可编程控制器讲课课件1.ppt

可可 编编 程程 控控 制制 器器 原原 理理 及及 应应 用用 Programmable Logic Controller(PLC) Programmable Controller(PC) 可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上，逐步可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上，逐步发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型术融为一体的新型工业自动控制装置工业自动控制装置§1 概概 述述一、发展概况一、发展概况PLC 可编程控制器可编程控制器■■ 世界上第一台世界上第一台世界上第一台世界上第一台PLCPLC 1969年由美国数字设备公司（年由美国数字设备公司（DEC））根据美国通用汽根据美国通用汽车公司（车公司（GM））的要求研制成功的要求研制成功 ◆◆背景背景： 1968年美国通用汽车公司（年美国通用汽车公司（GM），），为了适应汽车型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、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。

本，缩短周期  ◆◆设计思想设计思想：：吸取继电器和计算机两者的优点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，但应性差，但简单易懂、价格便宜；简单易懂、价格便宜； ☆☆ 计算机计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但，但编程困难；编程困难； ☆☆ 采用面向控制过程、面向问题的采用面向控制过程、面向问题的“自然语言自然语言”进行进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用梯编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用梯形图）形图）二、二、PLC的品牌产品的品牌产品三三 菱：菱： FX1S、、FX1N、、FX2N、、Q、、A系列系列日日 立：立： E、、EC、、EM、、EMII、、H、、EH-150、、MICRO-EH系系列列东东 芝：芝： EX20 EX40系列系列富富 士：士： NB、、NJ、、NS、、SPB系列系列松松 下：下： FP0、、FP1、、FP2、、FP2SH、、FP3、、FPM、、FPC、、FP5、、 FP10、、FP10S、、 FP10SH系列系列欧姆龙：欧姆龙： CPM1A、、CPM2A、、C200H、、CQM1、、CQM1A、、 CJ系列系列SIEMENS：： SIMATIC S7-200 S7-300 S7-400系列系列施施 耐耐 德：德： Twido系列系列通通 用：用： GE-I系列系列德洲仪器：德洲仪器：TI100系列系列LG：： K10、、K30、、K60、、K80、、K100、、K120、、K120S（（E）、）、 K200、、K300、、K1000系列系列 二、二、PLC的品牌产品的品牌产品FX-PLCFX0SFX0NFX1S / FX1NFX2NAnSQnA / AnAQnSS7-200S7-300S7-400LOGOCSPC200HCS三、主要功能三、主要功能 1.逻辑控制逻辑控制 可编程序控制器具有逻辑运算功能，它设置有可编程序控制器具有逻辑运算功能，它设置有“与与”、、“或或“、、“非非”等逻辑运算指令，能够描述继电器触点的串联、并联、等逻辑运算指令，能够描述继电器触点的串联、并联、串并联、并串联等各种连接。

因此它可以代替继电器进行组合逻辑串并联、并串联等各种连接因此它可以代替继电器进行组合逻辑和顺序逻辑控制和顺序逻辑控制 2. 定时控制定时控制 可编程序控制器具有定时控制功能它为用户提供若干个定时可编程序控制器具有定时控制功能它为用户提供若干个定时器并设置了定时指令定时时间可由用户在编程时设定，并能在运器并设置了定时指令定时时间可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，定时时间的最小单位也可在一定的范围内进行行中被读出与修改，定时时间的最小单位也可在一定的范围内进行选择，因此，使用灵活，操作方便选择，因此，使用灵活，操作方便 3.计数控制计数控制 可编程序控制器具有计数控制功能它为用户提供若干个计数可编程序控制器具有计数控制功能它为用户提供若干个计数器并设置了记数指令计数值可由用户在编程时设定，并能在运行器并设置了记数指令计数值可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，有些可编程序控制器还设置了加计数、减计数两中被读出与修改，有些可编程序控制器还设置了加计数、减计数两种不同的记数方式种不同的记数方式 4. A/D、、D/A转换转换 大多数可编程序控制器还具有摸大多数可编程序控制器还具有摸/数（数（A/D）和数）和数/摸（摸（D/A））转换功能，能完成对模拟量的检测与控制。

