东北大学罗克韦尔自动化实验室-PLC-5培训教程

PLC-5培训教程钱晓龙[e-mail]东北大学罗克韦尔自动化实验室PLC控制系统的提出六十年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家汽车型号不断更新，其加工的生产线亦必须随之改变，对整个控制系统要重新配置，因此，1968年美国通用汽车公司（GM）公开招标，对控制系统提出具体要求：（1）编程简单，可在现场修改程序；（2）维修方便，采用模块化结构，即插件式；第1章可编程序控制器系统概述第1章可编程序控制器系统概述（3）可靠性高于继电器控制系统，能在恶劣环境下工作；（4）体积小于继电器控制柜；（5）价格便宜，成本应可与继电器控制系统竞争；（6）输入、输出可以采用市电，电流达到一定要求（2A以上），可直接驱动继电器和电磁阀；（7）具有数据通讯功能，数据可直接送入管理计算机；第1章可编程序控制器系统概述（8）易于系统扩展，在扩展系统时只要很小变更；（9）用户程序存储器容量至少能扩展到4K以上。这些要求实际上提出了将继电器控制系统的简单易懂、使用方便、价格低的优点与计算机的功能完善、灵活性、通用性好的特点结合起来，将继电接触器控制硬接线逻辑转变为计算机的软件逻辑编程的设想。第1章可编程序控制器系统概述PLC的历史1969年美国数字设备公司（DEC）根据上述要求，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。当时人们把它称为可编程序逻辑控制器PLC（ProgrmmableLogicController），只是用它取代继电接触器控制，功能仅限于执行继电器逻辑、计时、计数等。可编程序控制器问世后，发展极为迅速。第1章可编程序控制器系统概述1971年日本开始生产可编程序控制器；1973年欧洲开始生产可编程序控制器，到现在世界各国一些著名的电气制造商几乎都在生产PLC装置，如美国罗克韦尔自动化公司的A-B、欧洲的西门子、日本的三菱、日本的OMROM、美国的GE等，PLC已作为一个独立的工业设备被列入生产中，成为当代电控装置的主导。第1章可编程序控制器系统概述PLC的定义：国际电工委员会（IEC）1985年1月对可编程序控制器作过如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于工业控制系统联成一个整体、易于扩充功能的原则设计。”第1章可编程序控制器系统概述PLC运行框图：上电及内部处理扫描过程诊断及出错处理第1章可编程序控制器系统概述第一部分：上电及内部处理，上电后对整个系统进行一些初始化工作，如硬件初始化、I/O模块配置检查、停电保护设定及其它初始化处理。第二部分扫描过程：实际上包含三个部分。首先是输入扫描，其次是程序扫描阶段，最后一个阶段即输出扫描阶段。第1章可编程序控制器系统概述第三部分是诊断及出错处理：可编程序控制器每扫描一次，就执行一次自诊断，检查诸如CPU、电池电压、程序存储器、I/O通讯是否异常或出错，如查出错误或异常，CPU面板上的指示灯就会指示，并在特殊寄存器中存入出错代码。若出现致命错误，CPU就会被强制成STOP方式，停止扫描。第1章可编程序控制器系统概述扫描周期：通常规定，从扫描过程的某一点开始，经过一个循环重新回到该点所需要的时间称为扫描周期。如果忽略可编程序控制器的通讯服务时间，忽略更新时钟及进行自诊断的时间，忽略I/O刷新的响应滞后时间，扫描周期就是程序执行时间和I/O扫描时间之和。常用1千条（1K）指令所需的时间来说明可编程序控制器的扫描速度（大约1ms~10ms/k指令）。第1章可编程序控制器系统概述四、可编程序控制器的国内外发状况及发展趋势（1）产品规模向大、小两个方向发展（2）体系结构开放化及通信功能标准化（3）I/O模块智能化及专用化（4）编程组态软件图形化（5）发展集成技术及容错技术Allen-BradleyPLC的发展历史70年代初，Allen-Bradley收购了3“I”公司，并致力开发一种叫可编程序控制器的设备。当时研制了一种叫PMC的设备：－128I/O，EPROM内存为256字－指令也只有常用的：常开、常闭、输出－定时器和计数器是硬件模块71年A-B成为第一个PLC制造商72年开发了连接PLC的计算机接口，引入源码编辑功能Allen-BradleyPLC的发展历史（续）1974年生产的1774－PLC成为第一台可作并行处理的可编程控制器早期PLC系统最主要竞争对手是继电器，因为当时只有本地的I/O。1975年引入远程I/O，减少了接线费用，但无算术指令。随后相继开发出操作员接口设备和用于过程控制的模拟量I/O。Allen-BradleyPLC的发展历史（续）八十年代出现高性能的分布式I/O系统，带智能的I/O模块和块传送。相应的产品是PLC-2，PLC-3。此时用户注重指令集、处理器的速度、内存容量及I/O点数。用户需求从单纯代替继电器，转向带MMI的控制系统。1985年推出PLC-5/15，引入RI/O的扫描器和适配器技术。Allen-BradleyPLC的发展历史（续）八十年代末九十年代初推出小型的SLC-500系列以及增强型的PLC-5系列，引入网络技术：以太网、控制网、设备网，以及许多人机界面的产品：PanelView、RediPanel、Dataliner、RSView32等。发展快，而且新产品性能强、价格低。Allen-BradleyPLC的发展历史（续）PLC发展到今天，主要的技术水准：－网络能力－人机接口－过程控制能力－现场连接－可选的语言功能处理器的速度、尺寸、混合I/O和内存已不再是主要因素Allen-BradleyPLC的发展历史（续）Now:第2章可编程序控制器处理器及I/O模块2.1概述一、可编程序控制器系统的组成组成：PLC主要由电源、处理器(CPU)、输入/输出单元(I/O)、特殊输入/输出单元及一些外部单元(如编程器等)组成。