哈爾濱理工大學(xué)課件

1、哈爾濱理工大學(xué)PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計第一章 可編程控制器的基本知識9/23/20221可編程序控制器問世于1969年。是美國汽車制造工業(yè)激烈競爭的結(jié)果。更新汽車型號必然要求加工生產(chǎn)線改變。正是從汽車制造業(yè)開始了對傳統(tǒng)繼電器控制的挑戰(zhàn)。1968年美國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項招標(biāo)指標(biāo)。這就是著名的GM 10條。第一章 可編程控制器的基本知識第一節(jié) 可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展一、可編程控制器的產(chǎn)生9/23/20222編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；可靠性高于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；維護(hù)方便，最好是插件式；可將數(shù)據(jù)直接送入

2、管理計算機(jī)；在成本上可與繼電器控制柜競爭；輸入可以是交流115V；輸出為交流115V、2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥等；在擴(kuò)展時，原系統(tǒng)只需很小變更；用戶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)的直接原因：9/23/20223可編程控制器的發(fā)展及定義 1969年，美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司(DEC)研制出世界上第一臺可編程控制器，并成功地應(yīng)用在GM公司的生產(chǎn)線上。這一時期它主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC(Programmable Logic Controller)。 70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使PLC從開關(guān)量的邏輯控制擴(kuò)

3、展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制領(lǐng)域，真正成為一種電子計算機(jī)工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡稱PC(Programmable Controller)。但由于PC容易和個人計算機(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。9/23/20224PLC與傳統(tǒng)的繼電器邏輯相比 可靠性高、邏輯功能強(qiáng)、體積小。在需要大量中間繼電器、時間繼電器及計數(shù)繼電器的場合，PLC 無需增加硬設(shè)備。 隨著要求的變更PLC對程序修改方便。繼電器線路要想改變控制功能，必須變更硬接線，靈活性差。 具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可附加高性能模塊對模擬量進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜控制功能。 9/2

4、3/20226PLC與工業(yè)控制計算機(jī)相比 PLC繼承了繼電器系統(tǒng)的基本格式和習(xí)慣，對于有繼電器系統(tǒng)方面知識和經(jīng)驗(yàn)的人來說，尤其是現(xiàn)場的技術(shù)人員，學(xué)習(xí)起來十分方便。 PLC一般是由電氣控制器的制造廠家研制生產(chǎn)，各廠家的產(chǎn)品不通用。工業(yè)控制機(jī)是由通用計算機(jī)推廣應(yīng)用發(fā)展起來的，一般由微機(jī)廠、芯片及板卡制造廠開發(fā)生產(chǎn)。它在硬件結(jié)構(gòu)方面的突出優(yōu)點(diǎn)是總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，產(chǎn)品兼容性強(qiáng)。 PLC的運(yùn)行方式與工業(yè)控制機(jī)不同，微機(jī)的許多軟件不能直接使用。工業(yè)控制機(jī)可使用通用微機(jī)的各種編程語言，對要求快速、實(shí)時性強(qiáng)、模型復(fù)雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但它要求使用者具有一定的計算機(jī)專業(yè)知識。 9/23/20227 第二

5、節(jié) 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)9/23/20229PLC各部分的作用 CPU診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤。采集現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送人PLC的寄存器中。逐條讀取指令，完成各種運(yùn)算和操作。 將處理結(jié)果送至輸出端。 響應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請求。 9/23/202210PLC各部分的作用存儲器 系統(tǒng)程序存儲器：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器ROM或PROM中，用戶不能更改。用戶存儲器：包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。這類存儲器一般由低功耗的CMOS-RAM構(gòu)成，其中的存儲內(nèi)容可讀出并更改。注意： PLC產(chǎn)品

6、手冊中給出的“存儲器類型”和“程序容量”是針對用戶程序存儲器而言的。9/23/202211PLC各部分的作用輸入輸出接口電路輸入接口電路：采用光電耦合電路，將限位開關(guān)、手動開關(guān)、編碼器等現(xiàn)場輸入設(shè)備的控制信號轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號。 PLC的輸入接口電路（直流輸入型） 9/23/202212PLC各部分的作用輸出接口電路：采用光電耦合電路，將CPU處理過的信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動接觸器、電磁閥等外部設(shè)備的通斷電。有三種類型： 繼電器輸出型繼電器輸出型：為有觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較低的直流負(fù)載或交流負(fù)載回路。9/23/202213（b） 晶閘管輸出型（

7、c） 晶體管輸出型（NPN集電極開路）（d） 晶體管輸出型（PNP集電極開路）晶體管輸出型：為無觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較高的直流電源負(fù)載。晶閘管輸出型：為無觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較高的交流電源負(fù)載。9/23/202214手持編程器 手持編程器采用助記符語言編程，具有編輯、檢索、修改程序、進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置、內(nèi)存監(jiān)控等功能?？梢粰C(jī)多用，具有使用方便、價格低廉的特點(diǎn)。缺點(diǎn)：不夠直觀 可通過PLC的RS232外設(shè)通訊口(或RS422口配以適配器)與計算機(jī)聯(lián)機(jī)，利用專用工具軟件（NPSTGR、FPSOFT、FPWINGR）對PLC進(jìn)行編程和監(jiān)控。利用計算機(jī)進(jìn)行編程和監(jiān)控比手持編程

