PLC应用基础知识教程

Page:1/70PLC基础知识1.基本内容：PLC简介、基本功能、特点、应用范围、工作方式。3.难点：工作方式、扫描时间。2.重点：定义、基本功能、工作方式。Page:2/70第一节PLC基础知识一、PLC的产生与历史二、可编程控制器的定义三、PLC的现状及发展趋势四、PLC的特点五、PLC的基本功能六、PLC与其他工业控制系统的比较Page:3/70一、PLC的产生与历史世界上第一台PLC1969年由美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GE）的要求研制成功。背景：1968年美国通用汽车公司（GE），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。Page:4/70近年来PLC发展迅速PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，已成为自动化工程的核心设备。PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。Page:5/70PLC三大流派•欧洲：德国的西门子(SIEMENS)、AEG及法国的TI公司•美国：A-B（Allen-Bradly）(其产品约占美国PLC市场50％的份额。•)、GE（GeneralElectric）、莫迪康(MODICON)公司、德州仪器(T1)公司、歌德(Gould)公司、西屋公司•日本：三菱电机（MitsubishiElectric）、欧姆龙（OMRON）、FUJI（日本主要发展中小型PLC，在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70％的份额。在中国，OMRON产品的销量居首位。）•目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品；现在市场上出现了系列化的国产PLC，其价格相对低廉，性价比较高。Page:6/70西门子PLC外形图S7-200系列PLCS7-300系列PLCS7-400系列PLCPage:7/70三菱PLC外形图Q系列PLCFX2N系列PLCFX1N系列PLCFX1S系列PLCPage:8/70欧姆龙PLC外形图C200H系列PLCCPM1A、CPM2A系列PLCPage:9/70PLC的国内外状况1974年我国开始仿制美国的第二代PLC产品，但因元器件质量和技术问题等原因未能推广。直到1977年，我国才研制出第一台具有实用价值的PLC，并开始批量生产和应用于工业过程的控制。主要厂家有：北京和利时，科迪纳，张前苏。洛阳易达，无锡信捷，南京嘉华，兰州全志，广州科赛恩，中山智达，恒日等。Page:10/70Page:11/70•（1）向高速度、大存储容量方向发展（CPU处理速度nS级；内•存2M字节）•（2）向多品种方向发展和提高可靠性（超大型和超小型）•（3）产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的PLC）•（4）分散型、智能型、与现场总线兼容的I／0•（5）加强联网和通信的能力•（6）控制的开放和模块化的体系结构OMAC（openModularArchitectureforControl）PLC的发展趋势Page:12/70•通用性强，使用方便•功能强，适应面广•可靠性高，抗干扰能力强•控制程序可变具有很好的柔性•编程方法简单，容易掌握•PLC控制系统的设计、安装、调试和维修工作少.极为方便。控制程序变化方便.具有很好的柔性。•体积小、重量轻、功耗低四、PLC的特点Page:13/70五、PLC的基本功能1逻辑控制功能2定时控制功能3计数控制功能4步进控制功能5数据处理功能6回路控制功能7通讯联网功能8监控功能9停电记忆功能10故障诊断功能Page:14/70六、PLC与其他工业控制系统的比较PLC与继电器控制系统比较•继电器控制采用硬接线方式装配而成，只能完成既定的功能。•PLC控制只要改变程序并改动少量的接线端子，就可适应生产工艺的改变。•从适应性、可靠性及设计、安装、维护等各方面进行比较。传统的继电器控制大多数将被PLC所取代。PLC与工业计算机比较•工业控制机控制要求开发人员具有较高的计算机专业知识和微机软件编程的能力。•PLC采用了采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用，便于推广应用。•PLC是专为工业现场应用而设计的，具有更高的可靠性。•在模型复杂、计算量大且较难、实时性要求较高的环境中，工业控制机则更能发挥其专长。Page:15/70第二节PLC基本原理•2.1PLC内部硬件框图及各部分作用•2.2PLC工作过程特点及主要性能指标•2.4PLC分类Page:16/702.1PLC内部硬件框图及各部分作用2.1.1PLC的组成PLC由四部分组成：中央处理单元（CPU板）、存储部件、输入输出（I/O）部件和电源部件。Page:17/70•PLC的基本组成与一般的微机系统类似：是一种以微处理器为核心的、用于控制的特殊计算机•PLC的基本组成包括硬件与软件两部分•PLC的硬件：中央处理器（CPU）、存储器、输入接口、输出接口、通信接口、电源等•PLC的软件：系统程序和用户程序Page:18/702.1.2PLC内部主要部件功能1.PLC中的CPU作用及分类CPU的作用：按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作。归纳起来主要有以下五个方面：1）接收并存储编程器或其它外设输入的用户程序或数据2）诊断电源、PLC内部电路故障和编程中的语法错误等3）接收并存储从输入单元（接口）得到现场输入状态或数据4）逐条读取并执行存储器中的用户程序，将运算结果存入存储器5）根据运算结果，更新有关标志位和输出内容，通过输出接口实现控制、制表打印或数据通讯等功能Page:19/70•PLC中常采用的CPU有三类：1)通用微处理器（如Z80、8086、80286等）2)单片微处理器（如8031、8096等）3)位片式微处理器(如AMD29W等)•小型PLC：大多采用8位通用微处理器和单片微处理器；•中型PLC：大多采用16位通用微处理器或单片微处理器；•大型PLC：大多采用高速位片式微处理器（32位）；•小型PLC为单CPU系统；•中、大型PLC则大多为双CPU或多CPU系统；•对于双CPU系统，一个为字处理器，一般采用8位、16位或32位处理器；另一个为位处理器，采用由各厂家设计制造的专用芯片。