欧姆龙CP1H PLC应用基础与编程实践.ppt

1,欧姆龙CP1H PLC应用基础与编程实践,2,第一章 概述,本书是一门实践性很强的综合控制技术课程， PLC是工业控制技术的重要手段之一，随着企业自动化程度的不断提高，已经得到越来越广泛的应用目前这门课已经成为自动化与电气自动化等专业一门非常重要的专业课程 本门课包含PLC控制系统的工作原理、硬件系统、存储器系统、指令系统、编程方式、可编程之间的通信、人机接口和应用设计以OMRON的CP1H为例作讲解3,可编程序控制器－当代工业自动化支柱之一,4,可编程序控制器－当代工业自动化支柱之一,5,可编程序控制器－当代工业自动化支柱之一,6,可编程序控制器－当代工业自动化支柱之一,7,可编程序控制器－当代工业自动化支柱之一,8,综合自动化系统组成,9,10,功能：监控（ 工艺流程显示、表格显示、趋势显示、历史数据查询、报警信息的记录、手自动切换/手动操作、参数设置、其它功能）操作员站：一般操作功能（往往不包括系统中重要参数的设置）工程师站：全部功能·可以通过硬件区分（设置不同的计算机系统、设置不同的键盘等等）·通过操作人员所拥有 的密码区分，硬件系统完全相同★★,功能：信号的采集、运算（决策）、控制信号的输出、报警处理、网络通信（与其它控制站或者与操作站）……,系统的设计硬件设计和实现★软件设计和实现,11,1.1 可编程序控制器的定义,可编程序控制器(IEC 1987)是一种数字运算操作的电子系统，专为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、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程可编程序控制器(Programmable Controller)是从20世纪60年代末开始发展期来的工业控制装置，它是以微处理器和单片机为核心的一种工业控制的专用微机简称PLC12,,可编程序控制器简称Programmable Controller — PC Personal Computer — PCProgrammable Logic Controller — PLC,13,1.2 可编程序控制器的历史,继电器控制系统的明显缺点： 体积大，可靠性低，查找故障困难， 特别是由于它是靠硬连线逻辑构成系统，所以接线复杂，对生产工艺变化的适应性差继电器控制系统的优点： 简单易懂、操作方便、价格便宜 计算机系统的优点： 功能完备、灵活性、通用性好,14,继电器控制,15,GM首先提出【可编程序控制器】设想,编程简单，可在现场修改程序；维护方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；成本可与继电器控制柜竞争；可将数据直接送入计算机；可直接使用115V交流输入电压(美国电网电压110V)；输出采用115V交流电压，2A以上的容量能直接驱动电磁阀、交流接触器等负载；通用性强，扩展方便；能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB.,1969年DEC(美国数字设备公司)研制出世界上第一台可编程序控制器,16,可编程序控制器的发展历史,第一代：从第一台可编程控制器诞生到70年代初期，是PLC的崛起阶段。

其特点是：CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器；首先在汽车工业得到大量应用；功能主要用于逻辑运算和定时、计数运算代表有MODICON的PDP－084、ALLEN-BRADLEY的PDQ－II、DEC的PDP-14、日立公司的SCY-022第二代：70年代初期到70年代末期，是PLC的成熟阶段使PLC向大规模、高速度、高性能方向发展存储器采用EPROM ；代表是MODICON的PDP－184、 PDP－284 、PDP－384，西门子的S3系列17,第三代：70年代末期到80年代中期,是PLC的成熟阶段其特点是：CPU采用8位和16位微处理器，有些还采用多微处理器结构，存储器采用EPROM、EAROM、CMOSRAM等 ；数学运算功能得到较大的扩充，可靠性进一步提高代表是美国GOULD的M84，884第四代：80年代中期到今，是PLC由单片机控制向系统化控制的加速发展阶段配备了符合国际现场总线标准的通信接口，实现不同系统的互连或与局域网连成的整体分布系统在软件方面，采用了与PLC相匹配的标准的软件系统，并且向上兼容，增加了高级编程语言代表是OMRON的CS1、西门子的S5和S7系列等。

18,1.3 可编程序控制器的特点,(1)应用简便应用灵活，安装简便；采取积木式硬件结构和模块化软件设计，适合工艺流程变更较多的场合购买硬件前“软布线”，缩短开发周期接线和配置都很方便编程简化； PLC采用电气操作人员习惯的梯形图形式编程，直观易懂程序开发速度快，程序的可读性强，软件维护简便操作方便，维修容易工程师编号操作说明书，操作人员短期培训就可以操作PLC系统2) 可靠性高硬件方面：优质选件、合理的系统结构、加固简化安装，具有较强的抗振动性能印刷电路板的设计、加工及其焊接采取严格的工艺，例如采取光隔、电磁屏蔽等软件方面：设置警戒时钟WDT，程序出现死循环立即跳出，重启报警PLC的MTBF超过4到5万小时，好的达到十几万小时以上19,(3)抗干扰性能好，环境适应性强 PLC直接针对工业环境而设计的，在相当宽的环境温度(0-55或0－60度)、湿度(相对湿度小于90%)，以及机械振动、冲击，在规定的电源电压与频率变化、电源瞬时中断、电源电压降低下，都能正常工作4)功能完善条件控制；限时控制；计数控制；步进控制；A/D和D/A转换；,20,数据处理；通信和联网；对控制系统进行监控；自诊断功能；存储功能；智能外围接口。