8、工具更加直觀和方便。9/23/202216輸入輸出I0擴(kuò)展接口 若主機(jī)單元的IO點(diǎn)數(shù)不能滿足需要時，可通過此接口用扁平電纜線將IO擴(kuò)展單元與主機(jī)相連，以增加IO點(diǎn)數(shù)。PLC的最大擴(kuò)展能力主要受CPU尋址能力和主機(jī)驅(qū)動能力的限制。 9/23/202217 一個掃描周期主要分為三個階段： 輸入刷新階段 程序執(zhí)行階段 輸出刷新階段 輸入刷新 程序執(zhí)行輸出刷新一個掃描周期輸入刷新 PLC的掃描工作過程用戶輸出設(shè)備輸入端子輸入鎖存器輸入映象寄存器輸出映象寄存器輸出鎖存器輸出端子程序執(zhí)行用戶輸入設(shè)備寫讀讀9/23/202219PLC的基本工作原理 由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進(jìn)行的，所以亦將這

9、兩個階段統(tǒng)稱為IO刷新階段。實(shí)際上，除了執(zhí)行程序和IO刷新外，PLC還要進(jìn)行各種錯誤檢測(自診斷功能)并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱為“監(jiān)視服務(wù)”。 掃描周期的長短主要取決于程序的長短。 由于每一個掃描周期只進(jìn)行一次I0刷新，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象。這對于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)不但不會造成影響，反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。但對于控制時間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后。9/23/202220PLC的主要技術(shù)指標(biāo)輸入輸出點(diǎn)數(shù)（I/O點(diǎn)數(shù)）內(nèi)存容量 注意： “內(nèi)存容量”實(shí)際是指用戶程序容量，不包括系統(tǒng)程序存儲器的

10、容量。 掃描速度 (單位：msk或s/步。 )指令條數(shù) 內(nèi)部繼電器和寄存器數(shù)目 編程語言及編程手段 高級模塊 主控模塊可實(shí)現(xiàn)基本控制功能，高級模塊可實(shí)現(xiàn)一些特殊的專門功能。如AD和DA轉(zhuǎn)換模塊等 。 9/23/202221PLC的內(nèi)存分配及IO點(diǎn)數(shù)I0繼電器區(qū)： I0區(qū)的寄存器可直接與PLC外部的輸入、輸出端子傳遞信息，具有“繼電器”的功能，有自己的“線圈”和“觸點(diǎn)”。故常稱為“I0繼電器區(qū)”。內(nèi)部通用繼電器區(qū)：只能在PLC內(nèi)部使用，其作用與中間繼電器相似，在程序控制中可存放中間變量。 數(shù)據(jù)寄存器區(qū) ：只能按字使用，不能按位使用。一般只用來存放各種數(shù)據(jù)。 特殊繼電器、寄存器區(qū) ：被系統(tǒng)內(nèi)部占用

11、，專門用于某些特殊目的，一般不能由用戶任意占用。 系統(tǒng)寄存器區(qū)：用來存放各種重要信息和參數(shù)。通過用戶程序，不能讀取和修改系統(tǒng)寄存器的內(nèi)容。 9/23/202222 第四節(jié) PLC的分類及功能PLC的分類按結(jié)構(gòu)形式分類整體式模塊式 按功能分類低檔機(jī)中檔機(jī) 高檔機(jī) 分 類I0點(diǎn)數(shù)程序容量超小型機(jī)64點(diǎn)以內(nèi)2561000字節(jié)小型機(jī)6425613.6K字節(jié)中型機(jī)25620483.613K字節(jié)大型機(jī)2048以上13K字節(jié)以上 3. 按IO點(diǎn)數(shù)和程序容量分類9/23/202223PLC的主要功能條件控制功能定時計數(shù)控制功能 數(shù)據(jù)處理功能 步進(jìn)控制功能 AD與DA轉(zhuǎn)換功能 運(yùn)動控制功能 過程控制功能 擴(kuò)展功

12、能 遠(yuǎn)程I0功能 通信聯(lián)網(wǎng)功能 監(jiān)控功能 9/23/202224可實(shí)現(xiàn)三電一體化 將電控(邏輯控制)、電儀(過程控制)和電結(jié)(運(yùn)動控制)集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)。 編程簡單、使用方便、柔性好體積小、重量輕、功耗低9/23/202226PLC的應(yīng)用場合邏輯控制 ：可取代傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)和順序控制器。如各種機(jī)床、自動電梯、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線、運(yùn)輸和檢測等的控制。 運(yùn)動控制 ：可用于精密金屬切削機(jī)床、機(jī)械手、機(jī)器人等設(shè)備的控制。 過程控制 ：通過配用AD、DA轉(zhuǎn)換模塊及智能PID模塊實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)控制。數(shù)據(jù)

13、處理 多級控制 ：利用PLC的網(wǎng)絡(luò)通信功能模塊及遠(yuǎn)程IO控制模塊實(shí)現(xiàn)多臺PLC之間、PLC與上位計算機(jī)的鏈接，以完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。 9/23/202227 第六節(jié) PLC的幾種編程語言 不采用微機(jī)的編程語言，采用梯形圖語言、指令助記符語言、控制系統(tǒng)流程圖語言、布爾代數(shù)語言等。其中梯形圖、指令助記符語言最為常用。 PLC的設(shè)計和生產(chǎn)至今尚無國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家所用語言和符號也不盡相同。但它們的梯形圖語言的基本結(jié)構(gòu)和功能是大同小異的。 9/23/202229梯形圖語言 梯形圖是在原繼電器接觸器控制系統(tǒng)的繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來的一種圖形語言。它是目前用得最多的PLC編程語言。 注意：梯形圖表示的并不是一個實(shí)際電路而只是一個控制程序，其間的連線表示的是它們之間的邏輯關(guān)系，即所謂“軟接線”。 常開觸點(diǎn) ： 常閉觸點(diǎn)： 線圈： 注意：它們并非是物理實(shí)體，而是“軟繼電器”。每個“軟繼電器”僅對應(yīng)PLC存儲單元中