第2章可编程序控制器处理器及I/O模块安装：常安装于通用的输入/输出框架上装有CPU模块的框架称为基本框架，其它为扩展框架。基本框架与扩展框架之间如果距离较近(一般不超过30m)，可通过扩展本地I/O(并行)通信口与多个本地扩展框架相连；如果距离较远(一般少于3000m)，可以通过远程I/O口连接。第2章可编程序控制器处理器及I/O模块典型结构：DH+PlantEthernetNetworkControlLogixGatewayDH+ControlLogixGatewayControlNetProgrammingTerminalDataCollectionandRecipeManagementPLC-5CPLC-5CPLC-5PLC-5SLCSLCRSViewRSViewPanelView1400e1771I/OPLC-3PyramidIntegrator第2章可编程序控制器处理器及I/O模块二、可编程序控制器的主要性能指标1、存储容量：生产厂家在生产可编程序控制器时，已按照机器型号的不同，设置了不同容量的存储器，小到1K~几K，大至1~2M。2、控制容量：就是I/O容量，也叫I/O能力，通常以离散量(数字量)个数计。3、扫描周期：4、指令功能及软件支持5、网络与通信第2章可编程序控制器处理器及I/O模块2.2PLC–5系列处理器1771框架：第2章可编程序控制器处理器及I/O模块PLC-5处理器类型：基本型处理器：1771-5/15，-25增强型处理器：PLC–5/11，–5/20，–5/30，–5/40，–5/60，–5/80扩展本地I/O型处理器：1771-5/60L控制网型处理器：1771-5/20C，-5/40C，-5/80C以太网型处理器：1771-5/20E，-5/40E，-5/80E第2章可编程序控制器处理器及I/O模块PLC-5/11PLC-5/20PLC-5/30PLC-5/40PLC-5/60PLC-5/80100K64K48K32K16K8KMemorySizeI/O第2章可编程序控制器处理器及I/O模块一、增强型PLC–5处理器的共同特性1.支持多种编程语言：梯形逻辑图、结构文本语言、顺序功能流程图（SFC）。2.控制性能优越的主控程序：编程人员可以任意使用顺序功能流程图、梯形图和结构文本来完成多达16个主控程序，每个主控程序对应一个实际的设备或功能块，在实际应用中可使用若干个主控程序。第2章可编程序控制器处理器及I/O模块3.支持由定时器和事件驱动的处理器中断子程序，支持PID算法，通用指令系列包括基本和扩展的ASCII字符串指令以及包括对数、指数、三角、统计等浮点运算功能。4.内置可组态RS–232/422/423串行口，以及最大距离可达3048m的DH+网、远程I/O(可组态)链路通信口。5.口令和权限操作保护。第2章可编程序控制器处理器及I/O模块二、PLC-5/40处理器Keyswitch(Prog/Rem/Run)SerialChannelChannel2A:DH+/RIOChannel2B:DH+/RIOChannel1A:DH+/RIOChannel1B:DH+/RIOMemoryBackupSlotBatteryHolderBatteryIndicatorProcessorRun/FaultIndicatorForceIndicatorASCIIPortStatusIndicatorChannel2Aand2BStatusChannel1Aand1BStatusEEPROMMemory第2章可编程序控制器处理器及I/O模块1.前面板:（1）钥匙开关:用来设定可编程序控制器的工作状态,共(PROG/REM/RUN)三种状态.其中:当开关处于“REM”即远程(Remote)状态时，可以通过编程软件设定处理器工作在“编程”、“调试”或“运行”状态。使用钥匙是为了在调试完毕后使处理器固定在运行状态，防止程序被意外修改。第2章可编程序控制器处理器及I/O模块（2）.指示灯电池指示灯“BATT”:灯(红)亮表示电池盒里的电池该更换了。一般该指示灯亮后，应在10天内及时更换电池，否则可能因CMOSRAM的失效而造成程序的丢失。第2章可编程序控制器处理器及I/O模块处理器运行/故障(绿/红)指示器灯“PROC”:显示处理器当前的工作情况灯(绿)亮：表示运行正常灯(红)亮：表示处理器故障强制指示灯“FORCE”：显示用户有无强制I/O。灯亮：表示被强制输入强制：用户强制输入数据文件中的位；输出强制：能使用户强制实际的输出模板而保留其输出数据文件处在原始状态。第2章可编程序控制器处理器及I/O模块串行口状态指示灯：闪绿表示通信正常通信口指示灯（1A、1B；2A、2B）：固绿表示通信正常（3）通信口：串行口：25针支持由EIARS-232C和RS-423，也与RS-422A兼容1A、1B口：1A缺省为DH+，1B缺省为RIO2A、2B口：2A缺省为DH+，2B缺省为RIO编程口：为8针小型DIN插座，该编程终端插座是和通道1A和2A的3针插座并联连接的。第2章可编程序控制器处理器及I/O模块（4）电池盒（5）EEPROM模块插槽：用于当电池失效是时，通过开关设定处理器在上电时从EEPROM中读取程序送到CMOSRAM或在CMOSRAM失效(程序丢失)时将EEPROM中的内容传送到CMOSRAM，以避免因维护人员的疏忽而造成程序的丢失。第2章可编程序控制器处理器及I/O模块2、侧面板Channel3A0=OPEN/OFF1=CLOSED/ONRS-PortPinoutDH+AddressCH.1ASwitchSettings(S1)S1S2RS-PortS2SetDH+/RIOPinout1785-LXXBNAMEREVSERIESOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOXXXX第