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PLC教程一.概論二.可編程控制器的搆成及工作原理一.概論1.1可編程控制器的產生和發展1.2可編程控制器的定義和特點1.2.1可編程控制器的定義1.2.2可編程控制器的特點1.3可編程控制器的分類及應用1.3.1可編程控制器的分類二.可編程控制器的搆成及工作原理2.1PLC的組成及各部分的功能2.1.1PLC基本組成2.1.2PLC各組成部分的作用2.2PLC的工作原理2.2.1PLC的工作方式與運行框圖2.2.2PLC的工作過程2.2.3PLC的中斷處理•2.3PLC的編程語言2.3.1概述2.3.2PLC的編程語言•2.4PLC與微機及繼電控制的區別2.4.1PL與繼電控制系統的區別2.4.2PLC與微機(MC)的區別2.4.3PLC與單片計算機的區別2.4.4PLC與集散系統的區別1.1可編程控制器的產生和發展1968年,通用汽車公司提出了新一代控制器的十大條件1)編程方便,要現場修改程序;2)維修方便,采用插件式結搆;3)可靠性高于繼電器控制裝置;4)體勣小于繼電器控制槃;5)數據可直接送入管理計算機6)成本可與繼電器控制槃競爭;7)輸入可為市電;8)輸出可為市電,容量在2A以上,可驅動接觸器等;9)擴展時原系統改變最少;10)用戶存儲器大于4KB.回目錄1969年,DEC,第一台可編程控制器自此誕生.1971年,日本開始生產可編程控制器;1973年,歐洲開始生產可編程控制器;1974年,我國開始研制生產.PLC(ProgrammableLogicController)70年代中期,在可編程控制器中引入微機技朮.80年代以來,微處理器,大規模集成電路成為核心部件逝來發展迅速,結搆改進,功能增強,性價比越來越高掃描速度可高達0.1ms/k字(0.1μs/步)可處理几萬個開關量I/O信號和多個模擬量I/O信號,用戶程序存儲器容量最大達十几兆字節.回目錄1.2可編程控制器的定義和特點1.2.1可編程控制器的定義可編程控制器(ProgrammableController)縮寫為PC直到目前為止,還未能對其下最后的定義.美國電氣制造商協會NEMA的定義:“PC是一個數字式的電子裝置,它使用了可編程序的記憶體以存儲指令,用來執行諸如邏輯,順序,計時,計數各演算等功能,并通過數字或模擬的輸入和輸出,以控制各種機械或生產過程.一部數字電子計算機若是用來執行PC之功能者,亦被視同為PC,但不包括鼓式或機械式順序控制器.回目錄國際電工委員會(IEC)1987.2第三稿的定義是:“可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統,專為在工業環境下應用而設計.它采用了可編程序的存儲器,用來在其內部存儲執行邏輯運算,順序控制,定時,計數和算朮運算等操作的指令,并通過數字式和模擬式的輸入和輸出,控制各種類型機械的生產過程.可編程控制器及其有關外圍設備,都按易于與工業系統聯成一個整體,易于擴充其功能的原則設計.”定義強調了“數字運算操作的電子系統”,它也是一種計算機.它是“專為在工業環境下應用而設計”的工業環境,它須具有很強的抗干擾能力,廣氾的適應能力和應用范圍.這也是區別于一般微機控制系統的一個重要特征.回目錄1.2.2可編程控制器的特點1.)高可靠性,有的還采用了冗余設計和差異設計,進一步提高其可靠性.2.)適應性強,應用靈活.3.)編程方便易于使用,梯形圖,功能圖,STL語言.4.)控制系統設計,安裝,調試方便.5.)維修方便,維修工作量小6.)功能完善,邏輯控制,定時,計數,算朮運算,點位控制,PID運算,過程控制,數字控制,遠程通信7.)擴充方便,組合靈活8.)體勣小,重量輕,是機電一體化的特有產品可以說,只要有工廠,有控制要求,就會有PLC的應用回目錄1.3可編程控制器的分類及應用1.3.1可編程控制器的分類按容量分類,可分為:1)微型PLC(I/O總點在64點以下)2)小型PLC(I/O總點在256點以下)3)中型PLC(I/O總點在256-2048點)4)大型PLC(I/O總點在2048點以上)按結搆形式分類1)箱體式結搆或稱為整體式結搆.2)模塊式結搆:這種結搆的特點是:PLC是由一些標准模塊(組件),單元搆成.