PLC基本原理培訓(xùn)

1、.,PLC技術(shù)培訓(xùn),主講人：藺瑞斌 z,手機(jī)傳真職稱：高級(jí)工程師,電話.,講課內(nèi)容介紹,第一部分：PLC知識(shí)及工作原理,第三部分：具體介紹幾種PLC 西門子：S7-300/400 施耐德：Quantum系列,第二部分：PLC故障查找方法,.,基本內(nèi)容： PLC簡(jiǎn)介、基本功能、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍、工作方式。,難點(diǎn)： 工作方式、掃描時(shí)間。,重點(diǎn)： 定義、基本功能、工作方式。,第一部分：PLC知識(shí)及工作原理,.,第一節(jié) PLC基礎(chǔ)知識(shí),一、 PLC的產(chǎn)生與歷史 二、 可編程控制器的定義 三、 PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 四、P

2、LC的特點(diǎn) 五 、PLC的基本功能 六、 PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較,.,一、 PLC的產(chǎn)生與歷史,世界上第一臺(tái)PLC 1969年由美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國(guó)通用汽車公司（GE）的要求研制成功。 背景： 1968年美國(guó)通用汽車公司（GE），為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。,.,設(shè)計(jì)思想： 吸取繼電器和計(jì)算機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn) 繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復(fù)雜、不易更改、查找和排除故障困難，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差，但簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜；

3、計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活（可編程）、通用性好，但編程困難； 采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用。（梯形圖）,.,案例： 達(dá)拉特發(fā)電廠#1#4機(jī)，以前鍋爐控制系統(tǒng)是采用繼電器控制的，控制柜多，體積大，接線復(fù)雜，不易更改，尤其是排除故障困難。后來(lái)經(jīng)過(guò)改造，將其整合到DCS控制系統(tǒng)里，體積變小，接線簡(jiǎn)單，易于更改，一般的故障，可以通過(guò)DCS系統(tǒng)的故障自診斷功能找到故障原因。,.,70年代初期： 僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller） 70

4、年代中期： 微處理器技術(shù)應(yīng)用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能 80年代以后：隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，同時(shí)可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測(cè)更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能。,.,近年來(lái)PLC發(fā)展迅速 PLC集三電（電控、電儀、電傳）為一體、性能價(jià)格比高、高可靠性的特點(diǎn)，已成為自動(dòng)化工程的核心設(shè)備。 PLC成為具備計(jì)算機(jī)功能的一種通用工業(yè)控制裝置，其使用量高居首位。 PLC成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化

5、的三大技術(shù)支柱（PLC、機(jī)器人、CAD/CAM）之一。,.,定義： 國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿。在草案中對(duì)可編程控制器定義如下： “可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)”。,二、 可編程控制器的定義,.,三、 PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1969年美國(guó)數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制

6、了第一臺(tái)PLC，從此PLC發(fā)展迅猛。 我國(guó)改革開放后，美國(guó)AB、GE、MODICON、TI，日本OMRON、三菱、富士，德國(guó)西門子等廠家的產(chǎn)品不斷進(jìn)入我國(guó)，并在各行各業(yè)的工控系統(tǒng)中占據(jù)重要地位。,.,PLC三大流派 歐洲：德國(guó)的西門子(SIEMENS)、AEG及法國(guó)的TE公司 美國(guó)：A-B（Allen-Bradly）(其產(chǎn)品約占美國(guó)PLC市場(chǎng)50的份額。 )、GE（General Electric）、莫迪康(MODICON)公司、德州儀器(T1)公司、 歌德(Gould)公司、西屋公司 日本：三菱電機(jī)（Mitsubishi Electric）、 歐姆龍（OMRON）、 FUJI （日本主要發(fā)展

7、中小型PLC，在世界小型PLC市場(chǎng)上， 日本產(chǎn)品約占有70的份額。在中國(guó)，OMRON產(chǎn)品的銷量居首位。） 目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還有韓國(guó)、臺(tái)灣等PLC產(chǎn)品；現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了系列化的國(guó)產(chǎn)PLC，其價(jià)格相對(duì)低廉，性價(jià)比較高。,.,西門子PLC外形圖,2006-3-3,13,S7-200系列PLC,S7-300系列PLC,S7-400系列PLC,.,AB PLC外形圖,2006-3-3,14,MicroLogix系列PLC,SLC-500系列PLC,PLC-5系統(tǒng)PLC,ControlLogix系列PLC,CompactLogix系列PLC,FlexLogix系列PLC,.,施耐德 PLC外形圖,2006-3

