《可编程控制器应用技术 教学课件 ppt 作者 祝红芳 任群生 第2章 可编程控制器概述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《可编程控制器应用技术 教学课件 ppt 作者 祝红芳 任群生 第2章 可编程控制器概述（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第2章 可编程控制器概述,人民邮电出版社,高等职业教育机电系列教材,第2章 可编程控制器概述,教学目的和要求 1. 了解PLC的由来及其特点 2. 知道PLC的应用领域 3. 清楚PLC发展趋势 4. 熟悉PLC系统的组成 5. 掌握PLC的工作原理,教学手法 根据教学内容的不同，采用“情景导入法”、“问题探究法”、“直观教学法”、“分析归纳法”、“案例分析法”、“ 案例驱动法”等教学方法。 授课重点 本章重点是PLC的特点、应用, PLC控制系统的构成及工作原理。,授课要点与授课设计,2.1 可编程控制器的产生及发展 2.2 PLC 的特点和应用 2.3 PLC 的分类及技术性能指标 2学
2、时 2.4 PLC 的编程语言 2.5 PLC 系统的组成 2.6 PLC 的工作原理 2学时 授课设计：首先让学生知道可编程控制器（PLC）问世的原因，并强调PLC是当今工业控制领域占主导地位的一种新型自动控制装置；列举一些PLC应用的实例以激发学生的学习兴趣, 接着介绍PLC的特点、分类、性能指标及编程语言等内容。展示PLC装置的具体实物，并让学生观看运行PLC程序的视频资料，使学生获得感性认识；然后讲解PLC的系统构成；再重点介绍PLC的工作方式及工作过程。 作业: 2.1 2.2 2.3 2.6 2.8 2.9,2.1 可编程控制器的产生及发展 2.2 PLC的主要特点及应用 2.3
3、PLC的分类及主要性能指标 2.4 PLC的编程语言 2.5 PLC系统的组成 2.6 PLC的工作原理,2.1 可编程控制器的产生及发展,1968年，美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司(GM公司)提出设想。 1969年，美国数字设备公司研制出世界上第一台PLC，型号为PDP-14。 PLC技术随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展, 由最初的一位机发展为8位机, 并随着微处理器CPU和微型计算机技术在PLC中的应用, 形成现代意义上的PLC。目前，PLC产品已使用16位、32位高性能微处理器，而且实现了多处理器的多通道处理，通信技术使PLC产品的应用得到进一步发展。如今，PLC技术已非常成熟
4、。,可编程控制器定义,国际电工委员会在1987年2月颁布的可编程序控制器标准草案中将其定义为: 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或生产过程。 可编程控制器的名称演变 1969年时被称为可编程逻辑控制器，简称PLC (Programmable Logic Controller)。 采用了微处理器技术的PLC于1980年由美国电气制造商协会正式将其命名为可编程序控制器（Programmable Controll
5、er），简称PC。但由于PC容易和个人计算机 (Personal Computer)相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。,PLC外形图,西门子PLC：,S7-200系列PLC,S7-300系列PLC,S7-400系列PLC,三菱 PLC：,Q系列PLC,FX2N系列PLC,FX1N系列PLC,FX1S系列PLC,欧姆龙 PLC：,C200H系列PLC,CPM1A、CPM2A系列PLC,PLC 生产商：,目前，世界上有PLC生产厂二百多家，比较著名的有：美国的A-B公司、通用电气公司，日本的三菱(小型PLC市场的主力)、松下电工、欧姆龙(PLC市场的员老)，德国的西门子(小、中
