PLC原理及应用a学习教案

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1、会计学1PLC原理原理(yunl)及应用及应用a第一页，共72页。2 PLC是一种专为工业环境下应用而设计的电子控制系统。第1页/共71页第二页，共72页。3(1987年，国际电工委员会)可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为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(zhlng)，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 可编程逻辑(lu j)控制器（Programmable Logical Con

2、troller）简称PLC第2页/共71页第三页，共72页。4继电器控制系统的明显缺点：继电器控制系统的明显缺点：*体积大，可靠性低，查找故障困难，体积大，可靠性低，查找故障困难，*特别是由于它是靠硬连线逻辑构成系统，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成系统，所以接线所以接线(ji xin)复杂，对生产工艺变化的复杂，对生产工艺变化的适应性差，适应性差，*改造工期长、费用高。改造工期长、费用高。计算机系统的优点：计算机系统的优点：灵活性、通用性好灵活性、通用性好第3页/共71页第四页，共72页。5 1968年美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司(GM)提出了研制可编程序控制器的基本设想，即 (1)能用

3、于工业现场。 (2)能改变其控制“逻辑”，而不需要变动组成(z chn)它的元件和修改内部接线。 (3)出现故障时易于诊断和维修。 1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台PLC，型号为PDP-14 。 我国1974年研制，77年应用。第4页/共71页第五页，共72页。6第一代：从第一台PLC诞生(dnshng)到上个世纪70年代初。第二代： 70年代(nindi)初至70年代(nindi)末。 CPU使用(shyng)中小规模集成电路，采用磁芯存储器。小型计算机 CPU使用微处理器，采用半导体存储器EPROM。 有了计算机接口和模拟量控制功能。 功能简单（只有计数/定时功能

4、）。 功能增强（增加逻辑/数据运算、数据处理、自诊断等功能）。第5页/共71页第六页，共72页。7第三代：70年代(nindi)末到80年代(nindi)中期。 CPU使用8或16位微处理器甚至(shnzh)多微处理器，采用半导体存储器EPROM、CMOSRAM等。 梯形图语言(yyn)及语句表成熟。 小型PLC体积减小、可靠性提高、成本下降。 大型PLC向模块化、多功能方向发展。第6页/共71页第七页，共72页。8 第四代：80年代(nindi)中期到90年代(nindi)中期。第五代： 90年代中期(zhngq)之后。 增加高速(o s)计数、中断、A/D、D/A、PID等功能。 处理速度

5、进一步提高。 连网功能增强。 编程语言进一步完善，开发了编程软件。 CPU使用16位或32位微处理器。 PLC的I/O点增加，最多可达32K个I/O点。 具有强大的数值运算、函数运算、大批量数据处理的功能。 开发了大量的特殊功能模块。第7页/共71页第八页，共72页。9。从技术上看： PLC会向运算速度更快、存储容量更大、功能更广、性能更稳定、性价比更高的方向发展。从规模上看： PLC会进一步向超小型和超大型两个方向发展。从配套性上看： PLC产品会向品种更丰富、规格更齐备(qbi)的方向发展。从网络通信的角度看：PLC将向网络化和通信的简便化方向发展。第8页/共71页第九页，共72页。10

6、对小型(xioxng)PLC 对大中型PLC向着更大容量、更高速度、更多的功能、更高的可靠性、易于(yy)连络通信的方向发展。使之更利于对大规模、复杂系统的控制。 向着体积更小、速度更高、功能增强、价格低廉的方向(fngxing)发展。使之更利于取代继电器控制。第9页/共71页第十页，共72页。11第10页/共71页第十一页，共72页。12通用性和灵活性强；2. 抗干扰能力强，可靠性高；3. 编程语言简单(jindn)易学；4.系统(xtng)的设计、安装、调试、维修工作量少；5. 功能(gngnng)强、功能(gngnng)的扩展能力强；6. 体积小、重量轻、易于机电一体化；PLC的主要特点

