歐姆龍系列PLC入門與應用第一章

1、1本課程的基本情況n專業(yè)課先修課程：電路基礎、軟件基礎 后續(xù)課程：數控技術n教材 歐姆龍系列PLC入門與應用實例 程周 中國電力出版社，第一版n本課程安排平時測試、期末考試（閉卷）n聯系： 2課程主要內容與學習方法n可編程序控制器的基礎知識（9學時）nCPM1A的指令系統(tǒng)（12學時）nPC控制系統(tǒng)設計（12學時）nOMRON可編程序控制器、編程工具簡介（3學時）3第一部分第一部分. 關于關于PC的幾的幾個基本問題個基本問題一、一、PC是什么？是什么？二、二、PC何處來，往哪去？何處來，往哪去？三、三、PC有何獨特之處？有何獨特之處？四、四、PC的應用領域？的應用領域？4一、一、PC是什么？是什

2、么？n可編程序控制器定義可編程序控制器定義(1985年，國際電工委員會年，國際電工委員會)可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機械或生產過程?？刂聘鞣N機械或生產過程。nPC、PLC、個人計算機、工業(yè)、個人計算機、工業(yè)PC的區(qū)

3、別？的區(qū)別？5二二、PC何處來何處來，往哪去？往哪去？n繼電器控制系統(tǒng)的明顯缺點：繼電器控制系統(tǒng)的明顯缺點：體積大，可靠性低，查找故障困難，體積大，可靠性低，查找故障困難，特別是由于它是靠硬連線邏輯構成系統(tǒng)，所以特別是由于它是靠硬連線邏輯構成系統(tǒng)，所以接線復雜，對生產工藝變化的適應性差。接線復雜，對生產工藝變化的適應性差。n繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點：繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點：簡單易懂、操作方便、價格便宜簡單易懂、操作方便、價格便宜 n計算機系統(tǒng)的優(yōu)點：計算機系統(tǒng)的優(yōu)點：功能完備、靈活性、通用性好功能完備、靈活性、通用性好6二二、PC何處來何處來，往哪去？往哪去？n1968年，美國最大的汽車制造廠家通用

4、汽車公司年，美國最大的汽車制造廠家通用汽車公司（GM公司）提出設想。公司）提出設想。 提出提出10項要求，并在社會上公開招標。項要求，并在社會上公開招標。n1969年，美國數字設備公司年，美國數字設備公司(DGC)研制出了世研制出了世界上第一臺界上第一臺PC，型號為，型號為PDP-14。n伴隨著大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，微處理器技伴隨著大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，微處理器技術和通信技術的迅速提高，術和通信技術的迅速提高，PLC技術成為工業(yè)生技術成為工業(yè)生產自動化三大支柱（產自動化三大支柱（PLC技術、機器人技術和技術、機器人技術和CAD/CAM技術）之一。技術）之一。第一代：從第一臺第一代：從第

5、一臺PLC誕生到上個世紀誕生到上個世紀70年代初。年代初。第二代：第二代： 70年代初至年代初至70年代末。年代末。 CPU使用中小規(guī)模集成電路，采用磁芯存儲器。使用中小規(guī)模集成電路，采用磁芯存儲器。 CPU使用微處理器，采用半導體存儲器使用微處理器，采用半導體存儲器EPROM。 可靠性較差，略強于繼電器控制。可靠性較差，略強于繼電器控制。 機種單一，沒形成系列。機種單一，沒形成系列。 有了計算機接口和模擬量控制功能。有了計算機接口和模擬量控制功能。 可靠性提高?？煽啃蕴岣?。 整機功能向系列化、標準化發(fā)展，并由專用向通用方向過渡。整機功能向系列化、標準化發(fā)展，并由專用向通用方向過渡。 功能簡單

6、（只有計數功能簡單（只有計數/定時功能）。定時功能）。 功能增強（增加邏輯功能增強（增加邏輯/數據運算、數據處理、自診斷等功能）。數據運算、數據處理、自診斷等功能）。第三代：第三代：70年代末到年代末到80年代中期。年代中期。 CPU使用使用8或或16位微處理器甚至多微處理器，采位微處理器甚至多微處理器，采用半導體存儲器用半導體存儲器EPROM、CMOSRAM等。等。 增加浮點數運算，平方、三角函數等運算。增加浮點數運算，平方、三角函數等運算。 增加查表、列表功能。增加查表、列表功能。 自診斷及容錯技術提高。自診斷及容錯技術提高。 梯形圖語言及語句表成熟。梯形圖語言及語句表成熟。 小型小型PL

