《可編程序控制器》課件

可編程序控制器概述可編程序控制器(ProgrammableLogicController,PLC)是一種用于工業(yè)自動化的數(shù)字計算機,通過編程來控制各種機器和工藝。作為工廠自動化的核心部件,PLC廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)車間、工業(yè)過程控制等領(lǐng)域?？删幊绦蚩刂破鞯陌l(fā)展歷程11968年第一臺可編程序控制器問世,標志著自動化時代的開啟。21970年代可編程序控制器快速發(fā)展,廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。31980年代可編程序控制器越來越智能化,支持更復(fù)雜的編程語言。421世紀物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0時代到來,可編程序控制器邁向更智能化和網(wǎng)絡(luò)化?？删幊绦蚩刂破鞯幕窘M成中央處理單元(CPU)負責程序執(zhí)行和數(shù)據(jù)處理的核心部件,執(zhí)行控制邏輯、進行算術(shù)運算和數(shù)據(jù)管理。輸入輸出模塊連接各種傳感器和執(zhí)行機構(gòu),實現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。存儲器用于存儲控制程序、中間數(shù)據(jù)和參數(shù)等,確保可編程序控制器的工作。編程設(shè)備用于編寫、下載和調(diào)試可編程序控制器的程序,如編程終端和個人電腦。中央處理單元(CPU)1核心控制單元負責執(zhí)行程序指令、控制數(shù)據(jù)流向和時間序列。是整個PLC系統(tǒng)的大腦和決策中樞。2強大的計算能力通過高性能的中央處理單元,可以快速完成復(fù)雜的邏輯運算和數(shù)據(jù)處理。3靈活的編程方式CPU支持梯形圖、指令表、功能塊等多種編程語言,滿足不同應(yīng)用需求。4穩(wěn)定的運行機制獨特的掃描循環(huán)機制確保CPU能可靠地持續(xù)控制整個系統(tǒng)運行。輸入輸出模塊功能概述輸入輸出模塊是可編程序控制器的重要組成部分,負責將現(xiàn)場設(shè)備的輸入信號傳遞給CPU,并將CPU運算的輸出信號傳遞給執(zhí)行機構(gòu)。輸入模塊輸入模塊采集來自開關(guān)量、模擬量等現(xiàn)場設(shè)備的信號,并將其轉(zhuǎn)換成CPU可識別的數(shù)字信號。常見的輸入模塊包括數(shù)字量輸入、模擬量輸入等。輸出模塊輸出模塊將CPU的輸出信號轉(zhuǎn)換成電壓、電流等形式的控制信號,以驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)如電機、閥門等。常見的輸出模塊包括數(shù)字量輸出、模擬量輸出等。接線技術(shù)正確的輸入輸出模塊接線是確?？删幊绦蚩刂破骺煽窟\行的關(guān)鍵。需要遵循接線規(guī)范,并采取必要的抗干擾措施。存儲器程序存儲器用于存儲和運行PLC的控制程序,保證程序能夠高效、持續(xù)地執(zhí)行。數(shù)據(jù)存儲器存儲PLC輸入輸出信號、中間結(jié)果等各類數(shù)據(jù),確保數(shù)據(jù)讀寫的高速性。參數(shù)存儲器存儲PLC配置參數(shù)和用戶設(shè)置,以便在斷電后恢復(fù)系統(tǒng)狀態(tài)。編程設(shè)備編程設(shè)備用于編寫、保存和傳輸可編程控制器程序的專用設(shè)備。通常包括編程終端、手持編程器或工業(yè)電腦等。編程終端編程終端是可編程控制器編程的常用設(shè)備,提供鍵盤、顯示屏等功能,能快速高效地編輯和下載程序。手持編程器手持編程器是一種輕便易攜的編程設(shè)備,具有鍵盤、顯示屏等功能,可用于現(xiàn)場編程和故障診斷?？删幊绦蚩刂破鞯墓ぷ髟頀呙栎斎隤LC會定期掃描各輸入點的狀態(tài),并將數(shù)據(jù)保存在存儲器中。執(zhí)行程序PLC依照預(yù)先編寫好的用戶程序,對數(shù)據(jù)進行邏輯判斷和運算處理。更新輸出PLC根據(jù)運算結(jié)果,向各輸出設(shè)備發(fā)送控制信號,執(zhí)行具體的動作。掃描循環(huán)機制1掃描輸入PLC定期掃描輸入設(shè)備,獲取當前輸入信號狀態(tài)。2執(zhí)行程序根據(jù)輸入信號狀態(tài)執(zhí)行存儲的用戶程序。3更新輸出將執(zhí)行結(jié)果更新到輸出設(shè)備,完成一個掃描循環(huán)?？删幊炭刂破?PLC)通過掃描循環(huán)機制不斷讀取輸入信號狀態(tài)、執(zhí)行存儲的用戶程序、更新輸出設(shè)備狀態(tài),以此來實現(xiàn)對工藝過程的實時監(jiān)控和控制。這種周期性的掃描循環(huán)機制確保了PLC能夠快速響應(yīng)現(xiàn)場變化并作出適當反應(yīng)。程序執(zhí)行過程1掃描輸入讀取輸入信號狀態(tài)2執(zhí)行程序按照編程邏輯執(zhí)行指令3更新輸出根據(jù)執(zhí)行結(jié)果更新輸出信號可編程序控制器的程序執(zhí)行過程主要包括三個步驟:首先掃描并讀取所有輸入信號的狀態(tài),然后根據(jù)編程邏輯順序執(zhí)行指令,最后更新控制對象的輸出信號。這個循環(huán)重復(fù)執(zhí)行,使得PLC能夠?qū)崟r監(jiān)控和控制生產(chǎn)過程。輸入輸出系統(tǒng)輸入模塊負責采集來自現(xiàn)場的各種類型信號,如開關(guān)量、模擬量、脈沖量等,并將其轉(zhuǎn)換為可由PLC內(nèi)部邏輯程序處理的數(shù)字信號。輸出模塊根據(jù)PLC內(nèi)部邏輯程序的運算結(jié)果,將控制信號輸出到執(zhí)行機構(gòu),如電機、電磁閥、指示燈等。通信接口提供與上位控制系統(tǒng)、HMI人機界面以及其他設(shè)備之間的通信功能,實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互和遠程監(jiān)控。常用指令和編程語言梯形圖編程使用直觀的梯形圖語言對PLC程序進行可視化編程,符合電氣控制人員的思維習慣。功能塊編程基于函數(shù)塊的編程方式提供了更強的模塊化和復(fù)用性,有助于構(gòu)建可靠和復(fù)雜的控制系統(tǒng)。指令表編程以指令列表的形式編寫PLC程序,程序結(jié)構(gòu)清晰,適合編寫簡單的控制邏輯。結(jié)構(gòu)化文本編程采用高級語言風格的編程方式,可實現(xiàn)更加復(fù)雜的算法和邏輯控制,提高了程序的可讀性。梯形圖編程1簡單明了的視覺化編程梯形圖采用了類似電路圖的直觀表示方式,讓編程變得更加直觀易懂。每個指令都以圖形元素的形式展現(xiàn)。2邏輯型指令的組合通過串聯(lián)或并聯(lián)不同的指令,可以構(gòu)建出復(fù)雜的邏輯控制程序,實現(xiàn)各種自動化控制功能。3廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域梯形圖編程廣泛應(yīng)用于工廠自動化、機械設(shè)備控制等工業(yè)領(lǐng)域,是可編程序控制器最常用的編程方式之一。功能塊編程直觀易用采用預(yù)定義的功能塊實現(xiàn)編程,具有更簡單、直觀的編程方式,可快速完成PLC程序的開發(fā)。模塊化設(shè)計將復(fù)雜的控制邏輯分解為獨立的功能模塊,提高了程序的模塊性和可重用性。豐富功能大型PLC廠商提供了各種類型的功能塊庫,包括邏輯運算、定時器、計數(shù)器等,滿足各種控制需求。指令表編程簡單靈活指令表編程使用簡單明了的指令命令來編寫PLC程序,操作直觀,易于上手。每個指令都有獨特的功能,可以靈活組合實現(xiàn)不同的控制邏輯。高效實用指令表編程能夠快速編寫出簡潔高效的代碼,程序結(jié)構(gòu)清晰,便于維護。廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域,是可編程序控制器編程的基礎(chǔ)和主流方式之一。功能強大指令表包含豐富的指令集,涵蓋邏輯運算、數(shù)據(jù)處理、定時控制等眾多功能,可以滿足復(fù)雜的工業(yè)控制需求。針對不同的控制任務(wù),可以靈活組合使用指令。輔助工具現(xiàn)代PLC編程軟件提供可視化的指令表編程界面,配合強大的調(diào)試功能,大大提高了編程效率和可靠性。