7、第11页/共71页第十二页，共72页。13PLC的应用领域的应用领域开关量逻辑控制自动生产线、机床电气控制、冲压机械、铸造机械、运输带、包装机、飞剪等控制运动控制金属切削(qixio)机床、金属成形机械、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。第12页/共71页第十三页，共72页。14第13页/共71页第十四页，共72页。15按控制规模（1）微型机：几十点（2）小型机：500点以下(yxi)（3）中型机：5001000点（4）大型机：

8、1000点以上（5）超大型机：10000点按结构（1）整体式：小型机常采用整体式（2）组合式：中、大型机常采用组合式 PLC的分类(fn li)第14页/共71页第十五页，共72页。16主要生产厂家：主要生产厂家：美国美国Rockwell自动化公司自动化公司(n s)所属的所属的A-B（AllenBradly）公司）公司(n s)，GE-Fanuc公司公司(n s)，德国的西门子（德国的西门子（SIEMENS）公司）公司(n s)法国的施耐德（法国的施耐德（SCHNEIDER）自动化公司）自动化公司(n s)日本的欧姆龙（日本的欧姆龙（OMRON）和三菱公司）和三菱公司(n s)等等第15页/

9、共71页第十六页，共72页。17 OMRON 公司(n s)的整体式 PLCC28P第16页/共71页第十七页，共72页。18CPM2A第17页/共71页第十八页，共72页。19CPM1A第18页/共71页第十九页，共72页。20CQM1 OMRON 公司(n s)的组合式 PLC第19页/共71页第二十页，共72页。21C200HE OMRON 公司(n s)的组合式 PLC第20页/共71页第二十一页，共72页。22CVM1底版(dbn) OMRON 公司(n s)的组合式 PLC第21页/共71页第二十二页，共72页。23输出设备输入设备 I/O扩展 单元 特殊功 能单元主机输出单元输入

10、单元 电 源外设接口I/O扩展口存 储 器 系统程序 存储器 C P U 用户程序 存储器盒式磁带机打印机EPROM写入器 上位计算机 PLC编程器可编程终端PT 整体式 PLC的基本(jbn)组成框图第22页/共71页第二十三页，共72页。24 组合式 PLC的基本组成 (z chn)框图 系 统 总 线通信单元 控 制 系 统 现 场 过 程CPU单元输出单元 编程器PLC或上位计算机智能I/O单元输入单元第23页/共71页第二十四页，共72页。25 输入(shr)并存储用户程序； CPU指挥PLC完成各种预定 (ydng)的功能 检查(jinch)、校验用户程序，发现错误即报警； 执行用

11、户程序、驱动外部输出设备动作； 诊断故障、记忆故障信息并报警。 1. CPU单元第24页/共71页第二十五页，共72页。26系统(xtng)程序存储器 存储系统(xtng)程序用户程序存储 (cn ch)器 存储(cn ch)用户程序工作数据(shj)存储器 存储工作数据 (shj) 2. 存储器第25页/共71页第二十六页，共72页。27 PLC与外部设备 (wi b sh bi)联系的桥梁 开关(kigun) 量输入单元 开关(kigun) 量输出单元 直流输入单元 交流输入单元晶体管输出单元晶闸管输出单元继电器输出单元 3. 输入/输出单元第26页/共71页第二十七页，共72页。28 直

12、流输入(shr)电路COM+5VLEDSR3R1AR2CT 内 部 电 路滤波 光电耦合 外部(wib)开关 输入点的状态(zhungti)显示 输入点 公共端 第27页/共71页第二十八页，共72页。29 交流(jioli)输入电路LED+5VAR2TCOMSCR1 内 部 电 路R3滤波 光电耦合 输入点的状态(zhungti)显示 外部(wib)开关 输入点 第28页/共71页第二十九页，共72页。30 晶体管输出(shch)电路COMT2LEDDFU+5V内 部 电 路T1R1R2R3负载光电耦合 输出(shch)点 公共(gnggng)端 输出点的状态显示 第29页/共71页第三十页

