机电传动控制9-PLC

1第九章可编程序控制器（PLC，PC）PLC的构成及原理PLC的基本指令系统PLC的基本控制环节PLC控制系统的设计2M3~ABCKMFUQSFR输入：SB1,SB2输出：KMKMSB1SB2KMY0X1X0Y0X1SB2SB124VX0输入部分逻辑控制输出部分~KM220VY0X1X0COMY0COM~KMSB2SB1220V24V345可编程序控制器(PLC)的出现可编程控制器因早期主要应用于开关量的逻辑控制，故其最初被称为可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC。现代的可编程控制器(ProgrammableController)已发展到以微处理器为基础、高度集成化的工业控制装置，它是计算机技术与工业控制技术相结合的控制设备。61968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM)为了用新的控制装置取代继电器控制装置,在公开招标中提出了十项招标指标:(1)编程方便，现场可修改程序；(2)维修方便，采用模块化结构；(3)可靠性高于继电器控制装置；(4)体积小于继电器控制装置；(5)数据可直接送入管理计算机；(6)成本可与继电器控制装置竞争；(7)可直接用115V交流输入；(8)输出为115v，2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等(9)通用性强，要能扩展；(10)用户程序存储器容量可扩展到4KB。71969年，美国数字设备公司(DEC)研制成功第一台PLC,应用于美国通用汽车自动装配线上，取得了极大的成功。8可编程序控制器的定义国际电工委员会(IEC)曾于1982年11月颁布了可编程控制器标准草案第一稿，1985年1月又发表了第二稿，1987年2月颁布了第三稿．该草案中对可编程控制器的定义是：可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器．它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储指令、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，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程．可编程控制器及其有关外围设备都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计．9可编程序控制器的发展过程第一代：从第一台可编程序控制器诞生到70年代初期第二代：70年代初期到70年代末期第三代：70年代末期到80年代中期第四代：80年代中期到90年代中期第五代：90年代中期至今101112可编程序控制器的发展趋势小型PLC向体积缩小、功能增强、速度加快、价格低廉的方向发展，使之能更加广泛地取代继电器控制。大中型PLC向大容量、高可靠性、高速度、多功能、网络化的方向发展，使之能对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制13PLC的特点•控制功能强大（可以控制开关量、数字量、模拟量等），也可实现开环控制和闭环控制•程序功能强大（支持程序控制的子程序、循环、跳转、多任务、中断等）•网络功能（可以支持各种工业控制网络、现场总线甚至TCP/IP等）•完善的自诊断、报警、监控功能•可靠性高，专为恶劣环境设计，硬件和软件均考虑了提高可靠性的措施•使用灵活，通过软件改变控制过程，不需要大量改变接线•操作、维护简单•设计方便14可编程序控制器的应用(1)开关量的逻辑控制(2)位置控制(3)过程控制(4)数据处理(5)通信联网(6)在计算机集成制造系统(CIMS)中的应用15可编程序控制器(PLC)的应用16171819第一章20第一章211.按结构分类1)整体式PLC结构：特点：结构紧凑、体积小，重量轻、价格低，输入、输出点数固定，实现的功能和控制规模固定，灵活性较低。小型PLC常采用这种结构，适应于工业生产中的单机控制。PLC的分类2223242)组合式PLC结构：特点:系统配置灵活，可构成具有不同控制规模和功能的PLC，但它的价格较高。一般大、中型PLC采用这种结构。2526272.按控制规模分类PLC大致可分为微型机、小型机、中型机及大型机、超大型机。1）微型机(小于64点）OMRON公司的SP系列28■性能规格2.按控制规模分类2）小型机（小于256点）OMRON公司的CPM1A、CQM系列松下公司的FP1系列29■性能规格3）中型机（小于2048点）OMRON公司的C200H西门子公司的S7-30030■性能规格4）大型机（大于2048点）OMRON公司的C1000H松下公司的FP3COMRON公司的2000H31■性能规格5）超大型机控制点数可达上万点，甚至于几万点.美国GE公司的90—70机，其点数可达24000点，另外还有8000路的模拟量。32OMRON公司CQM系列33松下FP1系列3435OMRON公司的C1000H36COMRON公司的2000H3738392.按生产厂家分类德国西门子公司美国GE公司日本三菱公司日本OMRON公司法国施耐得公司日本日立公司日本松下电工公司美国ROCKWELL公司日本东芝公司日本富士公司409.1PLC的基本结构、工作原理一、PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同.41整体式PLC42模块式PLC431．中央处理单元CPU中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。44(1)接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；(2)诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误；(3)用扫描的方式接收输入信号，并送入PLC的数据寄存器保存起来；(4)PLC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作；(5)将用户程序的执行结果送至输出端。