結(jié)構(gòu)化文本編程直觀高效結(jié)構(gòu)化文本通過語句結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵詞實現(xiàn)更加直觀、清晰的程序編寫。邏輯性強結(jié)構(gòu)化文本具有較強的邏輯性和可讀性,有利于程序設(shè)計和維護。豐富指令結(jié)構(gòu)化文本提供了豐富的編程指令,能夠滿足復(fù)雜的控制邏輯需求。可編程序控制器的分類微型PLC體積小、性能相對較弱,但足以應(yīng)對簡單的控制需求,常用于小型設(shè)備和家電。小型PLC性能介于微型和中型之間,可滿足較復(fù)雜的控制需求,應(yīng)用于中小型生產(chǎn)線和設(shè)備。中型PLC性能較強,可處理更復(fù)雜的控制任務(wù),廣泛應(yīng)用于中大型工業(yè)生產(chǎn)線和設(shè)備。大型PLC功能強大,可處理大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng),適用于大型工廠和集中控制系統(tǒng)。微型可編程序控制器1體積小巧微型PLC的外殼尺寸緊湊,可輕松安裝于狹小空間中。2功能強大雖然體積小,但通過豐富的指令集和功能模塊實現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯。3主要應(yīng)用常見用于設(shè)備自動化、工藝控制、小型PLC系統(tǒng)等領(lǐng)域。4經(jīng)濟實惠價格相對便宜,是小型系統(tǒng)和初學者的不錯選擇。小型可編程序控制器體積小巧小型PLC體積緊湊,容易安裝在狹小的空間中,適合中小型工業(yè)應(yīng)用場景。功能靈活小型PLC擁有多種現(xiàn)場總線接口,可靈活連接各類工業(yè)設(shè)備,滿足不同應(yīng)用需求。運行可靠小型PLC采用高度集成的硬件設(shè)計,運行穩(wěn)定可靠,適用于惡劣工況環(huán)境。編程便捷小型PLC配備專用編程軟件,編程界面簡單,操作方便,降低了使用門檻。中型可編程序控制器性能強大中型PLC具有更強大的處理能力和更多的輸入輸出端口,能夠處理更復(fù)雜的控制任務(wù)。編程靈活提供多種編程語言,如梯形圖、指令表、功能塊等,用戶可根據(jù)需求靈活選擇。廣泛應(yīng)用中型PLC廣泛應(yīng)用于工廠自動化、樓宇自控等領(lǐng)域,滿足中大型設(shè)備的控制需求。大型可編程序控制器強大的處理能力大型可編程序控制器擁有強大的CPU和更大的內(nèi)存空間,可以處理復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng),支持大規(guī)模的輸入輸出設(shè)備。廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域大型PLC廣泛應(yīng)用于工廠自動化、電力系統(tǒng)、石化工業(yè)、造船等領(lǐng)域,是大型工業(yè)設(shè)備的首選控制方案。強大的通信功能大型PLC提供各種通信接口,可與HMI、SCADA系統(tǒng)以及上位機進行數(shù)據(jù)交換,實現(xiàn)集中監(jiān)控和遠程控制。專業(yè)的編程工具配套的編程軟件提供了強大的編程功能,支持梯形圖、功能塊等多種編程語言,滿足復(fù)雜應(yīng)用場景的需求。可編程序控制器的選型1工況因素分析了解可編程序控制器將應(yīng)用的環(huán)境條件,如溫度、濕度、震動等,選擇合適的硬件規(guī)格。2功能需求評估明確可編程序控制器需要實現(xiàn)的控制和監(jiān)測任務(wù),選擇具備相應(yīng)功能的CPU和I/O模塊。3可擴展性需求考慮未來可能的系統(tǒng)擴展需求,選擇具有足夠擴展性的可編程序控制器。應(yīng)用場景分析工業(yè)制造可編程序控制器廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的自動化控制,如機器設(shè)備、生產(chǎn)線、裝配線等,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。