LC电气控制和组态设计.ppt

1 哈尔滨理工大学哈尔滨理工大学 PLC电气控制与组态设计 第一章 可编程控制器的基本知识 *2 可编程序控制器问世于1969年是美国 汽车制造工业激烈竞争的结果更新汽车型号 必然要求加工生产线改变正是从汽车制造业 开始了对传统继电器控制的挑战1968年美国 General Motors公司，要求制造商为其装配线 提供一种新型的通用程序控制器，并提出10项 招标指标这就是著名的GM 10条 第一章 可编程控制器的基本知识 第一节 可编程控制器的产生和发展 一、可编程控制器的产生 *3 1.编程简单，可在现场修改程序； 2. 可靠性高于继电器控制柜； 3. 体积小于继电器控制柜； 4. 维护方便，最好是插件式； 5.可将数据直接送入管理计算机； 6. 在成本上可与继电器控制柜竞争； 7. 输入可以是交流115V； 8. 输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀等； 9.在扩展时，原系统只需很小变更； 10.用户程序存贮器容量至少能扩展到4K GM10条是可编程序控制器出现的直接原因： *4 2可编程控制器的发展及定义 1969年，美国数据设备公司(DEC)研制出世界上第一 台可编程控制器，并成功地应用在GM公司的生产线上。

这一时期它主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算 ，故称为可编程逻辑控制器，简称 PLC(Programmable Logic Controller)PLC(Programmable Logic Controller) 70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛 发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产 过程控制领域，真正成为一种电子计算机工业控制 装置，故称为可编程控制器，简称PC(Programmable Controller)但由于PC容易和个人计算机 (Personal Computer)相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程 控制器的缩写 *5 1985年1月国际电工委员会的定义国际电工委员会的定义： “可编程序控制器是一种数字运算的电子系统， 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 应按易于与工业控制系统联成一个整体，易 于扩充的原则设计” *6 3PLC与传统的继电器逻辑相比 1.可靠性高、逻辑功能强、体积小。

2.在需要大量中间继电器、时间继电器及计数 继电器的场合，PLC 无需增加硬设备 3.随着要求的变更PLC对程序修改方便继电 器线路要想改变控制功能，必须变更硬接线 ，灵活性差 4.具有网络通讯功能，可附加高性能模块对模 拟量进行处理，实现各种复杂控制功能 *7 4 PLC与工业控制计算机相比 1.PLC继承了继电器系统的基本格式和习惯，对于有继 电器系统方面知识和经验的人来说，尤其是现场的 技术人员，学习起来十分方便 2. PLC一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，各 厂家的产品不通用工业控制机是由通用计算机推 广应用发展起来的，一般由微机厂、芯片及板卡制 造厂开发生产它在硬件结构方面的突出优点是总 线标准化程度高，产品兼容性强 3. PLC的运行方式与工业控制机不同，微机的许多软 件不能直接使用工业控制机可使用通用微机的各 种编程语言，对要求快速、实时性强、模型复杂的 工业对象的控制占有优势但它要求使用者具有一 定的计算机专业知识 *8 4.PLC和工业控制机都是专为工业现场应用环 境而设计的 都具有很高的可靠性 5.PLC一般具有模块结构，可以针对不同的对 象进行组合和扩展。

*9 第二节 可编程控制器的基本结构 1PLC的系统结构 *10 2 PLC各部分的作用 1.CPU ①诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编 制程序中的语法错误 ②采集现场的状态或数据，并送人PLC的寄 存器中 ③逐条读取指令，完成各种运算和操作 ④将处理结果送至输出端 ⑤响应各种外部设备的工作请求 *11 2PLC各部分的作用 2.存储器 ①系统程序存储器：用以存放系统管理程序、监 控程序及系统内部数据PLC出厂前已将其固 化在只读存储器ROM或PROM中，用户不能 更改 ②用户存储器：包括用户程序存储区及工作数据 存储区这类存储器一般由低功耗的CMOS- RAM构成，其中的存储内容可读出并更改 注意：注意： PLC产品手册中给出的“存储器类型 ”和“程序容量”是针对用户程序存储器而 言的 *12 2PLC各部分的作用 3.输入输出接口电路 输入接口电路：采用光电耦合电路，将限位开关、 手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成 CPU所能接受和处理的数字信号 PLC的输入接口电路（直流输入型） *13 2PLC各部分的作用 输出接口电路：采用光电耦合电路，将CPU处理过的信 号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、 电磁阀等外部设备的通断电。

有三种类型： 继电器输出型 ①继电器输出型：为有触点输出方式，用于接通或 断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路 *14 （b） 晶闸管输出型 （c） 晶体管输出型 （NPN集电极开路） （d） 晶体管输出型 （PNP集电极开路） ③晶体管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断 开开关频率较高的直流电源负载 ②晶闸管输出型：为无触点输出方 式，用于接通或断开开关频率较 高的交流电源负载 *15 4.电源 PLC的电源是指将外部输入的交流电处理后 转换成满足PLC的CPU、存储器、输人输出 接口等内部电路工作需要的直流电源电路 或电源模块许多PLC的直流电源采用直 流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电 压供内部电路使用，而且还可为输入设 备提供标准电源 *16 5.手持编程器 手持编程器采用助记符语言编程，具有编 辑、检索、修改程序、进行系统设置、内存监 控等功能可一机多用，具有使用方便、价格 低廉的特点 缺点：不够直观 可通过PLC的RS232外设通讯口(或RS422 口配以适配器)与计算机联机，利用专用工具软 件（NPST－GR、FPSOFT、FPWIN－GR） 对PLC进行编程和监控。

