指令的数据区（P97）,变量存储区（V） 输入信号的缓冲区（输入映像存储区I） 输出信号的缓冲区（输出映像存储区Q） 内部标志位存储器（M） 特殊标志位存储器（SM）,数据存储区数据对象存储区,定时器 T 计数器 C 高速计数器 HC 模拟量输入 AI 模拟量输出 AQ,S7-200 PLC 指令的寻址方式（P99101）,1）常数及其类型2）数据存储器的寻址3）
13、数据对象的寻址 An 4）间接寻址方式 5）数据存储器的停电保护 6）变量说明,十六进制：16#6C8E 二进制：2#10010011 ASCII码：SIMATIC,(1) 数据地址的一般形式：Aa1.a2 (2) 数据类型符的使用：B（字节）、W（字）D（双字或长字）,区域地址,首字节地址,位地址,区域地址,序号,S7-200 PLC 基本逻辑指令（P103104）,LD n,LD n1 AN n,LD n1 A n,LDN n,LD n1 O n,LD n1 ON n,定时器P105,计数器P105,MOV_X EN ENO IN OUT,MOVX IN, OUTX=B、W、BW、R,XX
14、,数据传送P108,数据比较器P113,n1,n2,XX,n1,n2,XX：=、=、=:B、I、D、R,1) LD I0.0 2) LD I0.1 3) AN I0.2 4) O I0.3 5) LD I0.4 6) A I0.5 7) OLD 8) ALD 9) LD I0.6 10) LD I0.7 11) A I1.1 12) OLD 13) ALD 14) O M0.7 15) AN I1.0 16) = M0.7 17) LD M0.7 18) LD I1.2 19) CTU C7,300 20) MEND,第四章 可编程控制器的指令系统与程序设计,4.1.1.程序设计方法概述,三）
15、程序设计的内容和步骤,1. 系统需求分析,2. 参数表的定义,3. 程序框图的设计,4. 程序的编制,5. 程序测试,6. 程序说明书的编写,第四章 可编程控制器的指令系统与程序设计,4.1.2.继电器梯形图程序设计,一）梯形图语言,1）每个梯形图有多个梯级组成，每级有单个或多个支路； 2）一个梯级一般由多个编程元件和一个输出元件构成，输出元件必须在最右边； 3）梯形结构表达了两个要素：一是扫描顺序，二是信号流向； 4）在梯形图编程语言中，每个接点、线圈、继电器均为存储器中的一位，内部继电器的常开/常闭接点有无穷多个； 5）定时器、计数器等类输出元件不能直接输出，须以其接点为输入，采用I/O的输出线圈作输出； 6）每个支路均不能以输出元件开始； 7）在梯级的竖线上不能设置任何元件； 8）完整的程序应当以END结束。,4.1.2.继电器梯形图程序设计,四）梯形图的顺序控制设计法,1. 经验设计法存在的问题,（1） 设计方法不规范，难于掌握，设计周期长 （2）装置交付使用后维修困难,2. 顺序控制设计法及其设计思路,（1） “步”的划分,（2）确定各相邻之间的转换条件,1 2 3 4 5 6 7 8,第四章 可编程控制器的指令系统与程序设计,第四章 可编程控制器的指令系统与程序设计,
