《可编程控制器PLC应用技术》

绪论EXIT2020/4/101绪论一、可编程控制器的简史及定义二、可编程控制器的特点三、可编程控制器的应用四、可编程控制器的发展前景课程性质课程目的和要求绪论EXIT2020/4/102一、可编程控制器的简史及定义60年代继电接触控制系统接线复杂改变设计困难简单易懂价格便宜1969年美国数字设备公司（DEC），研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。绪论EXIT2020/4/103一、可编程控制器的简史及定义20世纪70年代中末期，PLC进入了实用化发展阶段20世纪80年代初，PLC在先进工业国家广泛应用20世纪末期，PLC已适应现代工业控制的需要21世纪初的几年，随着计算机通讯技术的发展，PLC重点发展了网络通讯能力，并广泛应用于工业控制系统的各个领域绪论EXIT2020/4/104一、可编程控制器的简史及定义1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为可编程序控制器（ProgrammableController），简称PC。为了和个人计算机（PC）相区别，将最初用于逻辑控制的可编程控制器称为PLC（ProgrammablelogicController）。1985年1月国际电工委员会（IEC）制定了可编程控制器的标准，并定义了PLC。可编程控制器是以微机技术为核心的通用工业自动控制装置，简称PLC。绪论EXIT2020/4/105一、可编程控制器的简史及定义目前世界上生产品牌PLC的著名公司：美国艾伦-布拉德利公司（A-B：Allen-Bradley）德国西门子公司（Siemens）法国的施耐德公司（TE：Telemecanique）日本三菱公司（MITSUBISHI）日本欧姆龙公司（OMRON）日本富士电机公司（FujiElectric）日本东芝公司（TOSHIBA）日本松下电工公司（MEW）等绪论EXIT2020/4/106二、可编程控制器的特点可靠性高，抗干扰能力强通用性强，使用方便模块化结构，组合灵活编程简单，易学易用体积小，重量轻，能耗低系统设计、建造工作量小，改造容易绪论EXIT2020/4/107三、可编程控制器的应用开关逻辑控制运动控制闭环过程控制数据处理通讯及联网绪论EXIT2020/4/108四、可编程控制器的发展前景速度更快、存储容量更大、可靠性更高向超小型和超大型方向发展规范化、标准化，出现通用编程语言通讯、联网能力更强，与工业控制计算机组网出现PLC品牌垄断国际市场的局面技术规模产品通讯市场绪论EXIT2020/4/109四、可编程控制器的发展前景绪论EXIT2020/4/1010课程性质《可编程控制器应用技术》是电类和机电类专业的专业基础课绪论EXIT2020/4/1011课程目的和要求1．了解可编程控制器的基本结构、特点和应用场合2．明确可编程控制器的硬件配置、工作原理和工作过程3．掌握可编程控制器基本逻辑指令及编程方法，掌握编程软件的使用4．熟悉可编程控制器功能指令及编程方法5．能正确使用可编程控制器并完成I/O设备的接线6．掌握程序设计的思想和方法7．掌握程序运行和调试的方法，会分析实验与实训现象8．具备阅读和分析实际应用程序与梯形图的能力9．能借助产品说明书和技术手册，查阅有关数据和功能，正确使用PLC10．能在生产现场进行简单的程序设计，运行、调试、维护PLC控制系统绪论EXIT2020/4/1012学习方法认真听课，注意老师对问题的分析，通过案例分析和实训环节获得编程的思想和方法理论联系实际，带着问题学，学深入注重实训环节，训练应用PLC的技能注意对知识的记忆和回味，几分耕耘、几分收获绪论EXIT2020/4/1013第1章可编程控制器的硬件构成及工作原理1.1可编程控制器的硬件构成1.2可编程控制器的工作原理绪论EXIT2020/4/10141.1可编程控制器的硬件构成1.1.1CPU模块及存储器1.1.2输入输出接口电路1.1.3电源1.1.4外部设备绪论EXIT2020/4/10151.1可编程控制器的硬件构成可编程控制器主机可编程控制器编程器图1.1可编程控制器及编程器绪论EXIT2020/4/