Page:20/70存储器的作用：PLC中，存储器主要用于系统程序、用户程序、数据存储器的类型：①可读/写操作的随机存储器RAM②只读存储器ROM、PROM、EPROM、E2PROM2.系统程序存贮器Page:21/704.输入/输出接口（I/O模块）•输入/输出接口通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接通道。•PLC输入接口-----用户设备需输入PLC的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其它一些传感器输出的开关量或模拟量(要通过模数变换进入机内)等，通过输入接口电路将这些信号转换成中央处理单元能够接收和处理的信号，用这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据。•PLC输出接口-----路将中央处理单元送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、电机等被控设备的执行元件。Page:22/70◆I/O接口的作用：•电平转换功能：由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU的处理的信号是标准电平信号。•光电隔离和滤波功能，以提高PLC的抗干扰能力，通常还有状态指示，工作状况直观，便于维护。•I/O接口的类型：开关量输入/输出接口模拟量输入/输出接口Page:23/70◆输入/输出（I/O）点数：PLC的I/O点数是指PLC的I/O接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数的总和。I/O点数是选择PLC的重要依据之一。当I/O点数不够时，可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展。Page:24/705.PLC编程器及作用编程器的作用：是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可缺少的设备。Page:25/706.PLC中的电源及作用•PLC配有开关式稳压电源，以提供内部电路使用。•与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。因此，对于电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值±15%的范围内波动。•许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电。•电源的容量。Page:26/70◆PLC配有各种通信接口与外部设备连接•与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印•与监视器连接，可将控制过程图像显示出来•与PLC连接，组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制•与计算机连接，组成多级分布式控制系统，控制与管理相结合•与人机界面（触摸屏）连接•与智能接口模块连接。智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口。PLC的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。•与编程器连接Page:27/70编程器编程器是PLC最常用的外设，也是PLC中唯一不需要通过功能模块而直接与总线相联接的外设。它通过主机上的编程器接口直接与主机相连。编程器上有一个方式选择开关，用于控制PLC主机的工作方式。Page:28/70掌上电脑编程器可编程终端Page:29/708、其它功能模块功能模块模拟量输入模块（即A/D模块）模拟量→数字量模拟量输出模块（即D/A模块）数字量→模拟量温度传感器模块温度→模拟量→数字量高速计数模块高频脉冲信号PID模块（比例、积分、微分）远程I/O模块扩展I/O点的距离通讯模块与其它PLC、微机、互连网通讯Page:30/70系统程序:系统程序，完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用、管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能。系统程序，由PLC的制造厂家编写的，在PLC使用过程中不会变动，它和PLC的硬件组成有关，它关系到PLC的性能。系统程序，由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改。2.1.4PLC的软件系统1系统程序；2用户程序；3编程语言Page:31/70◆用户程序:•用户程序是用户根据控制对象生产工艺及控制的要求而编制的应用程序。它是由PLC控制对象的要求而定的。•为便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。•为防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在EPROM中。•现在有许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。Page:32/70PLC的编程语言在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。程序的表达方式基本有四种：梯形图（Ladderdiagram）、指令表（STL－STatementList）、逻辑功能块（FBD－FunctionBlockDiagram）和高级语言。梯形图是当前使用最广泛的一种编程方法。除了的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。Page:33/701.梯形图编程语言两种梯形图的继电器符号图对照梯形图（Ladderdiagram）编程语言是一种图形语言,类似于继电器控制线路图的一种编程语言，它面向控制过程，直观易懂，是PLC编程语言中应用最多的一种语言。物理继电器PLC继电器常开常闭触点线圈Page:34/70(1)名词解释——软继电器PC的继电器不是物理的电器，它是PC内部的寄存器位，因为它具有与物理继电器相似的功能，常称之为“软继电器”。PLC每一个继电器都对应着内部的一个寄存器位，该位为