PLC编程与应用--全套课程课件.ppt

可编程序控制器及应用 目录 第一章概述第二章PLC硬件结构和工作原理第三章PLC的程序设计基础第四章数字量控制系统梯形图设计方法第五章顺序控制梯形图的设计方法第六章PLC的功能指令第七章PLC的通信与自动化通信网络第八章PLC应用中的一些问题 第1章概述 定义分类特点应用领域国内外状况发展趋势 第1章概述 1 1可编程序控制器的定义可编程序控制器 ProgrammableController 简称为PC可编程序逻辑控制器 ProgrammableLogicCntroller 简称为PLC一 可编程序控制器的历史20世纪70年代前继电器接触器控制系统优点 结构简单 价格低廉 缺点 灵活性差 可靠性低 1968年 美国最大的汽车制造厂家 通用汽车公司 GM 为了适应汽车型号不断更新的需要 提出了十条技术指标在社会上公开招标 制造一种新型的工业控制装置 提出了研制可编程序控制器的基本设想 即 1 能用于工业现场 2 能改变其控制 逻辑 而不需要变动组成它的元件和修改内部接线 3 出现故障时易于诊断和维修 1969年 美国数字设备公司 DEC 研制出了世界上第一台PLC 并在GM公司汽车生产线上首次应用成功 逻辑 计时 计数 1980年美国电气制造商协会 NEMA 正式将其命名为可编程序控制器 ProgrammableController 简称PC 国际电工委员会 IEC 于1982 11月 1985 1和987 2发布了可编程序控制器标准草案的第1 2 3稿 在第3稿中对可编程序控制器作了如下的定义 可编程序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 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 都应按易于使工业控制系统形成一个整体 易于扩充其功能的原则设计 定义强调了PLC是 1数字运算操作的电子系统 也是一种计算机2专为在工业环境下应用而设计3面向用户指令 编程方便4逻辑运算 顺序控制 定时计算和算术操作5数字量或模拟量输入输出控制6易与控制系统联成一体7易于扩充 1 2PLC的分类 1 按I O点数分类I O点数小于32为微型PLC I O点数在32 128为微小型PLC I O点数在128 256为小型PLC I O点九在256 1024为中型PLC I O点数大于1024为大型PLC I O点数在4000以上为超大型PLC 以上划分不包括模拟量I 0点数 且划分界限不是固定不变的 2 按结构形式分类整体式PLC 又称单元式或箱体式 整体式PLC是将电源 CPU I 0部件都集中装在一个机箱内 一般小型PLC采用这种结构 模块式PLC 将PLC各部分分成若干个单独的模块 如CPU模块 I 0模块 电源模块和各种功能模块 模块式PLC由框架和各种模块组成 模块插在插座上 一般大 中型PLC采用模块式结构 有的小型PLC也采用这种结构 有的PLC将整体式和模块式结合起来 称为叠装式PLC 电源模块 CPU模块 底板 IO模块 模块式 1 3PLC的特点优点 1编程方法简单易学2可靠性高 抗干扰能力强3通用性强4系统的设计 安装 调试工作量少5维修工作量小 维修方便6体积小 能耗低 缺点 1 主要是PLC的软 硬件体系结构是封闭而不是开放的 如专用总线 专家通信网络及协议 I O模板不通用 甚至连机柜 电源模板亦各不相同 2 编程语言虽多数是梯形图 但组态 寻址 语言结构均不一致 因此各公司的PLC互不兼容 SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础 在Windows平台下 结合IEC1131 3国际标准的新一代开放体系结构的PLC 1 4PLC的应用领域PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用 在国内外已广泛应用于机械 冶金 石油 化工 轻工 纺织 电力 电子 食品 交通等行业 经验表明 80 以上的工业控制可以使用PLC来完成 主要有以下几个方面 1 数字量逻辑控制2 运动控制3 闭环过程控制4 数据处理5 通信联网 1 4PLC的国内外现状 1969年美国研制出世界上第一台PLC以后 日本 德国 法国等国相继研制了各自的PLC 70年代中期 PLC进入了实用化阶段 70年代末和80年代初 PLC进入了成熟阶段 美国PLC发展得最快 1984年有48家 生产150多种PLC 1987年有63家 生产243种PLC 1996年有70余家 生产近300种PLC 著名厂家有A B Allen Bradley 艾伦一布拉德利公司 MODICON莫迪康公司 GE FSNUC公司 TI TexasInstrument 德州仪器公司 WESTHOUSEElectric西屋电气公司 IPM InternationalParallelMachines 国际并行机器公司等 欧洲PLC的厂家有60余家 西门子 Siemens 于1973年研制出第一台PLC 法国的TE Telemecanique 施耐德 瑞士的Selectron公司等 1971年 日本从美国引进PLC技术 由日立公司研制成功日本第一台PLC 日本生产PLC的厂家有40余家 三菱电机 MITSUBISHI 欧姆龙 OMRON 富士电机 FujiElectric 东芝 TOSHIBA 光洋 KOYO 松下电工 MEW 和泉 IDEC 夏普 SHARP 安川等公司 我国在70年代末和80年代初开始引进PLC 我国早期独立研制PLC的单位有 北京机械工业自动化研究所 上海工业自动化仪表研究所 大连组合机床研究所 成都机床电器研究所 中科院北京计算机所及自动化所 长春一汽 上海起重电器厂 上海香岛机电公司 上海自力电子设备厂等单位 以上诸单位都没有形成规模化生产 辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC 无锡电器和日本光洋合资生产的PLC 中美合资的厦门A B公司生产的PLC 上海香岛机电公司引进技术生产的PLC 上海OMRON公司 西安Siemens公司等 1 5PLC的发展趋势 