10161.1可编程控制器的硬件构成图1.2PLC的硬件结构主机电源微处理器(CPU)运算器控制器输入单元存储器EPROM(系统程序)RAM(用户程序)外设I/O接口I/O扩展接口用户输入设备输出单元用户输出设备I/O扩展接口PLC或上位计算机图形监控系统EPROM写入器打印机盒式磁带机编程器外部设备PLC由CPU、存储器、输入/输出接口、内部电源和编程设备几部分构成绪论EXIT2020/4/10171.1.1CPU模块从存储器中读取指令执行指令准备取下一条指令处理中断CPU是PLC的运算控制中心，它在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分的工作，其具体作用是：CPU模块（中央处理器+存储器）绪论EXIT2020/4/10181.1.1CPU模块RAM：随机存储器，可读可写，没有断电保持功能。ROM：只读存储器，只读，不能写。RAM存放用户程序ROM存放系统程序存储器用于存放系统程序、用户程序和运行中的数据。包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。EPROM：可擦除程序的只读存储器，用紫外线照射芯片上的透镜窗口，可以擦除已写入的内容，而写入新的程序。EEPROM：可电擦除的只读存储器，兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取的优点。绪论EXIT2020/4/1019输入输出接口是PLC与工业控制现场各类信号连接的部分。1.1.2输入输出接口输入接口用来接受生产过程的各种参数（输入信号）。输出接口用来送出可编程控制器运算后得出的控制信息（输出信号），并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。为了适应可编程控制器在工业生产现场的工作，对输入输出接口有二个主要的要求：良好的抗干扰能力能满足工业现场各类信号的匹配要求绪论EXIT2020/4/1020可编程控制器为不同的接口需求设计了不同的接口单元：开关量输入接口其作用是把现场的开关量信号变成可编程控制器内部处理的标准信号。开关量输入接口按可接纳的外部信号电源的类型不同，分为直流输入单元和交流输入单元。开关量输出接口按可编程控制器机内使用的器件不同，分为继电器型、晶体管型和可控硅型。1.1.2输入输出接口开关量输出接口其作用是把可编程内部的标准信号转换成现场执行机构所需的开关量信号。绪论EXIT2020/4/1021开关量输出接口，其作用是把PLC的内部信号转换成现场执行机构的各种开关信号。考虑负载的驱动电源时，还需选择输出器件的类型。继电器型的输出接口，可用于交流及直流两种电源，接通和断开的频率低，带负载能力强；晶体管型的输出接口有较高的接通断开频率，但只适用于直流驱动的场合；可控硅型的输出接口仅用于交流驱动的场合，适用快速、频繁动作和大电流的场合。２．开关量输出接口1.1.2输入输出接口绪论EXIT2020/4/1022３．模拟量输入接口（A／D模块）模拟量输入接口把现场连续变化的模拟量信号转换成适合可编程控制器内部处理的二进制数字信号。模拟量信号输入后一般经运算放大器放大后进行A／D转换，再经光电耦合后为可编程控制器提供一定位数的数字量信号。1.1.2输入输出接口光耦合器隔离A/D转换器滤波内部回路图1.8模拟量输入单元框图绪论EXIT2020/4/1023４．模拟量输出接口（D／A模块）模拟量输出接口将PLC运算处理后的数字信号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需求。模拟量输出接口一般由光电隔离、D／A转换和信号驱动等环节组成。信号转换内部回路光耦合器隔离D/A转换器图1.9模拟量输出单元框图1.1.2输入输出接口绪论EXIT2020/4/1024为了适应更复杂的控制工作的需要，可编程控制器还有一些智能控制单元，如PID单元、高速计数器单元、温度控制单元、通信单元、定位单元等。特殊功能模块都是独立的工作单元，它们和普通输入输出接口的区别在于都带有独立的CPU，有专门的处理能力。５．