機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)--第五章 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及其接口技術(shù)（53可編程控制器）ppt課件

1、 可編程序控制器問(wèn)世于1969年。是美國(guó)汽車(chē)制造工業(yè)猛烈競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。更新汽車(chē)型號(hào)必然要求加工消費(fèi)線改動(dòng)。正是從汽車(chē)制造業(yè)開(kāi)場(chǎng)了對(duì)傳統(tǒng)繼電器控制的挑戰(zhàn)。1968年美國(guó)General Motors公司，要求制造商為其裝配線提供一種新型的通用程序控制器，并提出10項(xiàng)招標(biāo)目的。這就是著名的GM 10條。第三節(jié)第三節(jié) 可編程控制器可編程控制器一、可編程控制器的產(chǎn)生n編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修正程序；編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修正程序；n可靠性高于繼電器控制柜；可靠性高于繼電器控制柜；n體積小于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；n維護(hù)方便，最好是插件式；維護(hù)方便，最好是插件式；n可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；可將數(shù)據(jù)直

2、接送入管理計(jì)算機(jī)；n在本錢(qián)上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)；在本錢(qián)上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)；n輸入可以是交流輸入可以是交流115V；n輸出為交流輸出為交流115V、2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥等；以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥等；n在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只需很小變卦；在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只需很小變卦；n用戶(hù)程序存貯器容量至少能擴(kuò)展到用戶(hù)程序存貯器容量至少能擴(kuò)展到4K。GM10條是可編程序控制器出現(xiàn)的直接緣由：n可編程控制器的定義n 1969年，美國(guó)數(shù)據(jù)設(shè)備公司(DEC)研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器，并勝利地運(yùn)用在GM公司的消費(fèi)線上。這一時(shí)期它主要用于順序控制，只能進(jìn)展邏輯運(yùn)算，故稱(chēng)為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC(Progr

3、ammable Logic Controller)。n 70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛開(kāi)展，使PLC從開(kāi)關(guān)量的邏輯控制擴(kuò)展到數(shù)字控制及消費(fèi)過(guò)程控制領(lǐng)域，真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制安裝，故稱(chēng)為可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PC(Programmable Controller)。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī) (Personal Computer)相混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程控制器的縮寫(xiě)。 1985年1月國(guó)際電工委員會(huì)的定義： “可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下運(yùn)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作

4、的指令，并經(jīng)過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或消費(fèi)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展的原那么設(shè)計(jì)。三、三、PLC與通用微處置機(jī)的區(qū)別與通用微處置機(jī)的區(qū)別掃描任務(wù)機(jī)制是PLC與通用微處置機(jī)的根本區(qū)別。 在實(shí)際上，微機(jī)可以編程，構(gòu)成PLC的多數(shù)功能，然而通用微機(jī)不是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)環(huán)境運(yùn)用設(shè)計(jì)的； 微機(jī)與外部世界銜接時(shí)需求專(zhuān)門(mén)的接口電路板，而PLC帶有各種IO模塊可供直接利用，且輸入輸出線可多至數(shù)百條； PLC具有多種診斷才干，模塊式構(gòu)造，易于維修； PLC可采用梯形圖編程，編程言語(yǔ)直觀簡(jiǎn)單，容易掌握；雖然許多PLC可以接納模擬信號(hào)和進(jìn)展簡(jiǎn)單

5、的算術(shù)運(yùn)算，但是，當(dāng)數(shù)學(xué)運(yùn)算復(fù)雜時(shí)，PLC是無(wú)法與通用微機(jī)相競(jìng)爭(zhēng)。四、四、 可編程控制器的組成可編程控制器的組成I I/ /O O擴(kuò)擴(kuò)展展單單元元I I/ /O O擴(kuò)擴(kuò)展展接接口口 中中央央處處理理單單元元 ( (C CP PU U) )輸輸入入接接口口輸輸出出接接口口限限位位開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)手手動(dòng)動(dòng)開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)編編碼碼器器數(shù)數(shù)字字開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)電電源源外外部部設(shè)設(shè)備備接接口口存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器系系統(tǒng)統(tǒng)程程序序用用戶(hù)戶(hù)程程序序數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)編編程程器器上上位位計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)圖圖形形監(jiān)監(jiān)控控系系統(tǒng)統(tǒng)打打印印機(jī)機(jī)E EP PR RO OM M寫(xiě)寫(xiě)入入器器盒盒式式磁磁帶帶機(jī)機(jī)條條碼碼判判讀讀機(jī)機(jī)電電源源電電磁磁閥閥繼繼電電器器指指