转换功能，能完成对模拟量的检测与控制三、主要功能三、主要功能 5.定位控制定位控制 有些可编程序控制器具有步进电动机和伺服电动机控制功能，有些可编程序控制器具有步进电动机和伺服电动机控制功能，能组成开环系统或闭环系统，实现位置控制能组成开环系统或闭环系统，实现位置控制 6.通信与联网通信与联网 有些可编程序控制器具有联网和通信功能，可以进行远程有些可编程序控制器具有联网和通信功能，可以进行远程I/O控制，多台可编程序控制器之间还可以进行同位链接，还可以与计控制，多台可编程序控制器之间还可以进行同位链接，还可以与计算机进行上位链接由一台计算机和多台可编程序控制器可以组成算机进行上位链接由一台计算机和多台可编程序控制器可以组成“集中管理、分散控制集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以完成较大规模的复的分布式控制网络，以完成较大规模的复杂控制三、主要功能三、主要功能 7.数据处理功能数据处理功能 大多数可编程序控制器都具有数据处理功能，能进行数据并行大多数可编程序控制器都具有数据处理功能，能进行数据并行传送、比较运算；传送、比较运算；BCD码的加、减、乘、除等运算；还能进行字的码的加、减、乘、除等运算；还能进行字的按位按位“与与”、、“或或”、、“异或异或”、求反、逻辑移位、算术移位、数、求反、逻辑移位、算术移位、数据检索、比较、数制转换等操作。

据检索、比较、数制转换等操作 随着科学技术的不断发展，可编程序控制器的功能还在不断拓随着科学技术的不断发展，可编程序控制器的功能还在不断拓宽和增强宽和增强三、主要功能三、主要功能四、主要特点四、主要特点 1. 可靠性高、抗干扰能力强、适用于恶劣工作环境可靠性高、抗干扰能力强、适用于恶劣工作环境 2. 编程简单易学编程简单易学 3. 应用灵活方便应用灵活方便 4. 通用性强通用性强 5. 具有完善的监视和诊断功能具有完善的监视和诊断功能 6. 体积小、重量轻、功耗小、安装维护方便、性价比高体积小、重量轻、功耗小、安装维护方便、性价比高 1）各种机械行业，可实现设备、自动线的自动化控制；）各种机械行业，可实现设备、自动线的自动化控制； 2）顺序控制、过程控制、位置控制、生产过程的监控和管理、）顺序控制、过程控制、位置控制、生产过程的监控和管理、结合网络技术；结合网络技术； 3）数字量、模拟量的数据采集；）数字量、模拟量的数据采集；五、应用范围五、应用范围六、六、 P LC控制系统与电器控制系统的比较控制系统与电器控制系统的比较①控制方法上： 硬硬 ：： 软软②工作方式上： 并行工作方式并行工作方式 ：： 串行工作方式串行工作方式③控制速度上： 速度速度 慢慢 ：： 快快 ④定时和计数控制上： 精度精度 低低 ：： 高高 ⑤可靠性和可维护性上： 可靠性可靠性 低低 ：： 高高学学习要求要求：：1)了解可了解可编程控制器的基本程控制器的基本结构与基本工作原理构与基本工作原理2)搞清楚搞清楚PLC内部等效内部等效继电器器电路的等效思路路的等效思路3)熟悉熟悉PLC的指令系的指令系统统4)掌握掌握PLC的的编程方法和开程方法和开发步步骤 一、一、 PLC的基本结构的基本结构三菱三菱PC基本单元外形基本单元外形CPU存储器存储器通用串口通用串口扩展接口扩展接口电电 源源外部设备外部设备（编程器等）（编程器等）扩展单元、特扩展单元、特殊功能单元等殊功能单元等输输入入状状态态寄寄存存器器输输出出状状态态寄寄存存器器输输入入接接口口输输出出接接口口现现场场输输入入信信号号现现场场输输出出信信号号PLC基本结构框图基本结构框图§2 可编程控制器的硬件结构与工作原理可编程控制器的硬件结构与工作原理 2. 存储器存储器系统程序存储区：存放系统软件，固化在系统程序存储区：存放系统软件，固化在ROM或或EPROM等只等只读存储器中。

读存储器中用户程序存储区：存放用户程序用户程序存储区：存放用户程序变量（数据）存储区：存放内变量（数据）存储区：存放内部变量或数据部变量或数据通常采用低功耗的通常采用低功耗的CMOS-RAM存储器加存储器加备用电池，可读写备用电池，可读写 1. 中央处理单元中央处理单元CPU 计算和控制中心它的性能（位数和主频）决定了计算和控制中心它的性能（位数和主频）决定了PLC的运的运算速度和信息处理量的大小算速度和信息处理量的大小PLC中的存储器及作用及作用PLC的编程语言（的编程语言（IEC61131-3中的5种PLC基本语言）● ●顺序功能图（SFC）：不仅仅是一种语言，更是一种组：不仅仅是一种语言，更是一种组 织控制程序的图形化方式织控制程序的图形化方式 ● ●梯 形 图（ L D ）：以图形方式表达触点和线圈以及：以图形方式表达触点和线圈以及 特殊指令块的梯级特殊指令块的梯级。