8、-3,15,Twido系列PLC,Atrium系列PLC,Premium系統(tǒng)PLC,Quantum系列PLC,M340系列PLC,.,三菱PLC外形圖,2006-3-3,16,Q系列PLC,FX2N系列PLC,FX1N系列PLC,FX1S系列PLC,.,歐姆龍PLC外形圖,C200H系列PLC,CPM1A、CPM2A系列PLC,.,PLC的國(guó)內(nèi)外狀況,1974年我國(guó)開始仿制美國(guó)的第二代PLC產(chǎn)品，但因元器件質(zhì)量和技術(shù)問(wèn)題等原因未能推廣。直到1977年，我國(guó)才研制出第一臺(tái)具有實(shí)用價(jià)值的PLC，并開始批量生產(chǎn)和應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程的控制。 主要廠家有：北京和利時(shí)，科迪納，張前蘇。洛陽(yáng)易達(dá)，無(wú)錫信捷，南京

9、嘉華，蘭州全志，廣州科賽恩，中山智達(dá)，恒日等。,.,.,（1）向高速度、大存儲(chǔ)容量方向發(fā)展 （CPU處理速度nS級(jí)；內(nèi)存2M字節(jié)） （2）向多品種方向發(fā)展和提高可靠性 （超大型和超小型） （3）產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化 （硬件、軟件兼容的PLC） （4）分散型、智能型、與現(xiàn)場(chǎng)總線兼容的I0 （5）加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)和通信的能力 （6）控制的開放和模塊化的體系結(jié)構(gòu)OMAC（open Modular Architecture for Control）,PLC的發(fā)展趨勢(shì),.,不同PLC品牌之間的通訊,在我們國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，主要的PLC品牌有：西門子、AB、施耐德、GE、歐姆龍、三菱等，其中在西門子PLC內(nèi)部，常用P

10、rofibus DP進(jìn)行通訊 ；在AB PLC內(nèi)部，常用ControlNet進(jìn)行通訊；在施耐德Modicon Quantum PLC內(nèi)部，常用Modbus Plus。其實(shí)在每一種PLC內(nèi)部，都有以太網(wǎng)通訊，用于PLC與上位機(jī)進(jìn)行通訊，距離遠(yuǎn)的話，需要經(jīng)過(guò)光纖轉(zhuǎn)換。 但是，如果是不同品牌的PLC，需要用Modbus通訊，做成主從站通訊方式。,.,PLC授權(quán),定義：授權(quán)是組織運(yùn)作的關(guān)鍵，它是以人為對(duì)象，將完成某項(xiàng)工作所必須的權(quán)力授給部屬人員。即主管將處理用人、用錢、做事、交涉、協(xié)調(diào)等決策權(quán)移轉(zhuǎn)給部屬，不只授予權(quán)力，且還托付完成該項(xiàng)工作的必要責(zé)任。 組織中的不同層級(jí)有不同的職權(quán)，權(quán)限則會(huì)在不同的層級(jí)

11、間流動(dòng)，因而產(chǎn)生授權(quán)的問(wèn)題。授權(quán)是管理人的重要任務(wù)之一。有效的授權(quán)是一項(xiàng)重要的管理技巧。 PLC授權(quán)就是PLC廠家借用人們管理的這種思想，去銷售自己的軟件和硬件。其實(shí)PLC要想正常運(yùn)行，必須得到PLC廠家的授權(quán)。,.,PLC授權(quán)分注冊(cè)序列碼和硬件狗,注冊(cè)序列碼：將PLC編程軟件安裝以后，需要注冊(cè)授權(quán)才可以正常使用，注冊(cè)時(shí)輸入我們從PLC供應(yīng)那里獲得的注冊(cè)序列碼。 硬件狗：需要獲得的硬件狗，插到PLC模塊上，PLC才可以正常工作 ，像西門子CP341模塊上硬件狗。,插入Dongle之前,插入Dongle之后,硬件狗（ Dongle）,.,PLC設(shè)備驗(yàn)收時(shí)需要提交的資料,（1）源程序（包括注釋說(shuō)明

