电工入门+plc

第四章 PLC基础知识,基本内容： PLC简介、基本功能、特点、应用范围、工作方式。,难点： 工作方式、扫描时间。,重点： 定义、基本功能、工作方式。,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,一、 PLC的产生与历史,世界上第一台PLC 1969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。,设计思想： 吸取继电器和计算机两者的优点 继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但简单易懂、价格便宜； 计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程困难； 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。（梯形图）,70年代初期： 仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller） 70年代中期： 微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能 80年代以后：随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。,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。,定义： 国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下： “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其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，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应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”。,二、 可编程控制器的定义,三、 PLC的现状及发展趋势 1969年美国数据设备公司（DEC）研制了第一台PLC，从此PLC发展迅猛。 我国改革开放后，美国AB、GE、MODICON、TI，日本OMRON、三菱、富士，德国西门子等厂家的产品不断进入我国，并在各行各业的工控系统中占据重要地位。,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（General Electric）、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（Mitsubishi Electric）、 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。,西门子PLC外形图,2006-3-3,10,S7-200系列PLC,S7-300系列PLC,S7-400系列PLC,三菱PLC外形图,2006-3-3,11,Q系列PLC,FX2N系列PLC,FX1N系列PLC,FX1S系列PLC,欧姆龙PLC外形图,C200H系列PLC,CPM1A、CPM2A系列PLC,PLC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。,（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I0 （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（open Modular Architecture for Control）,PLC的发展趋势,就全世界自动化市场的过去、现在和可以预见的未来而言，PLC仍然处于一种核心地位。在最近出现在美国、欧洲和国内有关探讨PLC发展的论文中，这个结论是众口一词的，尽管对PLC的未来发展有着许多不同的意见。 近年来PLC的市场销售一直坚挺；PC控制有了引人注目的进展，但毕竟只能对高端的PLC产品形成竞争；小型、超小型PLC的发展势头令人刮目相看；PLC和PC控制在今后可能相互融合。,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,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,PLC应用于步进电机控制,1 逻辑控制功能,逻辑控制功能是PLC最基本功能之一,是PLC最基本的应用领域，可取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。 在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用实例。 例如：机床电气控制、起重机、皮带运输机和包装机械的控制、注塑机控制、电梯控制、饮料灌装生产线、家用电器(电视机、冰箱、洗衣机等)自动装配线控制、汽车、化工、造纸、轧钢自动生产线控制等。,2 定时控制功能,定时控制功能是PLC的最基本功能之一。 PLC中有许多可供用户使用的定时器，功能类似于继电器线路中的时间继电器。 定时器的设定值(定时时间)可以在编程时设定，也可以在运动过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。 同时PLC还提供了高精度的时钟脉冲，用于准确实时控制。,3 计数控制功能,计数控制功能是PLC的最基本功能之一。 PLC为用户提供许多计数器，计数器计数到某一数值时，产生一个状态信号(计数值到)，利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。 计数器的设定值可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改。,5 数据处理功能,PLC大部分都具有数据处理功能，可以实现算术运算、数据比较、数据传送、数据移位、数制转换译码编码等操作。中、大型PLC数据处理功能更加齐全，可完成开方、PID运算、浮点运算等操作，还可以和CRT、打印机相联，实现程序、数据的显示和打印。,8 监控功能,PLC设置了较强的监控功能。 利用编程器或监视器，操作人员可以对PLC有关部分的运行状态进行监视。 利用编程器，可以调整定时器、计数器的设定值和当前值，并可以根据需要改变PLC内部逻辑信号的状态及数据区的数据内容，为调整和维护提供了极大的方便。,9 停电记忆功能,PLC内部的部分存储器所使用的RAM设置了停电保持器件（备用电池等），以保证断电后这部分存储器中的信息能够长期保存。 利用某些记忆指令，可以对工作状态进行记忆，以保持PLC断电后的数据内容不变。 PLC电源恢复后，可以在原工作基础上继续工作。,10 故障诊断功能,PLC可以对系统构成、某些硬件状态、指令的合法性等进行自诊断，发现异常情况，发出报警并显示错误类型，如属严重错误则自动中止运行。 PLC的故障自诊断功能，大大提高了PLC控制系统的安全和可维护性。,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。,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。,第二节 PLC基本原理,2.1 PLC内部硬件框图及各部分作用 2.2 PLC工作过程特点及主要性能指标 2.4 PLC分类,2.1 PLC内部硬件框图及各部分作用,2.1.1 PLC的组成 PLC由四部分组成 ：中央处理单元（CPU板）、输入输出（I/O）部件和电源部件。,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,2.1.2 PLC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,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。,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： 可读/写操作的随机存储器RAM 只读存储器ROM、PROM、EPROM、E2PROM,2.系统程序存贮器,4. 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