6、示示燈燈蜂蜂鳴鳴器器1、CPU的作用的作用診斷診斷PLC電源、內(nèi)部電路的任務(wù)形狀電源、內(nèi)部電路的任務(wù)形狀及編制程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。及編制程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。采集現(xiàn)場(chǎng)的形狀或數(shù)據(jù)，并送人采集現(xiàn)場(chǎng)的形狀或數(shù)據(jù)，并送人PLC的存放器中。的存放器中。逐條讀取指令，完成各種運(yùn)算和操作。逐條讀取指令，完成各種運(yùn)算和操作。 將處置結(jié)果送至輸出端。將處置結(jié)果送至輸出端。 呼應(yīng)各種外部設(shè)備的任務(wù)懇求。呼應(yīng)各種外部設(shè)備的任務(wù)懇求。 存儲(chǔ)器 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器：用以存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。PLC出廠前已將其固化在只讀存儲(chǔ)器ROM或PROM中，用戶(hù)不能更改。用戶(hù)存儲(chǔ)器：包括用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)及任務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。這

7、類(lèi)存儲(chǔ)器普通由低功耗的CMOS-RAM構(gòu)成，其中的存儲(chǔ)內(nèi)容可讀出并更改。留意： PLC產(chǎn)品手冊(cè)中給出的“存儲(chǔ)器類(lèi)型和“程序容量是針對(duì)用戶(hù)程序存儲(chǔ)器而言的。輸入輸出接口電路輸入接口電路：采用光電耦合電路，將限位開(kāi)關(guān)、手動(dòng)開(kāi)關(guān)、編碼器等現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處置的數(shù)字信號(hào)。 PLC的輸入接口電路直流輸入型 輸出接口電路：采用光電耦合電路，將輸出接口電路：采用光電耦合電路，將CPU處置過(guò)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需求的強(qiáng)電處置過(guò)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需求的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥等外部信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥等外部設(shè)備的通斷電。有三種類(lèi)型：設(shè)備的通斷電。有三種類(lèi)型： 內(nèi)內(nèi)部部電

8、電路路L LE ED DL L: :負(fù)負(fù)載載C CO OM ML LL L輸輸出出端端子子繼電器輸出型 繼電器輸出型：為有觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或繼電器輸出型：為有觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開(kāi)開(kāi)關(guān)頻率較低的直流負(fù)載或交流負(fù)載回路。斷開(kāi)開(kāi)關(guān)頻率較低的直流負(fù)載或交流負(fù)載回路。內(nèi)內(nèi)部部電電路路L LE ED D輸輸出出端端子子L L: :負(fù)負(fù)載載C CO OM ML LL Lb 晶閘管輸出型L L: :負(fù)負(fù) 載載輸輸 出出 端端 子子L LE ED D內(nèi)內(nèi)部部電電路路C CO OM ML LL Lc 晶體管輸出型NPN集電極開(kāi)路輸輸 出出 端端 子子L LE ED D內(nèi)內(nèi)部部電電路路C CO OM

9、ML L: :負(fù)負(fù) 載載L LL Ld 晶體管輸出型PNP集電極開(kāi)路 晶體管輸出型：為無(wú)觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷晶體管輸出型：為無(wú)觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開(kāi)開(kāi)關(guān)頻率較高的直流電源負(fù)載。開(kāi)開(kāi)關(guān)頻率較高的直流電源負(fù)載。 晶閘管輸出型：為無(wú)觸點(diǎn)輸出方晶閘管輸出型：為無(wú)觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開(kāi)開(kāi)關(guān)頻率較式，用于接通或斷開(kāi)開(kāi)關(guān)頻率較高的交流電源負(fù)載。高的交流電源負(fù)載。n電源電源 n PLC PLC的電源是指將外部輸入的交的電源是指將外部輸入的交流電處置后轉(zhuǎn)換成滿(mǎn)足流電處置后轉(zhuǎn)換成滿(mǎn)足PLCPLC的的CPUCPU、存儲(chǔ)器、輸人輸出接口等內(nèi)部電路存儲(chǔ)器、輸人輸出接口等內(nèi)部電路任務(wù)需求的直流電源電路或

10、電源模任務(wù)需求的直流電源電路或電源模塊。許多塊。許多PLCPLC的直流電源采用直流開(kāi)的直流電源采用直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，不僅可提供多路獨(dú)立關(guān)穩(wěn)壓電源，不僅可提供多路獨(dú)立的電壓供內(nèi)部電路運(yùn)用，而且還可的電壓供內(nèi)部電路運(yùn)用，而且還可為輸入設(shè)備提供規(guī)范電源。為輸入設(shè)備提供規(guī)范電源。n n手持編程器手持編程器 n 手持編程器采用助記符手持編程器采用助記符言語(yǔ)編程，具有編輯、檢索、修言語(yǔ)編程，具有編輯、檢索、修正程序、進(jìn)展系統(tǒng)設(shè)置、內(nèi)存監(jiān)正程序、進(jìn)展系統(tǒng)設(shè)置、內(nèi)存監(jiān)控等功能。可一機(jī)多用，具有運(yùn)控等功能?？梢粰C(jī)多用，具有運(yùn)用方便、價(jià)錢(qián)低廉的特點(diǎn)。用方便、價(jià)錢(qián)低廉的特點(diǎn)。n缺陷：不夠直觀缺陷：不夠直觀n 可經(jīng)過(guò)