13、，共72页。31 晶闸管输出(shch)电路COMLEDR2 C TFU内 部 电 路R1负载光电耦合 输出点的状态(zhungti)显示 公共(gnggng)端 输出点 第30页/共71页第三十一页，共72页。32 继电器输出(shch)电路COMLED J R内 部 电 路负载输出(shch)点的状态显示 继电器 机械(jxi)触点 公共端 输出点 第31页/共71页第三十二页，共72页。33 PLC由开关式稳压电源为内部电路 (dinl) 供电抗干扰性能好 有的PLC能向外部(wib)提供24V的直流电源 可作为输入 (shr)单元连接的外部设备的电源 开关电源输入电压范围宽体积小重量轻

14、效率高 4. 电源单元第32页/共71页第三十三页，共72页。34I/O扩展(kuzhn)端口 5. I/O扩展(kuzhn)端口C28P第33页/共71页第三十四页，共72页。35I/O扩展(kuzhn)端口 CPM1A的外设端口和 I/O扩展(kuzhn)端口第34页/共71页第三十五页，共72页。36I/O扩展(kuzhn)单元A/D转换(zhunhun)单元 I/O扩展端口可以连接的设备(shbi)举例第35页/共71页第三十六页，共72页。37 CPM1A主机(zhj)与I/O扩展器的连接主机(zhj)I/O扩展器连接(linji)电缆第36页/共71页第三十七页，共72页。38 I

15、/O扩展(kuzhn)端口连接扩展 (kuzhn)器的示意图第37页/共71页第三十八页，共72页。39 6. 外设端口外设端口盒式磁带机打印机EPROM写入器 上位计算机 PLC 可编程终端PT编程器第38页/共71页第三十九页，共72页。40 编程器是对PLC进行(jnxng)操作的工具 专 用 编 程 器 在装有专用 (zhunyng) 编程软件的计算机上编程 简易(jiny)编程器 直插式、便携式 计算机辅助编程 图形编程器 7. 编程工具第39页/共71页第四十页，共72页。41显示屏工作(gngzu)方式选择开关编程位主机(zhj)监控(jin kn)位运行位编程器第40页/共71

16、页第四十一页，共72页。42键盘(jinpn)指令(zhlng)键数字键编辑(binj)键清除键第41页/共71页第四十二页，共72页。43键盘(jinpn)显示屏工作(gngzu)方式选择开关第42页/共71页第四十三页，共72页。44 CPM1A主机(zhj)与编程器的连接第43页/共71页第四十四页，共72页。45 CPM1A主机(zhj)与编程器的连接第44页/共71页第四十五页，共72页。46计算机编程 软件PLC专用电缆计算机编程 软件PLC 通 信适配器RS-232电缆第45页/共71页第四十六页，共72页。47 智能(zh nn)单元本身是一个独立的系统CPU、系统程序(chn

17、gx)、存储器、与外界相连的接口 它们(t men)有自己的： 对组合式PLC：智能单元是PLC系统的一个模块与CPU单元通过系统总线相连接在CPU单元的协调管理下独立地进行工作 对整体式PLC： 主机通过I/O扩展接口与智能单元连接 8. 智能单元第46页/共71页第四十七页，共72页。48第47页/共71页第四十八页，共72页。49 PLC的编程语言 梯 形 图 语 句 表第48页/共71页第四十九页，共72页。50 1. 梯形图编程语言 两种梯形图的继电器符号(fho)图对照 物理继电器 PLC继电器常开常闭 触 点线 圈 梯形图编程语言是一种图形语言，由触点(ch din)、线圈和用方

18、框表示的功能块组成第49页/共71页第五十页，共72页。51000000100001000PLC控制00001SB2KMKM继电器 控 制SB1 2. 两种控制(kngzh)的梯形图比较线圈(xinqun)线圈(xinqun)常开触点常开触点常闭触点常闭触点第50页/共71页第五十一页，共72页。52物理(wl)继电器继电器需硬接线(ji xin)连接触点(ch din)个数有限PLC继电器继电器用程序软连接触点个数无限继电器的接线改变控制功能改变PLC的用户程序改变 控制功能改变 3. 两种控制中继电器的区别PLC触点实质上是存储器中某1位 第51页/共71页第五十二页，共72页。53用PL