智能输入输出接口（特殊功能模块）1.1.2输入输出接口绪论EXIT2020/4/10251.1.3电源可编程控制器的电源包括:*为可编程控制器各工作单元供电的开关电源*为掉电保护电路供电的后备电源，一般为电池绪论EXIT2020/4/10261.1.4外部设备可编程控制器一般可配备的外部设备：编程器盒式磁带机，用以记录程序或信息打印机，用以打印程序或制表EPROM写入器，用以将程序写入用户EPROM中高分辨率大屏幕彩色图形监控系统，用以显示或监视有关部分的运行状态编程器绪论EXIT2020/4/10271.2可编程控制器的工作原理1.2.1扫描工作方式1.2.2程序执行过程1.2.3输入／输出的处理规则1.2.4信息刷新方式1.2.5输入／输出滞后时间绪论EXIT2020/4/10281.2.1扫描工作方式扫描：从0000号存贮地址开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存贮地址号递增的方向顺序逐条扫描用户程序直到程序结束。完成一次扫描程序后，再从头开始扫描，并周而复始地重复。一个循环扫描过程称为扫描周期。扫描过程分为三个阶段进行：即输入采样（输入处理）阶段，程序执行（程序处理）阶段，输出刷新（输出处理）阶段。输入采样程序执行输出刷新绪论EXIT2020/4/1029输入采样程序执行输出处理一个扫描周期●●●Y0Y1Yn输入映像寄存器①采样元件映像寄存器③写⑤写④读X0Y0Y0M0●●●●●●输出锁存电路输出端子输入端子●●●1.2.2程序执行过程②读图1.11PLC的扫描工作过程●●●X0X1Xn⑥刷新绪论EXIT2020/4/10301.2.2程序执行过程输入采样阶段：PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态（开或关、即ON或OFF、“1”或“0”）读入到输入映像寄存器中寄存起来，称为对输入信号的采样，或称输入刷新。接着转入程序执行阶段，在程序执行期间，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。绪论EXIT2020/4/10311.2.2程序执行过程程序执行阶段：程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描；如果程序用梯形图表示，则总是按先左后右、先上后下的顺序进行扫描；每扫描到一条指令时，所需要的输入元件状态或其它元件的状态分别由输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出，而将执行结果写入到元件映像寄存器中；元件映像寄存器中寄存的内容，随程序执行的进程而动态变化。绪论EXIT2020/4/10321.2.2程序执行过程输出刷新阶段：程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，将元件映像寄存器中所有输出继电器的状态转存到输出锁存寄存器，再去驱动用户输出设备（负载），这就是PLC的实际输出。扫描周期：PLC重复执行上述三个过程，每重复一次的时间就是一个工作周期（或扫描周期）。工作周期的长短与程序的长短、指令的种类和CPU执行的速度有关。一个扫描过程中，执行指令程序的时间占了绝大部分。PLC在每次扫描中，对输入信号采样一次，对输出信号刷新一次。这就保证了PLC在执行程序阶段，输入映像寄存器和输出锁存寄存器的内容或数据保持不变。绪论EXIT2020/4/10331.2.5输入／输出滞后时间输出模块的滞后时间与模块开关元件的类型有关：继电器型输出电路的滞后时间一般最大值在10ms左右。双向可控硅型输出电路的滞后时间在负载被接通时的滞后时间约为1ms，负载由导通到断开时的最大滞后时间为10ms。晶体管型输出电路的滞后时间一般在1ms左右。绪论EXIT2020/4/10341.3PLC的结构特点及技术性能1.3.1可编程控制器的结构特点1.3.2FX2N系列PLC的主要技术性能绪论EXIT2020/4/10351.3.1可编程控制器的结构特点1.单元式结构2.模块式结构3.叠装式结构绪论EXIT2020/4/1036◆把CPU、RAM、ROM、I／○接口及与编程器或EP