11、可經(jīng)過(guò)PLCPLC的的RS232RS232外設(shè)外設(shè)通訊口通訊口( (或或RS422RS422口配以適配器口配以適配器) )與與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，利用公用工具軟件計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，利用公用工具軟件NPSTNPSTGRGR、FPSOFTFPSOFT、FPWINFPWINGRGR對(duì)對(duì)PLCPLC進(jìn)展編程和監(jiān)控。利用計(jì)算進(jìn)展編程和監(jiān)控。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)展編程和監(jiān)控比手持編程工機(jī)進(jìn)展編程和監(jiān)控比手持編程工具更加直觀和方便。具更加直觀和方便。n輸入輸出輸入輸出I I0 0擴(kuò)展接口擴(kuò)展接口 n 假設(shè)主機(jī)單元的假設(shè)主機(jī)單元的I IO O點(diǎn)數(shù)點(diǎn)數(shù)不能滿(mǎn)足需求時(shí)，可經(jīng)過(guò)此接口不能滿(mǎn)足需求時(shí)，可經(jīng)過(guò)此接口用扁平電纜線將用扁平電纜線

12、將I IO O擴(kuò)展單元與擴(kuò)展單元與主機(jī)相連，以添加主機(jī)相連，以添加I IO O點(diǎn)數(shù)。點(diǎn)數(shù)。PLCPLC的最大擴(kuò)展才干主要受的最大擴(kuò)展才干主要受CPUCPU尋尋址才干和主機(jī)驅(qū)動(dòng)才干的限制。址才干和主機(jī)驅(qū)動(dòng)才干的限制。 五、可編程控制器的任務(wù)原理 微機(jī)：等待命令的任務(wù)方式 PLC：循環(huán)掃描的任務(wù)方式 CPU從第一條指令開(kāi)場(chǎng)按指令步序號(hào)作周期性的循環(huán)掃描，假設(shè)無(wú)跳轉(zhuǎn)指令,那么從第一條指令開(kāi)場(chǎng)逐條順序執(zhí)行用戶(hù)程序，直至遇到終了符后又前往第一條指令，周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱(chēng)為一個(gè)掃描周期。六、PLC消費(fèi)廠家及代表產(chǎn)品n日本立石日本立石OMRON，歐姆龍公司，歐姆龍公司 C系列系列n日本三菱公司日本

13、三菱公司 F、FX、A系列系列n德國(guó)西門(mén)子德國(guó)西門(mén)子SIEMENS公司公司 S5、S7、TI系列系列n法國(guó)法國(guó)TE公司公司 TSX7系列系列n美國(guó)通用電氣美國(guó)通用電氣GENERAL ELECTRIC公司，簡(jiǎn)稱(chēng)公司，簡(jiǎn)稱(chēng)GE公司公司 GE、SR系列系列n美國(guó)艾倫美國(guó)艾倫布拉德利布拉德利ALLENBRADLEY)公司，簡(jiǎn)稱(chēng)公司，簡(jiǎn)稱(chēng)AB公司公司 SLC、 PLC系列系列 三菱系列可編程控制器特點(diǎn)：三菱系列可編程控制器特點(diǎn)： 指令速度快，系統(tǒng)配置靈敏，功能強(qiáng)大。具有豐富的擴(kuò)展模塊及特殊功能模塊，指令速度快，系統(tǒng)配置靈敏，功能強(qiáng)大。具有豐富的擴(kuò)展模塊及特殊功能模塊， 可實(shí)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)PLC于上位機(jī)之間完善

14、的網(wǎng)絡(luò)通訊，具有網(wǎng)絡(luò)控制功能。于上位機(jī)之間完善的網(wǎng)絡(luò)通訊，具有網(wǎng)絡(luò)控制功能。n一、型號(hào)的表示法一、型號(hào)的表示法n例如例如 F 20 M R E n表示輸入表示輸入/輸出總點(diǎn)數(shù)輸出總點(diǎn)數(shù)nM 表示本單元類(lèi)型：表示本單元類(lèi)型：M為根本單元、為根本單元、E為擴(kuò)展為擴(kuò)展單元單元nR 表示輸出類(lèi)型：表示輸出類(lèi)型：nR為繼電器、為繼電器、T為晶體管、為晶體管、S為晶閘管為晶閘管nE 表示電源電壓種類(lèi)：表示電源電壓種類(lèi)：nV為為100/110V交流、交流、E為為220/240V交流、交流、D為為24V直流直流n為順應(yīng)不同負(fù)載，輸出方式有：為順應(yīng)不同負(fù)載，輸出方式有：n晶體管輸出方式：用于直流負(fù)載晶體管輸出方