19、C控制(kngzh)外部接线不变，改变用户程序。用继电器控制(kngzh)要改变控制(kngzh)电路的实际接线。KMQFUKH M 3 SB1SB2KMKHKM 继电器控制(kngzh)接线 PLC控制外部接线输入设备PLCSB1SB2KHKM输出设备 欲改变控制功能：主电路 相同例如第52页/共71页第五十三页，共72页。54 二、 语句(yj)表编程语言 用助记符表示 (biosh)指令的功能 多条指令语句 (yj)的组合构成了语句 (yj)表 程序 指令语句是 PLC用户程序的基础元素LD 00000OR 01000 AND NOT 00001OUT 01000000000100001

20、00000001梯形图程序 语句表程序 第53页/共71页第五十四页，共72页。55第54页/共71页第五十五页，共72页。56 一、 PLC 采用循环扫描(somio)工作方式 扫描(somio)工作分为 5 个阶段 公 共 处 理 阶 段 程 序 执 行 阶 段 扫描周期计算阶段 I/O 刷 新 阶 段 外设端口处理 阶段第55页/共71页第五十六页，共72页。57设置各异常继电器异常：(ERR/ALM)LED灯亮警告： (ERR/ALM)LED 闪烁异常或警告？ 无有异常检查结果正常？扫描周期监视 时间预置执行用户程序 程序结束？(END命令？)NoYes扫描周期固定值设定检查 有固定值

21、设置？等待设定扫描周期到 计算扫描周期 I/O 刷 新正常异常警告 接通电源初始化I/O外设端口 服务初始化I/O、内部辅助、特殊辅助、辅助记忆继电器区域清零定时器预置识别扩展单元公 共 处 理执行用户 程序扫 描 周 期 计 算 处 理刷新硬件、用户程序内存检 查 外设端口服务 接通(ji tn)电源 初始化 硬件(yn jin)检查 正常？异常报警异常处理扫描周期监视执行用户程序 程序结束？扫描周期检查有固定设置？ 等待扫描周期计算 I/O刷新外设端口服务 异常 公共处理 执行用户程序扫描周期计算 刷 新端口服务第56页/共71页第五十七页，共72页。5800002010000000100

22、00201000 1. PLC扫描(somio)工作各环节的功能 PLC上电后，首先检查硬件(yn jin)是否正常。 按自上而下的顺序，逐条(zh tio)读用户程序并执行。对输入的数据进行处理， 将结果存入输出映象寄存器。 计算扫描周期。若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。母线 I/O刷新阶段。 外设端口服务。读输入点的状态并写入输入映像寄存器。将输出映像寄存器状态经输出锁存器、输出电路送到输出点。访问外设端口连接的外部设备。第57页/共71页第五十八页，共72页。59读读读写写 执行(zhxng)用户程序 I/O刷新 I/O刷新 I/O刷新 I/O刷新 2. PLC执行(zh

23、xng)用户程序的过程010010100000000 00001 01000输入端子输入电路用户输入设备输入映像寄存器输出电路输出端子输出映像寄存器输出锁存器 用户输出设备第58页/共71页第五十九页，共72页。603. PLC的工作过程 (guchng)举例 等效电路图SB1SB2ST公共(gnggng)端公共(gnggng)端输入部分输出端子输入端子用户程序输出部分主电路KMFUKH M 3 QKM01000PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM0000100002PLCSB1SB2KMST000000000100002

24、01000COMCOM第59页/共71页第六十页，共72页。61KM线圈(xinqun)通电SB1闭合(b h)00000 闭合(b h)接点闭合KMFUKH M 3 QKM通电KM通电触点闭合电动机转触点闭合PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOM第60页/共71页第六十一页，共72页。62KM线圈(xinqun)断电00001 断开(dun ki)接点(ji din)断开KMFUKH M 3 QKM通电KM

