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1、机电传动控制-PLC部分,第三章 可编程控制器（PLC）,3 PLC编程元件及编程语言,2 可编程控制器的基本组成和工作原理,4 可编程控制器的应用举例,1 可编程控制器概述,1 可编程控制器概述,一、可编程控制器的产生,1 编程简单、现场可修改程序； 2 维护方便、采用插件式结构； 3 可靠性高于继电器控制系统； 4 体积小于继电器控制系统； 5 数据可以直接送入计算机；,6 成本可与继电器系统竞争； 7 输入可为市电； 8 输出可为市电，能直接驱动电磁阀、交流接触器等； 9 通用性强、易于扩展； 10 用户存储器大于4K。,1968年 美国通用汽车公司提出的替代继电器控制系统的新型控制器的
2、十项指标：,第二年，1969年DEC(数字设备公司）研制出了第一台可编程序控制器。由于功能上只有逻辑计算、计时、计数及顺序控制，而且只能进行开关量控制，因此称之为可编程序逻辑控制器（ PLC）。,什么是PLC ?,PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。, 早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。它主要 用于顺序控制，只能实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控制器（Programmable logic controller，略写 PLC ), 随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控制器（Programmable controller
3、，略写PC)。为区别于Personal Computer (PC)，故沿用PLC 这个略写。,自PLC出现以来，得到广泛应用， 它已成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。 PLC、工业机器人、数控机床并称为机械加工自动化的三大支柱。,1978.2国际电工委员会（IEC）PLC的定义：,可编程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指令，并通过数字式和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的外围设备，都按易于与工业系统连成一个整体，易于扩
4、展其功能的原则设计。,1、PLC替代继电接触器控制,PLC与继电接触器控制系统的比较,电动机点动与连续控制,2、电器控制系统的组成,系统根据操作指令（如SB）及被控对象（如电机等）发出的信号（如SQ），由控制电路按规定的动作要求决定执行什么动作或动作的顺序，然后驱动输出设备实现各种操作。实现控制功能的控制电路是采用硬接线将各种继电器及触点连接而成，接线复杂且故障点多，并且控制任务不同时，控制线路也不同，不易灵活改变。,输入部分、输出部分、控制部分,系统根据操作指令（如SB）及被控对象（如电机等）发出的信号（如SQ），由PLC按规定的动作要求决定执行什么动作或动作的顺序，然后驱动输出设备实现各种
5、操作。 PLC控制系统是通过程序实现各种控制功能，并可以通过改变用户程序改变控制功能，从根本上解决了电器控制系统控制电路难以改变的问题。,输入部分、输出部分、控制部分,3、 PLC控制系统的组成,4、PLC对电器控制系统的等效 PLC的用户程序（软件）代替了继电器控制电路（硬件）。可将PLC等效成是许许多多各种各样的“软继电器”和“软接线”的集合，而用户程序就是用“软接线”将“软继电器”及其“触点”按一定要求连接起来的“控制电路”。这种等效关系见图。此例中PLC系统主电路不变，SB1、SB2、 SB3分别与PLC内部的“软继电器”X1、X2、X3的“线圈”对应，KM与PLC内部的“软继电器”Y
6、1对应，控制功能由PLC的用户程序实现。PLC用户程序要实现的是：如何用输入继电器X3、X1、X2来控制输出继电器Y1。当控制要求复杂时，程序中还要采用内部其它类型的“软继电器”，如辅助继电器M0、定时器、计数器等。,PLC等效电路,5、PLC与电器控制系统的区别：控制方法上：硬 ： 软 工作方式上：并行工作方式 ： 串行工作方式 控制速度上：慢 ： 快 定时和计数控制上：精度低 ： 精度高 可靠性和可维护性上：可靠性低 ： 可靠性高,二 PLC的特点,可靠性高，抗干扰能力强，适应各种环境 使用灵活，通用性强（软连接，模块式，控制程序变化方便，具有很好的柔性） 功能完善，适应面广 （数字和模拟
7、量输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、自诊断、人机对话、通讯联网、图形显示。实现现场控制远程控制） 编程直观、简单、易掌握 接口简单，功能强大（输入输出接口直接与设备连接） 体积小、重量轻、功耗低 、便于维修,PLC的应用,开关量逻辑控制 自动生产线、机床电气控制、运输带、包装机等 运动控制 金属切削机床、装配机器人、电梯等。 闭环过程控制 温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。 数据处理 数学运算、数据传输、转换、排序、查表、位操作。 通信联网 PLC与远程I/O、PLC之间、PLC与其它智能控制器之间。,三、PLC分类,按输入（INPUT）和输出（OUTPUT）点数分为
8、：点数 存储器容量 适用场合 功能 小型 128 以下 2KB以下 开关量控制 逻辑运算 记数 计时 中型 2561024 28KB 开关量控制 逻辑运算 模拟量输入输出模拟量控制 数据传送 数据通讯 大型 10248192 8KB以上 各种控制 数据运算 模拟调节 实时中断过程监控 联网通讯文件处理 远程控制 智能控制 按结构形式，分为整体式： cpu单元、输入输出部件在电路板，电源装在机壳内。小型机模块式 ：cpu模块、 输入模块、输出模块、电源模块、控制模块 插入机架插座。大中型机,2 可编程控制器的基本组成和工作原理,PLC是以微处理器为核心的控制系统，是一台微型计算机。由硬件、软件两
