PLC課件-第1章 PLC 概述

第一章PLC概述1.1PLC的產(chǎn)生及定義1.2PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用1.3PLC的主要性能指標(biāo)及分類(lèi)1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理（※）《可編程序控制器》1.1PLC的產(chǎn)生與定義20世紀(jì)20年代始，人們把各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接起來(lái)組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械----傳統(tǒng)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)。1.

PLC的產(chǎn)生優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易掌握、價(jià)格便宜缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差；反應(yīng)速度慢；只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的順序控制和邏輯控制，難于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制；接線(xiàn)復(fù)雜，通用性和靈活性差?！犊删幊绦蚩刂破鳌?.1PLC的產(chǎn)生與定義1.

PLC的產(chǎn)生←繼電器←PLC《可編程序控制器》繼電器電梯控制柜→1.1PLC的產(chǎn)生與定義1968年美國(guó)通用汽車(chē)公司（GM）決定對(duì)汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)采用計(jì)算機(jī)程序控制，并進(jìn)行公開(kāi)招標(biāo)，對(duì)汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)控制系統(tǒng)提出具體要求，即著名的GM10條：（1）編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序；（2）維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；（3）可靠性高于繼電器控制裝置；（4）體積小于繼電器控制盤(pán)；（5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)；（6）成本可與繼電器控制盤(pán)競(jìng)爭(zhēng)；（7）輸入可以是交流115V（美國(guó)電壓標(biāo)準(zhǔn)）；（8）輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥；（9）擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最??；（10）用戶(hù)存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)展4KB；GM10條《可編程序控制器》優(yōu)點(diǎn)＋優(yōu)點(diǎn)硬件→軟件1.1PLC的產(chǎn)生與定義1969年--美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制開(kāi)發(fā)出世界上第一臺(tái)可編程控制器，并在GM公司汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)上首次應(yīng)用。直到70年代初期--PLC僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器控制，被稱(chēng)為可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController），簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。20世紀(jì)70年代中期--出現(xiàn)了微處理器和微型計(jì)算機(jī)，人們將微機(jī)技術(shù)應(yīng)用到PLC中，使其真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制設(shè)備。1980年--美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)(NEMA)正式將其命名為可編程序控制器（ProgrammableController），簡(jiǎn)稱(chēng)PC，但是由于它和個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）的簡(jiǎn)稱(chēng)容易混淆，所以現(xiàn)在仍把可編程序控制器簡(jiǎn)稱(chēng)為PLC。《可編程序控制器》國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)PLC的定義：“可編程序控制器”是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(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)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械運(yùn)動(dòng)或生產(chǎn)過(guò)程。2.

PLC的定義1.1PLC的產(chǎn)生與定義《可編程序控制器》1.PLC的特點(diǎn)1.2PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)①可靠性高(平均無(wú)故障時(shí)間30萬(wàn)小時(shí))，抗干擾能力強(qiáng)②編程方便，易于使用③通用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活④體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、調(diào)試與維護(hù)方便《可編程序控制器》缺點(diǎn)①PLC的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)不開(kāi)放，如專(zhuān)用總線(xiàn)、專(zhuān)家通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，I/O模板不通用，甚至連機(jī)柜、電源也不相同。②編程語(yǔ)言雖多數(shù)是梯形圖，但組態(tài)、尋址、語(yǔ)言結(jié)構(gòu)都不一致，各公司的PLC互不兼容。2.PLC的應(yīng)用1.2PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用PLC在工業(yè)自動(dòng)化中起著舉足輕重的作用，在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、石油、化工、輕工、紡織、電力、電子、食品、交通等行業(yè)。經(jīng)驗(yàn)表明，80%以上的工業(yè)控制可以使用PLC來(lái)完成。在日本，凡8個(gè)以上中間繼電器組成的控制系統(tǒng)都已用PLC所取代?！犊删幊绦蚩刂破鳌?.2PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用（1）開(kāi)關(guān)量的邏輯控制如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線(xiàn)、電鍍流水線(xiàn)等。（2）過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。（3）運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的控制，如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠(chǎng)家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。

《可編程序控制器》1.2PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用（4）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。（5）通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠(chǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠(chǎng)商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。《可編程序控制器》1.2PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用《可編程序控制器》PLC在水泵房控制系統(tǒng)中的應(yīng)用1.2PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用《可編程序控制器》PLC在電梯監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用1.2PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用《可編程序控制器》PLC應(yīng)用于水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)1.2PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用《可編程序控制器》①小型化、專(zhuān)用化和低價(jià)格②大型、高速、多功能和分布式全自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)化③基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的編程軟件取代手持式編程器④可編程序控制器編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化3.PLC的發(fā)展趨勢(shì)1.2PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用《可編程序控制器》1.PLC的主要性能指標(biāo)（1）輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)（2）PLC內(nèi)部繼電器的種類(lèi)和點(diǎn)數(shù)（3）用戶(hù)程序存儲(chǔ)量（4）掃描時(shí)間（5）編程語(yǔ)言及指令功能（6）工作環(huán)境（7）可擴(kuò)展性1.3PLC的主要性能指標(biāo)及分類(lèi)《可編程序控制器》PLC國(guó)外主要品牌：MITSUBISHI、OMRON、SIEMENS、A-B、Schneider臺(tái)灣：臺(tái)達(dá)國(guó)內(nèi)：和利時(shí)、信捷、海為（1）根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)及存儲(chǔ)器的容量分類(lèi)