● ●指 令 表（ I L ）：类似汇编程序的基于文本的语言：类似汇编程序的基于文本的语言 与其相对应的是与其相对应的是LD● ●结 构 文 本（ S T ）：：类似类似Pascal的基于文本的语言的基于文本的语言 ● ●功 能 块 图（FBD）：一种对应于线路图的图形语言一种对应于线路图的图形语言 FBD广泛地用于过程工业广泛地用于过程工业  3.输入输入/输出接口：输出接口： 是是CPU连接工业现场设备的桥梁连接工业现场设备的桥梁CPU：：标准电平标准电平弱电弱电数字量数字量外部设备：外部设备：开关量、模拟量开关量、模拟量不同电压等级的交流、直流量不同电压等级的交流、直流量高速、低速信号高速、低速信号远程、本地信号远程、本地信号输入输入/输出接口输出接口PC厂家为用户提供各种类型的厂家为用户提供各种类型的I/O接口电路接口电路直流开关量输入接口电路光耦的作用光耦的作用:电气隔离，抗干扰电气隔离，抗干扰电平转换电平转换1)开关量输入接口：将工业现场的开关量信号转变成开关量输入接口：将工业现场的开关量信号转变成CPU能接受能接受的标准逻辑电平。

的标准逻辑电平图)直流开关量输入接口直流开关量输入接口交流开关量输入接口交流开关量输入接口内部直流电源内部直流电源发光二极管发光二极管光电耦合器光电耦合器输出输出方式方式2)开关量输出接口：通过该接口实现对外部设备的驱动控制开关量输出接口：通过该接口实现对外部设备的驱动控制继电器输出继电器输出晶体管输出晶体管输出晶闸管输出晶闸管输出继电器输出：输出接口由继电器构成继电器输出：输出接口由继电器构成晶体管输出：输出接口由晶体管构成晶体管输出：输出接口由晶体管构成晶闸管输出：输出接口由晶闸管构成晶闸管输出：输出接口由晶闸管构成适于大功率、低速、交、直流负载适于大功率、低速、交、直流负载适合于小功率、高速、直流负载适合于小功率、高速、直流负载适合于大功率、高速、交流负载适合于大功率、高速、交流负载(图)继电器输出型接口电路继电器输出型接口电路负载电源由外部提供负载电源由外部提供继电器输出接口电路继电器输出接口电路Y0COM1晶体管输出接口电路晶体管输出接口电路+5V+24V+24V或或+5V 6. 编程器：编程器：是是PLC的主要外设用于用户程序的编制、编辑、的主要外设用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视。

调试、检查和监视 便携式：本身不带便携式：本身不带CPU，，只能联机编程体积小、重量轻、只能联机编程体积小、重量轻、便于生产现场调试便于生产现场调试 CRT智能式：带有显示屏的图形编程器，有智能式：带有显示屏的图形编程器，有CPU，，可联机可联机编程也可脱机编程，可用多种语言编程编程也可脱机编程，可用多种语言编程 4. 扩展接口：扩展接口：是用于扩展是用于扩展I/O单元或特殊功能单元单元或特殊功能单元 通用微机作为编程器：个人电脑，配上厂家提供的编程通用微机作为编程器：个人电脑，配上厂家提供的编程软件和通讯线有效利用资源软件和通讯线有效利用资源 5. 电源：电源：是是PLC的供电电源一般为市电（也有的供电电源一般为市电（也有24V供电的）供电的）PLC内部设计有电路进行稳压和变换以适应内部电路的需要内部设计有电路进行稳压和变换以适应内部电路的需要PLC编程器及作用及作用二、二、 PLC的基本工作原理的基本工作原理PLC的工作方式：的工作方式：循环扫描工作方式循环扫描工作方式★★ 例如：用户程序的执行（用户程序的扫描工作过程）扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行执行程序，直到程序结束。

然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行PLC的扫描工作过程的扫描工作过程 检查检查CPUCPU等内部硬件，对监视定等内部硬件，对监视定时器（时器（WDTWDT））复位以及其它工作复位以及其它工作 与其它智能装置（如编程器、与其它智能装置（如编程器、计算机等）实现通信计算机等）实现通信 按顺序对所有输入端的状态进按顺序对所有输入端的状态进行采样，并存入相应寄存器行采样，并存入相应寄存器对用户程序扫描执行对用户程序扫描执行 ，并将，并将结果存入相应的寄存器结果存入相应的寄存器将寄存器中与输出有关状态，转到将寄存器中与输出有关状态，转到输出锁存器，输出驱动外部负载输出锁存器，输出驱动外部负载 PLC的扫描工作过程的扫描工作过程 ★★ 整整整整个个个个过过过过程程程程包包包包括括括括内内内内部部部部处处处处理理理理、、、、通通通通信信信信服服服服务务务务、、、、输输输输入入入入处处处处理理理理、、、、程程程程序序序序执执执执行行行行、、、、输输输输出出出出处理五个阶段处理五个阶段处理五个阶段处理五个阶段★★ 整整整整个个个个过过过过程程程程扫扫扫扫描描描描执执执执行行行行一一一一遍遍遍遍所所所所需需需需的的的的时时时时间称为间称为间称为间称为扫描周期扫描周期★★★★ 扫扫扫扫描描描描周周周周期期期期与与与与CPUCPU运运运运行行行行速速速速度度度度、、、、PLCPLC硬件配置及用户程序长短硬件配置及用户程序长短硬件配置及用户程序长短硬件配置及用户程序长短有关。