樓宇自動化可用于建筑物的照明、空調(diào)、安全等系統(tǒng)的集中監(jiān)控和管理,實現(xiàn)智能化和節(jié)能控制。交通管控可廣泛應(yīng)用于交通信號燈、隧道照明、道路監(jiān)控等,確保交通安全有序流暢。能源管理可用于發(fā)電廠、輸配電網(wǎng)、燃氣供給等系統(tǒng)的監(jiān)控和調(diào)節(jié),提高能源利用效率。工況因素考慮環(huán)境條件考慮溫度、濕度、腐蝕性等自然環(huán)境因素,選擇適合的可編程序控制器。工業(yè)應(yīng)用針對不同的工業(yè)領(lǐng)域,選擇具有相應(yīng)功能、性能和接口的可編程序控制器。安全要求根據(jù)現(xiàn)場工藝流程的安全性需求,選擇具有相應(yīng)安全認證的可編程序控制器。電源供應(yīng)考慮現(xiàn)場電源系統(tǒng)的電壓、功率要求,選擇合適的可編程序控制器電源接口。功能需求分析1控制邏輯復(fù)雜性評估所需的控制邏輯是否簡單明了還是異常復(fù)雜,以確定合適的PLC型號。2輸入輸出點數(shù)根據(jù)設(shè)備規(guī)模和自動化程度,預(yù)估所需的輸入輸出點數(shù),為PLC選型提供依據(jù)。3通訊協(xié)議確定設(shè)備之間采用的通訊協(xié)議類型,以選用支持相關(guān)協(xié)議的PLC。4實時性要求評估控制系統(tǒng)對實時性的需求程度,選用具有快速響應(yīng)速度的PLC型號?？蓴U展性需求模塊化設(shè)計采用模塊化設(shè)計,便于未來根據(jù)需求進行擴展和升級。I/O接口豐富提供足夠的模擬量、數(shù)字量輸入輸出接口,滿足各種應(yīng)用場景。通訊協(xié)議支持支持多種工業(yè)通訊協(xié)議,便于與其他設(shè)備進行聯(lián)網(wǎng)。存儲空間足夠擁有充足的存儲空間以適應(yīng)日益復(fù)雜的控制程序?？删幊绦蚩刂破鞯木幊叹幊誊浖褂脤ｉT的PLC編程軟件,如Siemens的TIAPortal或AB的RSLogix,進行可編程控制器的編程開發(fā)。程序設(shè)計根據(jù)控制要求,采用梯形圖、功能塊、指令表等語言編寫PLC控制程序。程序下載通過編程設(shè)備將編寫好的控制程序下載到可編程控制器的CPU中,使其能正常運行。程序調(diào)試在實際現(xiàn)場調(diào)試中,對程序進行分析和修正,確?？删幊炭刂破髂苷?、可靠地工作。編程軟件集成開發(fā)環(huán)境可編程控制器程序編輯、編譯和下載等功能集成在一個軟件包中。功能庫管理可以調(diào)用各種常用功能模塊,提高編程效率和可靠性。虛擬模擬可在軟件中對程序進行仿真運行,發(fā)現(xiàn)并修正程序錯誤。在線監(jiān)控可實時監(jiān)視和調(diào)試控制器運行狀態(tài),提高調(diào)試效率。PLC程序設(shè)計與調(diào)試1程序編寫根據(jù)工藝流程和功能需求,使用編程軟件編寫PLC程序2程序下載將編寫好的程序下載到PLC控制器中3程序測試對PLC控制系統(tǒng)進行仿真測試,檢查程序執(zhí)行是否正確4故障診斷分析和排除程序在實際運行中可能出現(xiàn)的各種故障PLC程序設(shè)計與調(diào)試是確保PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定高效運行的關(guān)鍵步驟。通過編寫合理的程序、下載到PLC控制器、進行仿真測試,并對可能出現(xiàn)的故障進行診斷和排除,確保PLC控制系統(tǒng)能夠滿足工藝要求,實現(xiàn)自動化控制目標。常見故障診斷與排除輸入/輸出故障檢查輸入輸出信號是否正常,確保與外圍設(shè)備的連接正確無誤。程序執(zhí)行錯誤逐步排查程序中的邏輯錯誤,確保指令序列和數(shù)據(jù)處理正確。機械故障檢查接線、繼電器、執(zhí)行機構(gòu)等硬件部件是否存在機械故障。通訊問題檢查通訊電纜和接口是否正常,確保通訊鏈路暢通無阻?？删幊绦蚩刂破鞯膽?yīng)用案例可編程序控制器廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域,如機械加工、化工生產(chǎn)、建筑控制