類(lèi)型I/O點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)器容量產(chǎn)品小型<2560-4K字西門(mén)子S7-200三菱FX系列中型256-10248K字西門(mén)子S7-300OMRONC200H大型>10248K-16K字西門(mén)子S7-400OMRONCS11.3PLC的主要性能指標(biāo)及分類(lèi)《可編程序控制器》2.PLC的分類(lèi)（2）根據(jù)結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)整體式（箱體式）機(jī)架模塊式三菱FX系列PLC西門(mén)子S7-3001.3PLC的主要性能指標(biāo)及分類(lèi)《可編程序控制器》（3）根據(jù)PLC功能的強(qiáng)弱分類(lèi)低檔機(jī)中檔機(jī)高檔機(jī)1.3PLC的主要性能指標(biāo)及分類(lèi)《可編程序控制器》（4）根據(jù)生產(chǎn)廠(chǎng)家的產(chǎn)品類(lèi)型、系列分類(lèi)1.3PLC的主要性能指標(biāo)及分類(lèi)《可編程序控制器》歐洲：西門(mén)子(Siemens)；法國(guó)的TE(Telemecanique)美國(guó)：A-B(Allen-Bradly)、GE(GeneralElectric)日本：三菱電機(jī)(MitsubishiElectric)、歐姆龍(OMRON)1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理（※）1.PLC的基本結(jié)構(gòu)《可編程序控制器》1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理（※）PLC的結(jié)構(gòu)框圖1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理（1）中央處理單元（CPU）（2）存儲(chǔ)器（3）輸入/輸出（I/O）單元（4）外設(shè)I/O接口（5）I/O擴(kuò)展接口（6）電源PLC的基本結(jié)構(gòu)組成《可編程序控制器》（1）中央處理單元(CPU)1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理接受、存儲(chǔ)用戶(hù)程序。以?huà)呙璺绞浇邮諄?lái)自輸入單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。執(zhí)行監(jiān)控(系統(tǒng))程序和用戶(hù)程序，完成數(shù)據(jù)和信息的邏輯處理，產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)部控制信號(hào)，完成用戶(hù)指令規(guī)定的各種操作。響應(yīng)外部設(shè)備(如編程器，打印機(jī))的請(qǐng)求?！犊删幊绦蚩刂破鳌稰LC常用的CPU類(lèi)型：①通用微處理器(如Z80、8086、80286等)②單片微處理器(如8031、8096等)③位片式微處理器(如AMD29W等)FX2N系列采用的微處理器是16位的8096系列單片機(jī)小型PLC：大多采用8位通用微處理器和單片微處理器中型PLC：大多采用16位通用微處理器或單片微處理器大型PLC：大多采用高速位片式微處理器(32位)小型PLC為單CPU系統(tǒng)，中大型PLC大多為雙CPU或多CPU系統(tǒng)1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理《可編程序控制器》（2）存儲(chǔ)器用于儲(chǔ)存系統(tǒng)程序、用戶(hù)程序及重要工作數(shù)據(jù)。1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理存儲(chǔ)器的類(lèi)型：①可讀/寫(xiě)操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM②只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM、EPROM和EEPROM《可編程序控制器》系統(tǒng)程序可完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用、管理、邏輯運(yùn)算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能。由制造廠(chǎng)家直接固化在只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM或EPROM中，用戶(hù)不能訪(fǎng)問(wèn)和修改，和PLC硬件組成有關(guān)，關(guān)系到PLC的性能。1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理《可編程序控制器》用戶(hù)程序是用戶(hù)根據(jù)控制對(duì)象生產(chǎn)工藝及控制要求而編制的應(yīng)用程序。為方便讀寫(xiě)、檢查和修改，用戶(hù)程序一般存于CMOS靜態(tài)RAM，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時(shí)不會(huì)丟失信息。為了防止外界干擾對(duì)RAM中程序的破壞，可將其固化在EPROM中?，F(xiàn)在有許多PLC已直接采用EEPROM作為用戶(hù)存儲(chǔ)器。1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理《可編程序控制器》工作數(shù)據(jù)是PLC運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常變化、經(jīng)常要存取的一些重要數(shù)據(jù)。工作數(shù)據(jù)存放在RAM中，可隨機(jī)存取。在工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，設(shè)有存放輸入/輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等邏輯器件的存儲(chǔ)區(qū)。器件的狀態(tài)由用戶(hù)程序的初始設(shè)置和運(yùn)行情況確定。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在掉電時(shí)可用后備電池維持其現(xiàn)有的狀態(tài)，稱(chēng)為保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)。1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理《可編程序控制器》（3）輸入/輸出（I/O）單元（※）輸入/輸出單元是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的連接通道。輸入接口：可以檢測(cè)被控對(duì)象的各種數(shù)據(jù)，是PLC對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)。