回目錄2.1PLC的組成及各部分的功能2.1.1PLC的基本組成它的基本單元:中央處理器(CPU)存儲器輸入/輸出(I/O)電源等電源中央處理器存儲器編程器輸入接口輸出接口外圍接口來自用戶設備至用戶設備回目錄1.中央處理器(CPU):a.按程序賦予的功能執行b.用掃描的方式通過I/O部件接收現場的狀態或數據,并存入輸入映象存儲器或數據存儲器中;c.診斷PLC內部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等;d.PLC進入運行狀態,按指令規定的任務進行處理各功能.回目錄2.存儲器系統存儲器:固化在ROM內,用戶不能直接更改.包括:系統管理程序.用戶指令解釋程序,編輯程序.標准程序模塊與系統調用.用戶存儲器:包括用戶程序存儲器(程序區)和功能存儲器(數據區)兩部分.3.輸入/輸出接口:是PLC與外界連接的接口.輸入接口用來接收和采集兩種類型的輸入信號;輸出接口用來連接被控對象中各種執行元件.4.電源:為CPU板,I/O板及擴展單元提供工作電源;另一方面可為外部輸入元件提供24VDC.回目錄5.擴展接口:擴展接口用于將擴展I/O單元與基本單元相連,使PLC的配置更加靈活.6.通信接口:實現“人------機”或“機------機”間對話.7.智能I/O接口:自帶處理器和復雜控制功能位置閉環控制模板高速脈沖進行計數和處理的高速計數模板等8.編程器:是供用戶進行程序的編制,編輯,調試和監視.9.其它部件:PLC還可配有盒式磁帶機.EPROM寫入器,存儲串卡等其它外部設備回目錄2.2PLC的工作原理2.2.1PLC的工作方式與運行框圖繼電控制系統:“硬件邏輯系統”,如圖所示,它的三條支路是并行工作的,當按下按鈕SB1,中間繼電器K得電,K的兩個觸點閉合,接觸器KM1,KM2同時得電動作.所以繼電控制系統采用的是并行工作方式.圖2-2(a)繼電控制系統簡圖SB2SB1KKKKM1KM2K回目錄PLC的工作方式:不斷循環的順序掃描工作方式,每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期.CPU從第一條指令開始,順序逐條地執行用戶程序,直到用戶程序結束,然后返回和一條指令開始新的一輪掃描.PLC周而復始地重復上述循環掃描的.0000000001COM00001200002000020000()()()0100101000圖2-2(b)用PLC實現控制功能的接線示意圖00000200000100001001KM2KM1220VAC220VAC回目錄PLC采集現場輸入信號有兩種方式:(1)集中采樣輸入方式:一般在掃描周期的開始或結束將所有輸入信號(輸入元件的通/斷狀態)采集并存放到輸入映象寄存器中.執行用戶程序所需輸入狀態均在輸入映象寄存器中取用,而不直接到輸入端或輸入模塊去取用.(2)立即輸入方式:隨程序的執行需要哪一個輸入信息就直接從輸入端或輸入模塊取用這個輸入狀態,如執行立即輸入指令就是這樣.此時輸入映象寄存器的內容不變,到下一次集中采樣輸入時才變化.回目錄PLC采集輸出信號有兩種方式:(1)集中輸出方式:在執行用戶程序時不是得到一個輸出結果就輸出一個,而是把執行用戶程序所得的所有輸出結果,先后全部存放在輸出映象寄存器中,執行完用戶程序后所有輸出結果一次性向輸出模塊輸出,使輸出部件動作.(2)立即輸出方式:在執行用戶程序時將該輸出結果立即向輸出模塊輸出,如“立即輸出指令”就是這樣.此時輸出映象寄存器的內容也更新.PLC對輸入輸出信號傳送的其它方式:(1)輸入,輸出刷新指令(2)輸入,輸出的禁止功能回目錄1.上電處理:初始化:硬件,I/O模塊,停電保持范圍等.2.掃描過程,PLC上電處理完成以后進入掃描工作過程3.出錯處理,PLC每掃描一次,執行一次自診斷檢查.