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I 0 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 openModularArchitectureforControl PLC著名品牌1993年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家 美国A B公司 Allen Bradley 德国西门子公司 Siemens 美国GE Fanuc公司美国的莫迪康 Modicon 和法国的TE电器公司日本欧姆公司 OMRON 日本三菱电机株式会社 MITSUBISHI 日本富士电机株式会社 FujiElectric 日本东芝公司 TOSHIBA 日本的光洋电子 KOYO 和中国的华光电子 CKE 日本松下电工株式会社 MEW MatsushitaElectricWorksLtd 根据美国AutomationResearchCo ARC 的商情调查 在1994年PLC市场上 最大的5家PLC制造商是 SIEMENS Allen Bradly Rockwell AEGSchneider 三菱电机 OMRON 立石电机 1996年中国PLC市场 第二章PLC基本组成和工作原理 PLC的基本组成 PLC的工作原理 2 1PLC的基本组成 1 中央处理单元 CPU 1 从程序存储器读取程序指令 编译 执行指令 2 将各种输入信号取入 3 把运算结果送到输出端 4 响应各种外部设备的请求 1 通用处理器 8086 80286 80386 2 单片机芯片 8031 8096 3 位片式微处理器 AMD 2900小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU大型PLC多采用高速位片式微处理器 2 存储器 作用 存放系统程序 用户程序和数据 系统程序 决定PLC的基本智能 由厂家设计 并存入ROM EEPROM 用户不能修改 用户程序 根据要求 用PLC的编程语言 编制的程序 用户用编程器写入RAM或EEPROM 类型 1 随机存取存储器 RAM 用户可以用编程装置读出RAM中的内容 也可以将用户程序写入RAM 它是易失性的存储器 它的电源中断后 储存的信息将会丢失 2 只读存储器 ROM ROM的内容只能读出 不能写入 它是非易失的 它的电源消失后 仍能保存储存的内容 ROM一般用来存放可编程序控制器的系统程序 3 可电擦除可编程的只读存储器 EEPROM 它是非易失性的 但是可以用编程装置对它编程 兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点 但是将信息写入它所需的时间比RAM长得多 EEPROM用来存放用户程序和需长期保存的重要数据 3 输入 输出接口采用光电隔离 实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离 减小了电磁干扰 输入接口作用 将按钮 行程开关或传感器等产生的信号 转换成数字信号送入主机输出接口作用 将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号 以便控制接触器线圈等电器通断电 另外输出电路也使计算机与外部强电隔离 输出三种形式 继电器 低速大功率可控硅 高速大功率晶体管 高速小功率 1 输入接口电路 采用光电耦合器 防止强电干扰 COM 光电三极管 发光二极管 直流电源 输入端子 PLC 发光二极管 继电器输出 2 输出接口电路 以继电器形式为例 PLC 交流电源或直流电源 4 电源单元 把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源 有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源 可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用 可编程序控制器使用220V交流电源或24V直流电源 内部的开关电源为各模块提供DC5V 12V 24V等直流电源 可编程序控制器的电源一般采用开关式电源 其特点是输入电压范围宽 体积小 重量轻 效率高 抗干扰性能好 各种接口 高功能模块 便于扩展小型机 一体机 有接口可扩展 PowerinaSmallPackage 电源模块 CPU模块 IO模块 底板 中 大型机 模块式 可根据需要在主板上随意组合 编程设备可以是专用的手持式的编程器 也可以是安装了专门的编程通讯软件的个人计算机 5 编程设备 用户可以通过键盘输入和调试程序 另外在运行时 还可以对整个控制过程进行监控 1 手持式编程器 不能直接输人和编辑梯形图 只能输入和编辑指令表程序 因此又叫做指令编程器 2 编程软件编程 在屏幕上直接生成和编辑梯形图 指令表 功能块图和顺序功能图程序 并可以实现不同编程语言的相互转换 PLC的物理结构 PLC的外部接线 2 2可编程序控制器的工作原理 2 2 1可编程序控制器的工作模式工作模式 STOP 创建和编辑用户程序 设置PLC的硬件功能 并可下栽到PLC RUN 执行用户程序实现控制功能 改变工作模式 1 用模式开关2 用编程软件3 在程序中插入stop PLC在RUN状态时 执行一次的扫描操作所需的时间称为扫描周期 其典型值为1 100ms 2 2 2PLC的工作原理 建立I O映像区 输入点总有输入映象区的某一位与之相对应 I O映象区的大小与系统控制的规模有关 PLC工作时 将采集到的输入信号状态存放在输入映象区对应的位上 将运算的结果存放到输出映象区对应的位上 PLC在执行用户程序时所需 输入继电器 输出继电器 的数据取用于I O映象区 而不直接与外部设备发生关系 PLC工作过程 定期检查用户程序存储器 I O单元的连接 I O总线是否正常 定期复位监控定时器WDT PLC之间以及PLC与PC之间 PLC与其他带微处理器的智能装置通信 编程器 终端设备 彩色图形显示器 打印机 以扫描的方式按顺序逐句扫描处理 运算结果存入输出映象区对应位中 扫描的方式输入信号的状态存入输入映象区 结果存入输出映象区 直。