6、、大PLC市场的主力)、AEG，法国的施耐德(TE已归旗下)等。 国内PLC生产生产厂家约三十家，比较知名的有：黄石科威、深圳三凌、上海智国、厦门海为、洛阳易达等。但都尚未形成颇具规模的生产能力。不过科威公司的嵌入式PLC较有特色。,可编程控制器的发展趋势,1向高速度、大存储容量方向发展 CPU处理速度进一步加快； 存储容量进一步扩大。 2控制系统将分散化 分散控制、集中管理。 3可靠性进一步提高 随着PLC进入过程控制领域，对可靠性的要求进一步提高。硬件冗余的容错技术将进一步应用。 4控制与管理功能一体化 PLC将广泛采用计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使PLC系统的生产控制
7、功能和信息管理功能融为一体。,2.2 PLC的主要特点及应用,2.2.1 PLC的主要特点 1可靠性高 2使用方便，通用性强 3功能完善，组合方便 4编程简单，维护方便 5体积小、重量轻、功耗低,2.2.2 PLC的应用,按PLC的控制类型，其应用可分为: 1. 开关量控制 2. 模拟量控制 3. 机械加工中的数字控制 4. 工业机器人控制 5. 多层分布式控制系统,2.3.1 PLC的分类 1. 按结构形式分类 （1）整体式PLC : 将组成PLC的各个部分（CPU、存储器、I/O部件等）集中于一体，安装在少数几块印刷电路板上，并连同电源一起装配在一个机壳内形成一个整体，这个整体通常称为主机
8、或基本单元。一般小型和超小型PLC采用整体式结构，如德国西门子公司的S7-200系列PLC。 （2）模块式PLC: 将PLC划分为相对独立的几部分制成标准尺寸的插件式模块，主要有CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等，然后用搭积木的方式将其组装在一个电源机架内。一般大、中型PLC采用模块式结构，如西门子的S7-300、400系列PLC 。,2.3 PLC的分类及主要性能指标,2. 按 I/O点数、功能分类,（1）小型PLC又称低档机。其I/O点数少于256点，如I/O点数小于64点则称为超小型或微型PLC （2）中型PLC的I/O点数在2562048之间。 （3）大型PLC的I/O点数大于
9、2048点。,2.3.2 PLC的主要性能指标,1. 输入/输出总点数（I/O点数） 2. 程序存储容量 3. 指令总数 4. 扫描速度 5. 内部寄存器 6. 特殊功能模块,2.4 PLC 的编程语言,PLC的控制功能是通过执行程序来实现的，因此，用户要根据实际控制系统的需要编写出相应的程序。由于各厂家生产的PLC其硬件结构不尽相同，所以程序表达方式也有差异。现代PLC一般都有多种编程语言供用户选用，最常用的有两种。,1. 梯形图LAD（Ladder Diagram）是一种图形语言，它非常接近继电接触控制系统中的电气控制原理图。在梯形图中沿用了继电器、线圈、常开触点、常闭触点、串联、并联等继
10、电器线路中的术语。梯形图直观、易学， 是目前应用最多的一种语言。 2. 语句表STL ( Staement List ) 又叫指令表IL ( Insstruction List )，它类似于计算机汇编语言。它是用指令助记符来编程，属于面向机器硬件的语言。由若干条指令组成的程序叫语句表程序（或指令表程序）。,3. 功能块图FBD(Function block diagram)是一 种图形编程语言，用规定的与、或、非等逻辑图符号连接而成。功能图块中模块之间的连接方式与电路的连接方式大致相同。 4. 顺序功能图SFC（Sequential function chart）又叫流程图，它是用来描述控制系
11、统的控制过程、功能和特性的一种图形。流程图用约定的几何图形、有向线和简单的文字说明来描述。 5. 高级语言: 近年来在PLC的编程中使用了高级语言，如将BASIC、Pascal、C、FORTRAN等用于PLC的程序设计。另外，各厂家自行开发的高级编程语言（或称编程软件）使用简单方便，应用日益广泛。 PLC的处理过程和程序的执行步骤。,2.5 PLC 系统的组成,2.5.1 PLC的硬件系统 2.5.2 PLC的软件系统,PLC的基本单元主要由微处理器(CPU)、存储器、输入和输出模块、电源模块、I/O扩展接口、外设I/O接口以及编程器等部分组成。 一般小型PLC的硬件系统简化框图 如图 2-1