利用计算机进行编程 和监控比手持编程工具更加直观和方便 *17 6.输入输出I／0扩展接口 若主机单元的I／O点数不能满足需 要时，可通过此接口用扁平电缆线将I／O 扩展单元与主机相连，以增加I／O点数 PLC的最大扩展能力主要受CPU寻址能力和 主机驱动能力的限制 *18 第三节 可编程控制器的原理及 技术性能 1PLC的基本工作原理 微机：等待命令的工作方式 PLC：循环扫描的工作方式 CPU从第一条指令开始按指令步序号作周期性的循环 扫描，如果无跳转指令,则从第一条指令开始逐条 顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第 一条指令，周而复始不断循环，每一个循环称为 一个扫描周期 *19 一个扫描周期主要分为三个阶段： 1. 输入刷新阶段 2. 程序执行阶段 3. 输出刷新阶段 输入刷新 程序执行输出刷新 一个扫描周期 输入刷新 PLC的扫描工作过程 用 户 输 出 设 备 输 入 端 子 输 入 锁 存 器 输 入 映 象 寄 存 器 输 出 映 象 寄 存 器 输 出 锁 存 器 输 出 端 子 程 序 执 行 用 户 输 入 设 备 写 读 读 *20 1PLC的基本工作原理 由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的， 所以亦将这两个阶段统称为I／O刷新阶段。

实际上，除 了执行程序和I／O刷新外，PLC还要进行各种错误检测(自诊 断功能)并与编程工具通讯，这些操作统称为“监视服务” 扫描周期的长短主要取决于程序的长短 由于每一个扫描周期只进行一次I／0刷新，故使系统存 在输入、输出滞后现象这对于一般的开关量控制系统 不但不会造成影响，反而可以增强系统的抗干扰能力 但对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统， 就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因 扫描周期造成的响应滞后 *21 2PLC的主要技术指标 1.输入／输出点数（I/O点数） 2.内存容量 注意： “内存容量”实际是指用户程序容量，不 包括系统程序存储器的容量 3.扫描速度 (单位：ms／k或μs/步 ) 4.指令条数 5.内部继电器和寄存器数目 6.编程语言及编程手段 7.高级模块 主控模块可实现基本控制功能，高级模块可实现 一些特殊的专门功能如A／D和D／A转换模块等 *22 3PLC的内存分配及I／O点数 1.I／0继电器区： I／0区的寄存器可直接与PLC外部的 输入、输出端子传递信息，具有“继电器”的功能， 有自己的“线圈”和“触点”。

故常称为“I／0继电 器区” 2.内部通用继电器区：只能在PLC内部使用，其作用与 中间继电器相似，在程序控制中可存放中间变量 3.数据寄存器区 ：只能按字使用，不能按位使用一 般只用来存放各种数据 4.特殊继电器、寄存器区 ：被系统内部占用，专门用 于某些特殊目的，一般不能由用户任意占用 5.系统寄存器区：用来存放各种重要信息和参数通过 用户程序，不能读取和修改系统寄存器的内容 *23 第四节 PLC的分类及功能 1PLC的分类 1. 按结构形式分类 ①整体式 ②模块式 2. 按功能分类 ①低档机 ②中档机 ③高档机 分 类类I／0点数程序容量 超小型机64点以内256～1000字节节 小型机64～2561～3.6K字节节 中型机256～20483.6～13K字节节 大型机2048以上13K字节节以上 3. 按I／O点数和程序容量 分类 *24 2PLC的主要功能 1. 条件控制功能 2.定时／计数控制功能 3. 数据处理功能 4. 步进控制功能 5.A／D与D／A转换功能 6. 运动控制功能 7. 过程控制功能 8.扩展功能 9. 远程I／0功能 10.通信联网功能 11.监控功能 *25 第五节 PLC的特点、应用场合和发展趋势 1PLC的主要特点 1. 可靠性高、抗干扰能力强。

主要有以下几个方面： ① 隔离(采用光电耦合器 ) ② 滤波 ③ 对PLC的内部电源采取了屏蔽、稳压、保护等措施 ④ 设置了连锁、环境检测与诊断、Watchdog等电路 ⑤ 利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环 境和故障检测 ⑥ 对用户程序及动态工作数据进行电池备份 ⑦ 采用密封、防尘、抗振的外壳封装结构 ⑧ 以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械 触点采用循环扫描的工作方式，也提高了抗干 扰能力 *26 2.可实现三电一体化 将电控(逻辑控制)、电仪(过程控制)和电结( 运动控制)集于一体，可以方便、灵活地组合 成各种不同规模和要求的控制系统 3.编程简单、使用方便、柔性好 4.体积小、重量轻、功耗低 *27 2PLC的应用场合 1.逻辑控制 ：可取代传统继电器系统和顺序控制器 如各种机床、自动电梯、装配生产线、电镀流水 线、运输和检测等的控制 2.运动控制 ：可用于精密金属切削机床、机械手、 机器人等设备的控制 3.过程控制 ：通过配用A／D、D／A转换模块及智 能PID模块实现对生产过程中的温度、压力、流量 、速度等连续变化的模拟量进行闭环调节控制。

4.数据处理 5.多级控制 ：利用PLC的网络通信功能模块及远程I ／O控制模块实现多台PLC之间、PLC与上位计算 机的链接，以完成较大规模的复杂控制 *28 3可编程控制器的发展趋势 1.在系统。