9、大部分组成。,硬件组成： 主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、 扩展接口、通信接口、电源等部分组成。软件组成：包括系统程序和用户程序。系统程序如系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的应用程序。,作用：采集反映被控制对象的内部运动的信息，对这些信息按照一定的算法处理加工，获得可以控制被控制对象行为的控制信号并输出施加于被控制对象。这个过程实质就是对信息进行转换与处理的过程。,PLC的基本组成,一、PLC的硬件,基本组成：中央处理单元(CPU板) 存储器 输入输出(I/O)部件 电源部件,（基本组成
10、部分、 I/O扩展部分、外部设备）,PLC结构示意图,各组成部分的作用,2. 存储器,1. CPU,(1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令。 (2)将各种输入信号取入。 (3) 把运算结果送到输出端。 (4) 响应各种外部设备的请求。,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。,3. 输入、输出接口,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。,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。,采用光电隔离，实现了PLC的内部电路
11、与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。,输入接口作用,输出接口作用,输出三种形式：,（1）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。,COM,光电三极管,发光二极管,直流电源,输入端子,PLC,继电器输出,（2）输出接口电路：均采用模块式。,以继电器形式为例：,PLC,小型机：一体机。有接口可扩展。中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合。,4. 各种接口、高功能模块：便于扩展。,编程设备可以是专用的手持式的编程器；也可以是安装了专门的编程通讯软件的个人计算机。,5. 编程设备,用户可以通过键盘输入和调试程序；另外在运行时，还可以对整个控制过程进行监控。,外形的样子,PLC,编程器,P
12、LC软件包括：系统软件和应用软件。 1. 系统软件：由生产厂家编制，用来管理、协调的各部分工作，充分发挥硬件功能的程序，通常被固化在ROM中与PLC一起提供给用户。 其功能：初始化 、系统自诊断、命令识别与处理、用户程序编译、模块自程序及调试管理 2. 应用软件由用户自己编制的用来完成对控制对象的控制的程序.,二 PLC软件,1 可编程控制器的等效电路,三、可编程控制器的基本工作原理,异步机直接起动,2 PLC的工作方式,中低档PLC大多采用循环扫描的工作方式。扫描周期应小于输出继电器的动作时间，一般扫描周期约2040ms, 而大型PLC增加了中断工作方式。 PLC工作过程分：输入采样、程序执
13、行、输出刷新 CPU从第一条指令开始执行，遇到结束符又返回第一条，不断循环。,特点: 集中采样和集中输出.输入的变化只能在每次扫描周期中的输入采样阶段被读入，输出映像寄存器的内容要等到一个扫描周期结束后，才集中送至输出锁存电路，去控制执行机构。,扫描过程示意图,检查CPU等内部硬件，对监视定时器（WDT）复位以及其它工作,与其它装置（如编程器、计算机等）实现通信，对PLC联机或离线编程。,按顺序对所有输入端的状态进行采样，并存入相应寄存器,对用户程序扫描执行 ，并将结果存入相应的寄存器,将寄存器中与输出有关的状态，转到输出锁存器，输出驱动外部负载,输入采样阶段 PLC按顺序对所有输入端的输入状
14、态进行采样，并存入输入映象寄存器中，此时输入映象寄存器被刷新。程序执行阶段 PLC对程序按顺序进行扫描执行。PLC从涉及到的映像寄存器中读出状态，根据用户程序进行运算，结果存入元件或输出映象寄存器中。对于这两个映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。输出刷新阶段当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。在这一阶段里，PLC将输出映象寄存器中的状态转存到输出锁存器中并输出，驱动外部负载。,PLC 执行程序过程,输入设备,输出设备,寄存输入结果,寄存执行结果,锁存输出状态,输出刷新,程序执行,元件映像寄存器,读,写,写,读,寄存中间结果,锁存输入状态,读,PLC I/O处理示意图,基本单元和
15、扩展单元,基本单元又称主机，整体组合结构由CPU (含ROM和RAM)、I/O模块、EPROM模块和电源模块组合而成。 扩展单元也称扩展箱，通过扁平电缆与基本单元相连，用于扩展I/O点数。,系统配置,控制系统必须有一个基本单元，若 I/O点数不够，可引入扩展单元。,3 PLC的性能指标与发展趋势,一、 PLC的性能指标,1. 输入/输出点数 ( I/O点数 )。 2. 扫描速度。 单位： ms /1000步 或 s /步 3. 内存容量。 指令条数。 内部寄存器数目。高功能模块。,二、 PLC的发展趋势,2 向超大型、超小型两个方向发展,1 向高速度、大容量方向发展,3 PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力,4 增强外部故障的检测与处理能力,5 编程语言多样化,一 CPM2AH型PLC简介,CPM2A系列PLC是欧姆龙公司生产的小型整体式PLC。 结构紧凑、指令丰富、性能良好，功能强、价格适当。,CPM2AH：CPU单元(主机)、I/O扩展单元、特殊扩展单元等组成。 主机按I/O点数分：20点、30点、40点、60点； 按电源类型分：AC型、DC型； 按输出方式分：继电器输出型、晶体管输出型。,型号表示方法 CPM2A-40CDR-A 基本单元 ,24点入,16点出(继电器),