輸出接口：將處理結(jié)果送給被控制對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)控制目的。作用：①電平轉(zhuǎn)換-電路匹配②光電隔離及濾波-抗干擾③狀態(tài)指示-方便使用與維護(hù)1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理《可編程序控制器》※類(lèi)型①開(kāi)關(guān)量輸入/輸出單元②模擬量輸入/輸出單元（模塊）常用開(kāi)關(guān)量輸入接口①直流輸入接口②交流輸入接口③交/直流輸入接口常用開(kāi)關(guān)量輸出接口①繼電器輸出接口響應(yīng)速度慢、動(dòng)作頻率低，可驅(qū)動(dòng)交流或直流負(fù)載②晶體管輸出接口響應(yīng)速度快、動(dòng)作頻率高，只能驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載③晶閘管輸出接口響應(yīng)速度快、動(dòng)作頻率高，只能驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理《可編程序控制器》PLC內(nèi)部等效電路1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理《可編程序控制器》COMX1X2X3X4X5X6X7X0(X1)(X3)(X5)按鈕SB1行程開(kāi)關(guān)SQ1SB2(T0)(Y0)(M100)X1X3Y0X1M100X5X7Y2Y3Y2Y1Y1Y0Y0M指示燈負(fù)荷輸入繼電器輸出繼電器輔助繼電器外部輸出觸點(diǎn)電源K10梯形圖PLCX0X1X2X3X4X5X6X7PLC24VCOM接近開(kāi)關(guān)手動(dòng)開(kāi)關(guān)限位開(kāi)關(guān)繼電器觸點(diǎn)按鈕開(kāi)關(guān)量輸入接線(xiàn)示意圖1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理《可編程序控制器》開(kāi)關(guān)量輸出接線(xiàn)示意圖1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理《可編程序控制器》電源電源Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7PLC1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理《可編程序控制器》開(kāi)關(guān)量輸入/輸出接線(xiàn)示意圖輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)指PLC的I/O接口所能接受的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)個(gè)數(shù)的總和。I/O點(diǎn)數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一。當(dāng)I/O點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，可通過(guò)PLC的I/O擴(kuò)展接口對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。PLC按I/O點(diǎn)數(shù)的一種分類(lèi)方法：小于32為微型PLC32～128為微小型PLC128～256為小型PLC256～1024為中型PLC大于1024為大型PLC4000以上為超大型PLC1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理《可編程序控制器》（4）外設(shè)I/O接口外設(shè)I/O接口是PLC主機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)、機(jī)機(jī)對(duì)話(huà)的通道。通過(guò)它，PLC可以和編程器、彩色圖形顯示器、打印機(jī)等外部設(shè)備相連，也可以與其他PLC或上位計(jì)算機(jī)相連。1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理《可編程序控制器》（5）I/O擴(kuò)展接口I/O擴(kuò)展接口是用于對(duì)PLC主機(jī)擴(kuò)展輸入/輸出點(diǎn)數(shù)和類(lèi)型的部件。輸入/輸出擴(kuò)展單元、遠(yuǎn)程輸入/輸出擴(kuò)展單元、智能輸入/輸出單元等都通過(guò)該接口與主機(jī)相連。I/O擴(kuò)展接口有并行接口、串行接口等多種形式。1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理《可編程序控制器》（6）電源1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理PLC使用220V交流電源（AC85V～240V）或24V直流電源。內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源可為各功能模塊提供DC5V、±12V、24V等直流電源。與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)。對(duì)電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值±15%的范圍內(nèi)波動(dòng)。《可編程序控制器》1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理（1）PLC的繼電器PLC可看成是由普通繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等組合而成的電氣控制系統(tǒng)。要特別注意，PLC內(nèi)部的繼電器實(shí)際上是指存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)單元，稱(chēng)為軟繼電器。當(dāng)輸入到存儲(chǔ)單元的邏輯狀態(tài)為1時(shí)，則表示相應(yīng)繼電器的線(xiàn)圈通電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)；當(dāng)輸入到存儲(chǔ)單元的邏輯狀態(tài)為0時(shí)，則表示相應(yīng)繼電器的線(xiàn)圈斷電，其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)閉合。PLC繼電器的特點(diǎn)：體積小、功耗低、無(wú)觸點(diǎn)、速度快、壽命長(zhǎng)，理論上具有無(wú)限多的常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)供程序使用。《可編程序控制器》2.PLC的工作原理1.4PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理《可編程序控制器》物理繼電器的表示符號(hào)：常開(kāi)觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)線(xiàn)圈PLC軟繼電器的表示符號(hào)：常開(kāi)觸點(diǎn)常閉觸