25、断电触点断开电动停转触点断开PLCCOM000000000000001000020000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLCSB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMSB2闭合第61页/共71页第六十二页，共72页。63 4. PLC执行(zhxng)用户程序的特点 按梯形图自左向右、自上而下(z shn r xi)逐次执行程序 执行程序时所需数据(shj)取自于： 输入映像寄存器输出映像寄存器 输入映像寄存器和输出映像寄存器中的数据输出映像寄存器：在一个扫描周期中可读可写输入映像寄存器：在一个扫描周期中保

26、持不变 每个扫描周期I/O刷新阶段集中读入/读出数据第62页/共71页第六十三页，共72页。64 1. 产生I/O滞后(zh hu)现象的原因 二、 PLC的I/O滞后(zh hu)现象（1） 由于PLC采用循环扫描(somio)的工作方式。 PLC只在每个扫描周期的I/O刷新阶段集中输入/输出，导致输出信号相对输入信号滞后。（2） 输入滤波器对信号的延迟作用。滤波器时间常数越大，对输入信号的延迟作用越强。有的PLC其输入电路滤波器的时间常数可以调整。第63页/共71页第六十四页，共72页。65输出(shch)ON延时。 （3） 输出继电器的动作(dngzu)延迟（继电器输出型PLC）。从输出

27、(shch)锁存器ON、到输出(shch)触点ON经历一定时间 （4） 用户程序的长短及语句编排。要求有较快响应的场合最好不要使用继电器输出型PLC。 I/O滞后现象，对慢速控制系统影响不大。要求快速响应的场合，需要解决I/O速度问题。第64页/共71页第六十五页，共72页。66程序(chngx)语句安排对 I/O响应时间的影响举例200000000001000200002000001001PLCSBKM1000000100101000COMCOMKM2当SB闭合，经过输入滤波，设第一个扫描周期I/O刷新(shu xn)时 00000的映像寄存器 ON。第一个扫描(somio)周期 结束时，0

28、1000为OFF。01000只能在第二个扫描周期结束后才能ON。第65页/共71页第六十六页，共72页。67000002000020000010002000001001PLCSBKM1000000100101000COMCOMKM2当SB闭合，经过输入滤波，设第一个扫描周期(zhuq) 00000的映像寄存器 ON。01000 在第一个扫描周期(zhuq)结束后就能ON 。续如果将梯形图的第一与第二梯级(tj)交换，如下图： 显然，程序语句的安排对I/O响应的影响很大 。第66页/共71页第六十七页，共72页。68第67页/共71页第六十八页，共72页。69 1. 用户程序存储(cn ch)的

29、容量大小； 2. 输入(shr)/输出点数的多少； 3. 循环扫描速度(sd)的快慢； 4. 编程指令的种类和条数的多少； 5. 内部器件的种类和数量的多少； 6. 功能及功能扩展的能力； 7. 智能单元数量的多少； 8. 连网通信能力等。第68页/共71页第六十九页，共72页。70CPM*CPM*系列系列(xli)(xli)性能比较一览性能比较一览(1)(1)第69页/共71页第七十页，共72页。71CPM*CPM*系列性能比较系列性能比较(bjio)(bjio)一览一览(2)(2)第70页/共71页第七十一页，共72页。内容(nirng)总结会计学。我国1974年研制，77年应用。第二代： 70年代初至70年代末。第三代：70年代末到80年代中期。 CPU使用8或16位微处理器甚至多微处理器，采用半导体存储器EPROM、CMOSRAM等。第四代：80年代中期到90年代中期。 CPU使用16位或32位微处理器。从配套性上看： PLC产品会向品种更丰富、规格更齐备(qbi)的方向发展。（1）整体式：小型机常采用整体式。（2）组合式：中、大型机常采用组合式第七十二页，共72页。