CPU的主要作用453)位片式微处理器，也称布尔处理器。PLC使用的CPU主要有以下几种：1)通用微处理器，如8080、6800、Z80A、8086等2)单片机，如8051等。位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。它主要追求运算速度快，它以4位为一片。用几个位片级联，可以组成任意字长的微处理器。改变微程序存储器的内容，可以改变计算机的指令系统。位片式结构可以使用多个微处理器，将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分，几个微处理器同时进行处理。46存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。2．存储器47PLC常用的存储器类型RAM（RandomAccessMemory）EPROM（ErasableProgrammableReadOnlyMemory）EEPROM(ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory)48PLC存储空间的分配用户程序存储区系统程序存储区系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该PLC的性能系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC，其存储容量各不相同。493．输入输出接口(I/O单元)501）输入电路:输入电路是PLC与外部连接的输入通道。输入信号(如按钮、行程开关以及传感器输出的开关信号或模拟量)经过输入电路转换成中央控制单元能接受和处理的数字信号。2）输出电路:输出电路是PLC向外部执行部件输出相应控制信号的通道。通过输出电路，PLC可对外部执行部件(如接触器、电磁阀、继电器、指示灯、步进电机、伺服电机等)进行控制。3）输入/输出电路根据其功能的不同可分为数字输入、数字输出、模拟量输入、模拟量输出、位置控制、通讯等各种类型。51（1）直流输入单元光电隔离：•现场与PLC主机隔离•避免外电路出现故障时，外部强电侵入主机而损坏主机•将现场开关信号经光电耦合转变为PLC的标准逻辑电平。52（2)交流输入单元PLC内部输入电路外部用户接线工作原理与直流输入电路基本相同。隔直电容分压电路光电耦合器53（3）继电器输出单元54(4)晶体管输出单元PLC内部输出电路外部用户接线输出三极管负载续流二极管保险丝保护二极管155（5）模拟量输入接口电路56（6）模拟量输出接口电路57电源部件能将交流电转换成中央控制单元、输入/输出部件所需要的直流电源；能适应电网波动、温度变化的影响，对电压具有一定的保护能力，以防止电压突变时损坏中央控制器。另外电源部件内还装有备用电池（锂电池），以保证在断电时存放在RAM中的信息不至丢失。因此用户程序在调试过程中，可采用RAM贮存，便于修改程序。4.电源部件(模块)586．编程工具编辑程序、调试程序和监控程序的执行，还可以在线测试PLC的内部状态和参数，与PLC进行人机对话。作用计算机辅助编程专用编程器图形编程器简易编程器598．其它外部设备人机接口外存储器打印机EPROM写入器60二、PLC的基本工作原理首先执行自诊断程序，对输入输出点、存储器和CPU进行自诊断。如有通讯请求，在自诊断后就进行通讯处理。输入采样阶段：当PLC开始工作时，微处理器首先以顺序读入所有输入端的信号状态，并逐一存入输入状态寄存器中。在程序执行期间，即使输入状态变化，输入状态寄存器的内容也不会改变。这些变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被读入。组成程序的每条指令都有顺序号，在PLC中称步号。指令按步号依次存入贮存单元。程序执行期间，微处理器将指令顺序调出并执行。执行时，对输入和输出状态进行“处理”，即按程序进行逻辑、算术运算，再将结果存入输出状态寄存器中。在所有的指令执行完毕后，输出状态寄存器中的状态通过输出锁存电路转换成被控设备所能接收的电压或电流信号，以驱动被控设备。61二、PLC的基本工作原理PLC的扫描周期大约为几十msPLC的扫描过程62PLC软件组成系统监控软件：1.管理程序（运行管理、生成用户元件、自检和诊断等）2.用户指令解释程序3.标准程序模块、系统调用用户程序63三、PLC的性能指标1.I/O点数——输入、输出端子的个数2.用户程序存储器容量————决定了PLC可以容纳用户程序的长短。中、小型PLC的存储容量一般在8K以下，大型PLC的存储容量达到256K—2M。3.扫描速度————扫描速度是指PLC执行程序的速度，是衡量PLC控制速度的重要指标。以ms/K字为单位表示，例如20ms/K字，表示扫描1K字的用户程序所需要的时间为20ms。644.指令种类及条数5.内部器件的种类和数量————包括辅助继电器、定时器、计数器、保持继电器、特殊辅助继电器、数据存储器等等。6．智能单元PLC不仅能完成开关量的逻辑控制而且利用智能单元可完成模拟量控制、位置和速度控制以及通信联网等。智能单元的种类、功能的强弱是衡量PLC产品水平高低的一个重要指标。三、PLC的性能指标659.2可编程序控制器的编程器件PLC内部有许多具有不同功能的器件，实际上这些器件是由电子电路和存储器组成的。输入继电器X是由输入电路和映象输入接点的存储器组成；输出继电器Y是由输出电路和映象输出接点的存储器组成；定时器T、计数器C、辅助继电器M、状态器S、数据寄存器D、变址寄存器V/Z等都是由存储器组成的。为了把它们与通常的硬器件区分开，通常把上面的器件统称为软器件，也称编程器件。主要针对F-40M的PLC。66Y0X1X0Y0X1SB2SB124VX0输入继电器逻辑控制输出继电器~KM220VY0等效继电器线路67输出继电器Y基本单元地址号：430-437（8个）530-537（8个）扩展单元地址号：440-447（8个）540-547（8个）输入继电器X基本单元地址号：400-413（12个）500-513（12个）扩展单元地址号：414-427（12个）514-527（12个）68时间继电器TF40M--PLC的定时器的定时值K为0.1s---999s。地址号：450-457（8个）550-557（8个）定时器的设定值由用户设定，存放在