15、式：用于直流負(fù)載n晶閘管輸出方式：交流負(fù)載晶閘管輸出方式：交流負(fù)載n繼電器輸出方式：交流或直流負(fù)載。繼電器輸出方式：交流或直流負(fù)載。七、七、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ：1. PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原那么有：控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原那么有：1最大限制的滿(mǎn)足消費(fèi)過(guò)程的控制要求；最大限制的滿(mǎn)足消費(fèi)過(guò)程的控制要求；2在滿(mǎn)足控制要求的前提下，盡量使控制系在滿(mǎn)足控制要求的前提下，盡量使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)；統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)；3保證控制系統(tǒng)平安可靠；保證控制系統(tǒng)平安可靠；4在選擇在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)思索到消費(fèi)的開(kāi)展容量時(shí)，應(yīng)思索到消費(fèi)的開(kāi)展和工藝改良，必需留有余地。和工藝改良，必需留有余地。2. PLC控制系統(tǒng)的設(shè)

16、計(jì)步驟：控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟：1熟習(xí)控制對(duì)象的工藝條件確定熟習(xí)控制對(duì)象的工藝條件確定輸入輸出設(shè)備及輸入輸出設(shè)備及Io點(diǎn)數(shù)點(diǎn)數(shù)2選擇適宜的選擇適宜的PLC類(lèi)型類(lèi)型 3畫(huà)輸入輸出接線圖畫(huà)輸入輸出接線圖 4PLC的編程的編程 八、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例工件搬運(yùn)安裝表示圖 搬運(yùn)工件機(jī)械手搬運(yùn)工件機(jī)械手PLC控制控制 ，動(dòng)作要求如下：，動(dòng)作要求如下： 對(duì)機(jī)械手的控制主要是位置識(shí)別、運(yùn)動(dòng)方向控制對(duì)機(jī)械手的控制主要是位置識(shí)別、運(yùn)動(dòng)方向控制和物料能否存在的判別。它的義務(wù)是將傳送帶和物料能否存在的判別。它的義務(wù)是將傳送帶A上上的工件搬運(yùn)到傳送帶的工件搬運(yùn)到傳送帶B上。機(jī)械手的左工位、右工上。機(jī)械手的左工位、右工位

17、、伸出、縮回、上升、下降都用雙線圈三位電磁位、伸出、縮回、上升、下降都用雙線圈三位電磁閥氣動(dòng)缸完成，機(jī)械手的放開(kāi)用單螺線管的電磁閥。閥氣動(dòng)缸完成，機(jī)械手的放開(kāi)用單螺線管的電磁閥。設(shè)備上裝有上、下、左、右、伸、縮、松開(kāi)設(shè)備上裝有上、下、左、右、伸、縮、松開(kāi)7個(gè)傳個(gè)傳感器，控制對(duì)應(yīng)工步的終了。傳輸帶上設(shè)有一個(gè)光感器，控制對(duì)應(yīng)工步的終了。傳輸帶上設(shè)有一個(gè)光電開(kāi)關(guān)，監(jiān)視工件能否到位。電開(kāi)關(guān)，監(jiān)視工件能否到位。設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟:1確定所需的用戶(hù)輸入輸出設(shè)備及確定所需的用戶(hù)輸入輸出設(shè)備及IO點(diǎn)點(diǎn)數(shù)數(shù)(1)設(shè)備的輸入信號(hào)設(shè)備的輸入信號(hào)操作方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)：手動(dòng)、單步、單周期、延操作方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)：手動(dòng)、單步、單周期、延續(xù)；續(xù)；手動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)：上下、左右、夾手動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)：上下、左右、夾松；松；位置檢測(cè)元件：機(jī)械手的上、下、左、右的限位置檢測(cè)元件：機(jī)械手的上、下、左、右的限位行程開(kāi)關(guān)位行程開(kāi)關(guān)有無(wú)工件檢測(cè)元件：右任務(wù)臺(tái)有無(wú)工件用光電有無(wú)工件檢測(cè)元件：右任務(wù)臺(tái)有無(wú)工件用光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)。開(kāi)關(guān)檢測(cè)。(2)設(shè)備的輸出信號(hào)設(shè)備的輸出信號(hào)氣缸運(yùn)動(dòng)電磁閥：上升、下降、右移、左移、氣缸運(yùn)動(dòng)電磁閥：上升、下降、右移、左移、夾緊；夾緊；指示燈：機(jī)械手處于原點(diǎn)指示燈。指示燈：機(jī)械手處于原點(diǎn)指示