5)成熟的工控网络体系，通信便捷，易于远程实时监控低速网络：采用主从式通信，速率几Kbps到几Mbps，传输距离500到2500米；高速网络：采用令牌方式通信，速率1到10Mbps，传输距离500到1000米，网上结点可达到1024个对于PLC网络及工业控制局域网而言，目前基本上形成了设备层网络、控制层网络和信息层网络以欧姆龙PLC为例：,21,设备层网络(见P5的图1-1) 是针对自动化系统底层设备的操作和管理网络负责对底层设备的控制、信息采集和传送目前设备层网络主要有Profitbus总线、CAN总线和DeviceNet网络等2)控制层网络 主要负责对处在中间层的各个控制器进行数据传送与控制代表是欧姆龙的ControllerLink网络和美国ROCKWELL公司的ControlNet网络3)信息层网络 主要用于对多层网络的信息进行操作与处理该层网络主要关注报文传输的高速性以及高容量的数据是否能共享 一般都采用以太网(Ethernet)技术，是个开放的、全球公认的用于信息层互联的标准，通信速率高，可达到100bit/s。

22,1.4 PLC在工业自动化中的地位和我国的发展现状,常规领域：批量过程控制91%采PLC，计算机控制中79%采用PLC，单元控制领域由92%采用PLC高技术领域：机器人控制29％使用PLC，人工智能21%采用PLC，可编程运动控制由45%采用PLC等以PLC为基础的DCS站整个DCS的20.9%举例：宝钢一、二期工程采用PLC 875台之多23,1.5 可编程控制器的应用,用于开关量的逻辑控制；取代继电器控制装置、取代顺序控制和程序控制可以用于单机控制也可以用于多机群控以及生产自动化控制用于闭环过程控制；PLC一般都配有PID控制子程序，或者是把PID功能独立出来用于锅炉、造纸、冶炼、位置和速度控制用于机械加工的数字控制；PLC能把机械加工中的数字控制(NC)和计算机控制(CNC)组成一体，实现数值控制24,用于机器人控制；对机器人同样可以选择PLC控制例如：美国JEEP公司自动焊接生产线上使用29个机器人，每个机器人都是由一个PLC单独控制用于组成多级控制系统；一些著名的PLC制造厂分别建立了自己的多层控制系统，向制造自动化通信协议MAP靠拢 以PLC为基础的集散控制系统(DCS)，以PLC为基础的监控和数据采集系统(SCADA)，以PLC为基础的柔性制造系统(FMS)，都体现了PLC的应用范围和水平。

25,1.6 可编程控制器的发展趋势,(1)更快的处理速度，多CPU结构和容错系统；大型和超大型PLC正向大容量和高速化发展，趋向采用计算能力巨大，时钟频率更高的CPU芯片;采用多CPU能提高机器的可靠性;提高系统的处理能力、响应速度，以及模块化程度多CPU技术的重要应用是容错系统有的公司研制了三重冗余PLC系统或者是双机热备份系统及时诊断故障，研制了智能可编程I/O系统2)PLC具有计算机功能，编程语言与工具日趋标准化和高级化； PLC在处理复杂运算、通信和打印报表等功能效率低、灵活性差，尤其是通信时显得笨拙运用于PLC的高级语言有BASIC、PASCAL、C、FORTRAN等PLC的编程工具有如下几种：,26,手持式或简易式编程器，供电气人员使用；便携式图形编辑器，具有一定的功能和支持功能，价格适中；CRT图形编辑器，具有良好的功能和支持功能，价格较高；个人微机上开始使用PLC编程，需要适当的软件包，价格相对来说便宜3)强化PLC的联网通信能力PLC之间的联网通信，各制造厂家都有专门的数据通道；PLC和计算机之间的通信，一般都有各制造厂家制造专门的接口组件4)记忆容量增大，采用专门的集成电路实用性增强。

过去容量最大是64KB，现在增加到500KB以上，甚至达到几MB、几十MB27,(5)开发新型特殊功能模块 智能I/O组件是一种带微处理器的功能组件，一般执行预处理或闭环控制、开环控制的功能，运行参数往往由PLC下装，工作节拍与PLC的扫描周期无关模拟I/O组件，执行A/D和D/A信号转换功能；PID回路控制组件，有通用和专用的PID组件，用于PLC下装和PID参数进行闭环控制；通信组件执行与数据总线的连接；机械运动控制组件，用增量型编码器或循环编码器检测机械位置，使PLC输出信号控制机械运动；其他I/O智能组件，如高速计数等6)向小型化、高性能的整体发展,28,整体式PLC,29,模块式PLC,30,PLC与其它工业控制器产品相互融合,与个人计算机PC集散控制系统DCS计算机数控CNC,31,大力开发智能I/O模块,模拟量I/O、高速计数输入、中断输入、机械运动控制、热电偶输入、条形码阅读器、多路BCD输入/输出、模糊控制器、PID回路控制、通信模块,32,PLC与现场总线相结合,基金会(FF)现场总线（Foundation Fieldbus）ProfiBus(过程现场总线)LonWorks（局域操作网络）CAN（控制器局域网络）HART（可寻址远程变送器数据通路协议）协议,33,传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统,34,基于现场总线的现场级与车间级自动化系统,35,增强通信联网能力,36,1.7 常用的可编程序控制器系统,(1)A-B公司的可编程序控制器的概况SLC－500系列。

这是小型整体式PLC，属于PLC－5系列PLC－5系列中型到大型PLC，A－B公司的主推产品PLC－5/250系列结构最大，功能最强大的PLCPLC－3系列 A－B公司的早期产品PLC－2系列 A－B公司的早期产品2) OMRON C系列的可编程序控制器的概况特点1：梯形图和语句表并重，配置的指令系统较强，特别是提供功能指令，使得用户在使用的方便性和开发复杂控制系统能力方面都优于欧美的PLC特点2：OMRON PLC配置的通信系统便宜、简单、实用，降低了整个PLC网络的造价。