7、C體積減小、可靠性提高、成本下降。體積減小、可靠性提高、成本下降。 大型大型PLC向模塊化、多功能方向發(fā)展。向模塊化、多功能方向發(fā)展。 第四代：第四代：80年代中期到年代中期到90年代中期。年代中期。第五代：第五代： 90年代中期之后。年代中期之后。 增加高速計數、中斷、增加高速計數、中斷、A/D、D/A、PID等功能。等功能。 處理速度進一步提高（處理速度進一步提高（1 s/步步）。）。 連網功能增強。連網功能增強。 編程語言進一步完善，開發(fā)了編程軟件。編程語言進一步完善，開發(fā)了編程軟件。 CPU使用使用16位或位或32位微處理器。位微處理器。 PLC的的I/O點增加，最多可達點增加，最多可

8、達32K個個I/O點。點。 處理速度進一步提高（處理速度進一步提高（1ns/步步）。）。 PLC都可以與計算機通信。都可以與計算機通信。 具有強大的數值運算、函數運算、大批量數據處理的功能。具有強大的數值運算、函數運算、大批量數據處理的功能。 開發(fā)了大量的特殊功能模塊。開發(fā)了大量的特殊功能模塊。 編程軟件功能更強大。編程軟件功能更強大。 不斷開發(fā)出功能強大可編程終端。不斷開發(fā)出功能強大可編程終端。10二二、PC何處來何處來，往哪去往哪去？n1向高速度、大存儲容量方向發(fā)展向高速度、大存儲容量方向發(fā)展CPU處理速度進一步加快處理速度進一步加快=使用使用64bit RISC芯片，芯片，多多CPU并行

9、、分時、分任務處理，并行、分時、分任務處理，這樣可使速度達到這樣可使速度達到ns級。級。 大中型大中型PC的掃描速度可達的掃描速度可達0.2ms/K步左右。步左右。例如例如:GE公司公司90系列系列331、771等為等為0.4msK步，步，歐姆龍公司歐姆龍公司C1000H、C2000H為為0.4msK步，步，三菱公司三菱公司A3N、A3H為為0.2msK步，步，A3A高達高達0.15msK步，步， 11二二、PC何處來何處來，往哪去往哪去？n1向高速度、大存儲容量方向發(fā)展向高速度、大存儲容量方向發(fā)展CPU處理速度進一步加快處理速度進一步加快存儲容量進一步擴大存儲容量進一步擴大目前大型目前大型P

10、C是幾百是幾百K字節(jié)，最高可達幾兆字節(jié)字節(jié)，最高可達幾兆字節(jié) 例如例如:A-B公司公司PLC-3的程序存儲容量為的程序存儲容量為2M字節(jié)，字節(jié)，西門子公司的西門子公司的S5-155U為為2M字節(jié)字節(jié) 12二二、PC何處來何處來，往哪去往哪去？n1向高速度、大存儲容量方向發(fā)展向高速度、大存儲容量方向發(fā)展CPU處理速度進一步加快處理速度進一步加快存儲容量進一步擴大存儲容量進一步擴大n2控制系統(tǒng)將分散化控制系統(tǒng)將分散化分散控制、集中管理的原則。分散控制、集中管理的原則。n3可靠性進一步提高可靠性進一步提高隨著隨著PC進入過程控制領域，對可靠性的要求進一步進入過程控制領域，對可靠性的要求進一步提高。硬

11、件冗余的容錯技術將進一步應用。提高。硬件冗余的容錯技術將進一步應用。n4控制與管理功能一體化控制與管理功能一體化PC將廣泛采用計算機信息處理技術、網絡通信技術將廣泛采用計算機信息處理技術、網絡通信技術和圖形顯示技術，使和圖形顯示技術，使PC系統(tǒng)的生產控制功能和信息系統(tǒng)的生產控制功能和信息管理功能融為一體。管理功能融為一體。 13三、三、PC有何獨特之處？有何獨特之處？1.靈活、通用靈活、通用 -PC是通過存儲在存儲器中的程序實現控制功能的，如果控制功能需要改變的話，只需要修改程序以及改動極少量的接線即可。 2.2.可靠性高、抗干擾能力強可靠性高、抗干擾能力強 平均無故障時間一般可達平均無故障時