電源ON內部處理輸入處理(輸入傳送,遠程I/O)通訊服務(外設,CPU,總線服務I/O)更新時鐘,特殊寄存器CPU運行方式執行程序輸出處理執行自診斷PLC正常存放自診斷錯誤結果致命錯誤CPU強制為STOPRUNYNNYSTOP上電處理掃描過程出錯處理回目錄圖2-4PC掃描工作過程掃描過程:“輸入采樣”,“程序執行”,“輸出刷新”輸入端子輸入映象寄存器000012000020000()000002000001000()元件映象寄存器輸出鎖存器輸出端子輸出刷新輸入刷新13245掃描周期輸入采樣周期程序執行階段輸出刷新階段2.2.2PLC的工作過程回目錄輸入采樣階段:先掃描所有的輸入端子,并將各輸入狀態存入內存中各對應的輸入映象寄存器中.輸入映象寄存器被刷新.無論輸入信號如何變化,其內容保持不變,直到下一個掃描周期的輸入采樣階段,才重新寫入輸入端的新內容.程序執行階段:按程序,先左后右,先上后下的步序語句逐句掃描;遇到程序跳轉指令,則根據跳轉條件來決定程序的跳轉地址.根據輸入映象寄存器和輸出映象寄存器的當前狀態,進行相應的運算,運算結果再存入元件映象寄存器中.元件映象寄存器的每一個元件的狀態會隨著程序執行過程而變化.輸出刷新階段:所有指令執行完畢后,輸出映象寄存器中輸出繼電器的狀態,在輸出刷新階段轉存到輸出鎖存器中,通過一定方式輸出,驅動外部負載.回目錄2.2.3PLC的中斷處理問題:外部信號的輸入總是通過PLC掃描由“輸入傳送”來完成,這就不可避免地帶來了“邏輯滯后”.PLC能不能采用中斷輸入的方法?多個中斷源時,中斷有無優先級?程序能否設定允許中斷或禁止中斷?等等…PLC關于中斷的概念及處理思路與一般微機系統基本是一樣的,但也有特殊之處回目錄中斷響應問題:微機是在執行每一條指令結束時查詢有無中斷申請;而PLC是在相關的程序塊結束后查詢有無中斷早請和在執行用戶程序時查詢有無中斷申請.中斷源先后排隊順序及中斷嵌套問題:中斷源的先后順序接到中斷申請后,順序掃描中斷源,系統在掃描中斷源的過程中,在存儲器的一個特定區建立起“中斷處理表”,按順序存放中斷信息,系統按表順序先后轉到相應的中服程序工作.多中斷源可以有優先順序,但無嵌套關系.中斷服務程序執行結果信息輸出問題:采用中斷輸入,解決了對輸入信號的高速響應,在執行中斷子程序后,有關信息可用專門的硬件模塊或通過軟件用專門指令使某些I/O立即執行.回目錄2.3可編程控制器的編程語言2.3.1概述系統軟件:系統管理程序用戶指令解釋程序標准程序模塊和系統調用用戶程序:使用者編制的針對具體控制對象的程序用戶程序的三種形式:指令表(STL)梯形圖(LAD)順序功能流程圖(SFC)回目錄2.3.2PLC的編程語言PLC編程相當于設計和改變繼電器控制的硬接線路編程語言通常有三種:梯形圖,指令表和功能圖.梯形圖編程:表達式是在原電器控制系統中常用的接觸器,繼電器梯形圖基礎上演變而來的,它與電器操作原理圖相呼應.PLC的梯形圖使用的是內部繼電器,定時/計數器等,都是由軟件實現的,其主要特點是使用方便,修改靈活.這是系統的電器控制的繼電器梯形圖的硬件接線所無法比擬的.()()母線母線ABCMQDEF圖2-5典型的梯形圖回目錄指令表編程:指令表(STL)語言類似于計算機中的助記符語言,它是可編程控制器最基礎的編程語言.所謂指令表編程,是用一個或几個容易記憶的字符來代表可編程控制器的某種操作功能.地址指令數據00200LD0000200201TIM000#012300202MOV(021)#0100LR1000203ADB(050)#0100#FFF6DM0000圖2-6基本指令應用舉例圖a是梯形圖,圖b是相應的指令表TIM000MOV#0100LR10ADB#0100#FFF6DM000012.3S回目錄LD順序功能流程圖(SFC):是用功能圖來表達一個順序控制過程.目前國際電工協會(IEC)也正在實施發展這種新編程標准.用這種語言可以對一個控制過程進行控制,并顯示該過程的狀態,將用戶應用的邏輯分成步和轉換條件,來代替一個長的梯形圖程序.234589671退出送入送夾具