有关★★★★ 典型值为典型值为典型值为典型值为1 1～～～～100ms100ms PLC执行程序的过程执行程序的过程PLCPLC扫描工作方式的特点扫描工作方式的特点★★ 集中采样：集中采样： 在在一一个个扫扫描描周周期期中中，，对对输输入入状状态态的的采采样样只只在在输输入入处处理理阶阶段段进进行行当当PLC进进入入程程序序处处理理阶阶段段后后输输入入端端将将被被封封锁锁，，直直到到下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样★★集中输出：集中输出： 在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从效在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新在其它阶段输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中里输出状态一直保存在输出映象寄存器中★★ 提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性，提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性，降低了系降低了系降低了系降低了系统的响应速度统的响应速度统的响应速度统的响应速度 PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性 产品检测传送带如图示，用产品检测传送带如图示，用PLC来检测产品数量。

为确保不漏来检测产品数量为确保不漏检，对检，对PLC扫描周期有何要求？扫描周期有何要求？ 产品通过检测点的时间间隔为：产品通过检测点的时间间隔为：T=0.025m/(50m/60s)=30ms, 所以，所以，PLC的扫描周期必须小于的扫描周期必须小于30msPLC的分类的分类按按I/O点数分点数分小型小型PLC：：入出总点数入出总点数 256中型中型PLC：：入出总点数入出总点数256~2048大型大型PLC：：入出总点数入出总点数>2048按结构类型分按结构类型分整体式整体式模块式（积木式）模块式（积木式）按功能分按功能分低档机低档机中档机中档机高档机高档机 三、三、 PLC分类、主要技术指标分类、主要技术指标PLC的主要技术指标的主要技术指标入入/出点数出点数扫描速度扫描速度内存容量内存容量指令条数指令条数内部元件内部元件功能模块功能模块编程语言编程语言§3 可可编程控制器的程控制器的软件和用户环境软件和用户环境一、一、 PLC的软件结构的软件结构软件结构软件结构监控程序监控程序用户程序用户程序 1. 监控程序监控程序 监控程序是可编程控制器产品必须包括的部分，由生产厂家监控程序是可编程控制器产品必须包括的部分，由生产厂家提供。

其功能如下：提供其功能如下： 1）系统管理）系统管理 运行管理：何时输入、何时输出、何时运算、何时自检、何时运行管理：何时输入、何时输出、何时运算、何时自检、何时通讯等进行时间上的分配管理通讯等进行时间上的分配管理 程序空间的管理：生成用户环境程序空间的管理：生成用户环境 系统自检程序：系统出错检验、用户程序语法检验、句法检验系统自检程序：系统出错检验、用户程序语法检验、句法检验等 2）用户指令解释程序）用户指令解释程序 编辑程序和解释程序编辑程序和解释程序 3）标准程序和系统调用）标准程序和系统调用 2. 用户程序用户程序 用户用户在在PLC提供的编程环境下编制的完成控制功能的程序提供的编程环境下编制的完成控制功能的程序 1. 用户数据结构用户数据结构 1）位数据）位数据 这是一类逻辑量，其值只有这是一类逻辑量，其值只有“0”或或“1” 2）字数据）字数据 其数制、字长有很多形式单字或双字、十进制（其数制、字长有很多形式单字或双字、十进制（K）或十六）或十六进制进制(H)等。

等 3）位和字的混合位和字的混合二、二、 用户环境用户环境 2、、 PLC的内部等效电路的内部等效电路输入设备输入设备输出设备输出设备1)输入部分：等效输入继电器输入部分：等效输入继电器2)逻辑控制部分：由用户程序实现的逻辑关系构成逻辑电路逻辑控制部分：由用户程序实现的逻辑关系构成逻辑电路的元件是等效编程元件的元件是等效编程元件3)输出部分：等效输出继电器输出部分：等效输出继电器 三菱三菱F系列系列PLC的基本情况的基本情况 日本三菱的早期产品，小型机，整体式结构，包括：基本单元，日本三菱的早期产品，小型机，整体式结构，包括：基本单元，扩展单元、特殊单元三种扩展单元、特殊单元三种 3. PLC的元件的元件 用户可以使用的输入输出接口、内部存储单元用户可以使用的输入输出接口、内部存储单元——统称元件统称元件。