12、間一般可達35萬小時萬小時-PC采用的是微電子技術，大量的開關動作是由無觸點的半導體電路來完成的，因此不會出現繼電器控制系統(tǒng)中的接線老化、脫焊、觸點電弧等現象。 -PC還采取了以下主要措施來提高其可靠性。1)硬件措施：對電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，均采用嚴格措施進行屏蔽，以防外界干擾； 2)軟件措施監(jiān)控程序定期地監(jiān)測外界環(huán)境；死循環(huán)報警；停電時利用后備電池供電。 “專為適應惡劣的工業(yè)環(huán)境而設計的計算機專為適應惡劣的工業(yè)環(huán)境而設計的計算機”3.編程簡單、使用方便編程簡單、使用方便 -用微機實現控制，使用的是匯編語言，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計算機硬件和軟件知識。而PC采用面向

13、控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握 。4.接線簡單接線簡單5.功能強功能強 6.體積小體積小,重量輕重量輕,易于實現機電一體化易于實現機電一體化14開關量的邏輯控制-開關量的邏輯控制使PC的最基本控制功能。目前，PC首用的目標，就是用于開關量的控制。四、四、PC的應用領域？的應用領域？模擬量的閉環(huán)控制-PC具有A/D、D/A轉換及算術運算等功能，因此可以實現模擬量控制。數字量的智能控制-利用PC能接受和輸出高速脈沖的功能，在配備了相應的傳感器（如旋轉編碼器）或脈沖伺服裝置（如環(huán)型分配器、功放、步進電機）就能實現數字量的智能控制。數據采集與監(jiān)控-利用PC自檢信號多的特點實現自診斷的式

14、的監(jiān)控，減少系統(tǒng)的故障，提高累計平均無故障運行時間，同時可減低故障修復時間，提高系統(tǒng)的可靠性。通信、聯網及集散控制-利用PC的強大的通信聯網功能，把PC分布到控制現場，并實現各站間的通信，上、下層間的通信，達到分散控制、集中管理，即構成了現在的PCS系統(tǒng)。15PC應用的典型例子電梯數控機床廠礦控制路口紅綠燈四、四、PC的應用領域？的應用領域？16第一部分第一部分. 關于關于PC的幾的幾個基本問題個基本問題一、一、PC是什么？是什么？二、二、PC何處來，往哪去？何處來，往哪去？三、三、PC有何獨特之處？有何獨特之處？四、四、PC的應用領域？的應用領域？ 總結總結17第二部分第二部分. PCPC的

15、控制原理的控制原理 n采用繼電器控制采用繼電器控制n采用采用 PC控制控制nPCPC的控制原理的控制原理18控制功能如下：按下啟動按鈕SB1，電機M1開始運轉，過10秒鐘后，電機M2開始運轉；按下停止按鈕SB2，電機M1、M2同時停止運轉。 19 控制功能如下：按下啟動按鈕SB1，電機M1開始運轉，過10秒鐘后，電機M2開始運轉；按下停止按鈕SB2，電機M1、M2同時停止運轉。 20等效電路圖等效電路圖21a)當按下SB1時，輸入繼電器00000的線圈通電，00000的常開觸點閉合，使輸出繼電器01000的線圈得電，01000對應的硬輸出觸點閉合，KM1得電M1開始運轉，同時01000的一個常

16、開觸點閉合并自鎖。 b)時間繼電器TIM000的線圈通電開始延時，10秒后TIM000的常開觸點閉合，輸出繼電器01001的線圈得電，01001對應的硬輸出觸點閉合，KM2得電M2開始運轉。 c)當按下SB2時，輸入繼電器00001的線圈通電，00001得常閉觸點斷開，01000、TIM000的線圈均斷電，01001的線圈也斷電，01000、01001兩個硬輸出觸點隨之斷開，KM1、KM2斷電，M1、M2停轉。22n 總結第二部分第二部分. PCPC控制的原理控制的原理采用繼電器控制采用繼電器控制采用采用 PC控制控制PCPC的控制原理的控制原理23第三部分第三部分. PC的基本組成與各部分的