12、：,2.5.1 PLC的硬件系统,1微处理器（CPU） CPU是整个PLC控制的核心，它指挥、协调整个PLC的工作。它主要由控制器、运算器、寄存器等组成，其中控制器控制CPU的工作，由它读取指令、解释指令及执行指令；运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作；寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 PLC中常用的CPU有通用微处理器(如Z80、8086）、单片机（如8031、8051）和位片式微处理器（如AMD2901、AMD2903）。,2存储器 存储器是PLC记忆或暂存数据的部件，一般由存储体、地址译码电路、读写控制电路和数据寄存器组成，用来存放系统程序、用
13、户程序、逻辑变量及其它一些信息。PLC的存储器分为系统存储器和用户程序存储器。 系统存储器用来存放系统程序。系统程序由PLC生产厂家编写并固化在ROM内，它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各种工作。 用户程序存储器存放用户编制的控制程序。 常用的存储器类型：CMOS RAM、ROM、PROM、EPROM、 EEPROM。,3. 输入/输出（I/O）模块 I/O模块是CPU与现场用户输入、输出设备之间联系的桥梁。 PLC的输入模块用以接收和采集外部设备各类输入信号（如按钮、各种开关、继电器触点等送来的开关量；或电位器、测速发电机、传感器等送来的模拟量），并将其转换成CPU能接受
14、和处理的数据。 PLC的输出模块则是将CPU输出的控制信息转换成外部设备所需要的控制信号去驱动控制元件(如接触器、指示灯、电磁阀、调节阀、调速装置等)。 PLC提供多种用途和功能的I/O模块。P44 为了提高PLC的抗干扰能力,一般的I/O模块都有光电隔离装置，防止现场的强电干扰进入PLC内部。,4. 电源模块 电源是整机的能源供给中心。PLC系统的电源分内部电源和外部电源。 内部电源：PLC内部配有开关式稳压电源模块，用来将220V交流电源转换成PLC内部各模块所需的直流稳压电源。小型PLC的内部电源往往和CPU单元合为一体，大中型PLC都有专用的电源模块。 外部电源又叫用户电源，用于传送现
15、场信号或驱动现场负载，通常由用户另备。,5. 编程器 编程器是对用户程序进行编辑、输入、调试，通过其键盘去调用和显示PLC内部的一些状态和系统参数实现监控功能的设备。它是PLC最重要的外围设备，是PLC不可缺少的一部分。 目前，许多PLC都用微型计算机作为编程工具，只要配上相应的硬件接口和软件包，就可以使用梯形图、语句表等多种编程语言进行编程。,6. 外部设备I/O接口 PLC的外部设备还有: EPROM写入器（用于将用户程序写入到EPROM中）、打印机、外存储器（磁带或磁盘）等。外部设备I/O接口的作用就是将这些外设与CPU相连。某些PLC可以通过通信接口与其它PLC或上位计算机连接，以实现
16、通信网络功能。 7. I/O扩展接口 当用户的输入、输出设备所需的I/O点数超过了主机（基本单元）的I/O点数时，就需要用I/O扩展单元加以扩展。I/O扩展接口就是用于扩展单元与基本单元之间的连接，它使得I/O点数的配置更为灵活。,PLC的软件是指PLC工作所使用的各种程序的集合，它包括系统软件和应用软件两大部分。系统软件决定了PLC的基本智能，应用软件则规定了PLC的具体工作。 系统软件又叫系统程序，是由PLC生产厂家编制的用来管理、协调PLC的各部分工作，充分发挥PLC的硬件功能，方便用户使用的通用程序。系统软件通常被固化在EPROM中与机器的其它硬件一起提供给用户。 应用软件又叫用户程序，是用户根据实际系统控制需要用PLC的编程语言编写的。,2.5.2 PLC的软件系统,2.6.1 PLC的工作方式 2.6.2 PLC的工作过程 2.6.3 扫描周期的计算与PLC的I/O响应时间,2.6 PLC 的工作原理,PLC对用户程序的执行采用循环