17、作用I.PC的基本組成的基本組成 -按結構形式的不同，PC可分為整體式和組合式兩類 整體式PC CLICK HERE！組合式PC CLICK HERE！2425 261中央處理單元（CPU） 2存儲器 3. I/O單元 4. 智能單元 5電源 6擴展口7. 編程工具 8其它外部設備27中央處理單元功能：功能：n接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數據；n診斷電源、PC內部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯誤；n用掃描的方式接收輸入信號，送入PC的數據寄存器保存起來；n PC進入運行狀態(tài)后，根據存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作；n 將用戶程序的執(zhí)行結果送至輸出

18、端。 28中央處理單元現代現代PC使用的使用的CPU主要有以下幾種：主要有以下幾種：n通用微處理器，如8080、6800、Z80A、8086等。通用微處理器的價格便宜，通用性強。n單片機，如8051等。單片機由于集成度高、體積小、價格低和可擴充性好，很適合在小型PC上使用，也廣泛地用于PC的智能I/O模塊。n位片式微處理器，如AMD2900系列等。位片式微處理器是獨立于微型機的另一分支。它主要追求運算速度快，它以4位為一片。用幾個位片級聯，可以組成任意字長的微處理器。 29存儲器 n根據存儲器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下3種:a)系統(tǒng)程序存儲器 b)用戶程序存儲器 c)工作數據存儲器30

19、I/O單元 n開關量輸入單元 （1）直流輸入單元 (CLICK HERE) （2）交流輸入單元 (CLICK HERE)n開關量輸出單元 （1）晶體管輸出單元(CLICK HERE) （2）雙向晶閘管輸出單元(CLICK HERE) （3）繼電器輸出單元(CLICK HERE)， 313233 34 35 36-智能單元本身是一個獨立的計算機系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲器，及與外界過程相連的接口。 智能單元目前已開發(fā)的常用的智能單元有：A/D單元、D/A單元、高速計數單元、位置控制單元、PID控制單元、溫度控制單元和各種通信單元等。 37編程工具-主要用來編輯程序、調試程序和監(jiān)控程序

20、的執(zhí)行，還可以在線測試PC的內部狀態(tài)和參數，與PC進行人機對話。n專用編程器 (1)簡易編程器 (2)圖形編程器n計算機輔助編程 38其它外部設備（1）人機接口-又叫操作員接口，用來實現操作員和PC之間的對話和交互作用。 （2）外存儲器 （3）打印機 （4）EPROM寫入器 39第三部分第三部分. PC的基本組成與各部分的作用I.PC的基本組成的基本組成 -按結構形式的不同，可分為整體式和組合式 II.II.各部分的作用各部分的作用n1中央處理單元 （CPU） n2存儲器 n3. I/O單元 n4. 智能單元 n5電源 n6擴展口n7. 編程工具 n8其它外部設備 總結總結40第四部分第四部分

21、 PC的工作原理的工作原理nPC的循環(huán)掃描工作過程的循環(huán)掃描工作過程nPC的的I/O滯后現象滯后現象nPC對輸入點計數的頻率問題對輸入點計數的頻率問題前進411. PC的循環(huán)掃描工作過程-例如：歐姆龍公司的小型機CPM1A 完成的任務如下 : （1）公共處理(硬件檢查、異常報警) （2）程序執(zhí)行 （3）掃描周期計算處理 （4）I/O刷新 （5）外設端口服務 42圖1.12a. I/O刷新階段-CPU從輸入電路的輸出端讀出各路狀態(tài)，并將其寫入輸入映像寄存器；b.程序執(zhí)行階段 - CPU從輸入映像寄存器和元件映像寄存器中讀出各繼電器的狀態(tài)，并根據此狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，執(zhí)行結果再寫入元件映像寄存器中；

22、c.緊接著的下一個I/O刷新階段-將輸出映像寄存器的狀態(tài)寫入輸出鎖存電路，再經輸出電路傳遞到輸出端子，從而控制外接器件動作。43nPC內部設置了一個監(jiān)視定時器WDT,其定時時間可由用戶設置為大于用戶程序的掃描周期，PC在每個掃描周期的公共處理階段將監(jiān)視定時器復位 。n正常情況下，監(jiān)視定時器不會動作，如果由于CPU內部故障使程序執(zhí)行進入死循環(huán)，那么，掃描周期超過監(jiān)視定時器的定時時間時，監(jiān)視定時器動作，運行停止，以示用戶返回442. PC的I/O滯后現象 （1）輸入濾波器有時間常數 （2）輸出繼電器有機械滯后 （3）PC循環(huán)操作時，進行公共處理、I/O刷新和執(zhí)行用戶程序等產生掃描周期 （4）程序語

23、句的安排，也影響響應時間。 45 -從輸入觸點閉合到輸出觸點閉合有一段延遲時間，稱稱為為I/OI/O響應時間響應時間(1)最小I/O響應時間 (2)最大I/O響應時間 46輸出ON延時47輸出ON延時48返回493.PC對輸入點計數的頻率問題PC計數有兩種方式: (1) (1)高速計數高速計數 -在高速計數方式下，輸入信號不經輸入濾波器直接送到CPU，計數不受輸入濾波器時間常數、掃描周期的影響，計數頻率可以很高。 50在普通計數方式下，輸入信號經輸入濾波器后在PC掃描周期的I/O刷新階段被CPU讀入，因此，計數頻率受輸入濾波器時間常數和掃描周期的限制，不可能很高。 n為了保證CPU能夠可靠地讀

24、入開關接通或斷開的狀態(tài)，不丟失脈沖數，輸入濾波后的信號其有效高電平和低電平持續(xù)時間不能少于一個掃描周期，即應滿足 T +Ts T -輸入開關接通或斷開的時間，-輸入濾波器時間常數 Ts-PC的掃描周期51f最高最高=1/2T最小最小 =1/（2（+Ts） =1/（210ms）=50Hz公共處理時間+I/O刷新時間=2ms =2ms （1 1）程序執(zhí)行時間=0ms （2）CPM1ACPM1A的掃描周期的掃描周期 Ts = =（1 1）+ +（2 2）=2ms=2ms輸入濾波器時間常數輸入濾波器時間常數=8ms=8ms（缺省設置）（缺省設置）52第四部分第四部分 PC的工作原理的工作原理總結總結n

25、PC的循環(huán)掃描工作過程的循環(huán)掃描工作過程nPC的的I/O滯后現象滯后現象nPC對輸入點計數的頻率問題對輸入點計數的頻率問題53第五部分第五部分 PC的編程語言的編程語言n梯形圖梯形圖n語句表語句表n邏輯功能圖邏輯功能圖n邏輯方程式或布爾代數式邏輯方程式或布爾代數式前進541.梯形圖-PC的主要編程語言 nPC梯形圖在形式上類似于繼電器控制梯形圖552. 語句表語句表-一種與匯編語言類似的一種與匯編語言類似的助記符編程表達式助記符編程表達式 n語句表使用的助記符 LD 00000 OR 01000nPC的語句：操作碼+操作數563. 邏輯功能圖邏輯功能圖用“與”、“或”、“非”等邏輯功能來表達控

26、制功能，57第五部分第五部分 PC的編程語言的編程語言總結總結n梯形圖梯形圖n語句表語句表n邏輯功能圖邏輯功能圖n邏輯方程式或布爾代數式邏輯方程式或布爾代數式前進58第六部分第六部分PC的性能指標與分類的性能指標與分類 1I/O點數 2用戶程序存儲器容量 3掃描速度 4指令種類及條數 5內部器件的種類和數量 6智能單元 59整體式PC的CPU、存儲器 、I/O單元、電源安裝在同一機體內，構成主機PC組合式（模塊式）PC為總線結構，其總線做成總線板，上面有若干個總線槽，每個總線槽上可安裝一個PC模塊，不同的模塊實現不同的功能 60微型機微型機-控制點數僅幾十點 小型機小型機-控制點數100500點左右 中型機中型機-控制點數5001000點左右 大型機大型機-控制點數1000點以上 超大型機超大型機-控制點數可達上萬、甚至于幾萬點 61n德國西門子公司：n日本OMRON公司： n美國ROCKWELL公司： n法國施耐得公司：nGE-FANAC公司n日本三菱公司 n日本松下電工公司 n日本日立公司n日本東芝公司n日本富士公司 62第六部分第六部分PC的性能指標與分類的性能指標與分類 63第六部分第六部分PC的性能指標與分類的性能指標與分類 1I/O點數 2用戶程序存儲器容量 3掃描速度 4指令種類及條數 5內部器件的種類和數量 6智能單元 64整體式PC的CPU、存