12、），以光盤形式提供； （2）源程序控制原理圖； （3）PLC編程軟件的授權(quán)（注冊(cè)序列號(hào)或硬件狗）； （4）提供電氣操作說(shuō)明書。,.,就全世界自動(dòng)化市場(chǎng)的過(guò)去、現(xiàn)在和可以預(yù)見的未來(lái)而言，PLC仍然處于一種核心地位。在最近出現(xiàn)在美國(guó)、歐洲和國(guó)內(nèi)有關(guān)探討PLC發(fā)展的論文中，這個(gè)結(jié)論是眾口一詞的，盡管對(duì)PLC的未來(lái)發(fā)展有著許多不同的意見。 近年來(lái)PLC的市場(chǎng)銷售一直堅(jiān)挺；PC控制有了引人注目的進(jìn)展，但畢竟只能對(duì)高端的PLC產(chǎn)品形成競(jìng)爭(zhēng)；小型、超小型PLC的發(fā)展勢(shì)頭令人刮目相看；PLC和PC控制在今后可能相互融合。,.,通用性強(qiáng)，使用方便 功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 控制程序可變具有很好的

13、柔性 編程方法簡(jiǎn)單，容易掌握 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修工作少.極為方便?？刂瞥绦蜃兓奖?具有很好的柔性。 體積小、重量輕、功耗低,四、PLC的特點(diǎn),.,五、PLC的基本功能,1 邏輯控制功能 2 定時(shí)控制功能 3 計(jì)數(shù)控制功能 4 步進(jìn)控制功能 5 數(shù)據(jù)處理功能 6 回路控制功能 7 通訊聯(lián)網(wǎng)功能 8 監(jiān)控功能 9 停電記憶功能 10 故障診斷功能,.,PLC應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)控制,.,1 邏輯控制功能,邏輯控制功能是PLC最基本功能之一,是PLC最基本的應(yīng)用領(lǐng)域，可取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制。 在單機(jī)控制、多機(jī)群控和自動(dòng)生產(chǎn)線控制方面都有很多成功的應(yīng)用實(shí)例。

14、 例如：機(jī)床電氣控制、起重機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)和包裝機(jī)械的控制、注塑機(jī)控制、電梯控制、飲料灌裝生產(chǎn)線、家用電器(電視機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)等)自動(dòng)裝配線控制、汽車、化工、造紙、軋鋼自動(dòng)生產(chǎn)線控制等。,.,2 定時(shí)控制功能,定時(shí)控制功能是PLC的最基本功能之一。 PLC中有許多可供用戶使用的定時(shí)器，功能類似于繼電器線路中的時(shí)間繼電器。 定時(shí)器的設(shè)定值(定時(shí)時(shí)間)可以在編程時(shí)設(shè)定，也可以在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中根據(jù)需要進(jìn)行修改，使用方便靈活。 同時(shí)PLC還提供了高精度的時(shí)鐘脈沖，用于準(zhǔn)確實(shí)時(shí)控制。,.,3 計(jì)數(shù)控制功能,計(jì)數(shù)控制功能是PLC的最基本功能之一。 PLC為用戶提供許多計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到某一數(shù)值時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)狀

15、態(tài)信號(hào)(計(jì)數(shù)值到)，利用該狀態(tài)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)操作的計(jì)數(shù)控制。 計(jì)數(shù)器的設(shè)定值可以在編程時(shí)設(shè)定，也可以在運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)需要進(jìn)行修改。,.,5 數(shù)據(jù)處理功能,PLC大部分都具有數(shù)據(jù)處理功能，可以實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換譯碼編碼等操作。中、大型PLC數(shù)據(jù)處理功能更加齊全，可完成開方、PID運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算等操作，還可以和CRT、打印機(jī)相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)程序、數(shù)據(jù)的顯示和打印。,.,8 監(jiān)控功能,PLC設(shè)置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能。 利用編程器或監(jiān)視器，操作人員可以對(duì)PLC有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。 利用編程器，可以調(diào)整定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，并可以根據(jù)需要改變PLC內(nèi)部邏輯信號(hào)的

16、狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，為調(diào)整和維護(hù)提供了極大的方便。,.,9 停電記憶功能,PLC內(nèi)部的部分存儲(chǔ)器所使用的RAM設(shè)置了停電保持器件（備用電池等），以保證斷電后這部分存儲(chǔ)器中的信息能夠長(zhǎng)期保存。 利用某些記憶指令，可以對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行記憶，以保持PLC斷電后的數(shù)據(jù)內(nèi)容不變。 PLC電源恢復(fù)后，可以在原工作基礎(chǔ)上繼續(xù)工作。,.,10 故障診斷功能,PLC可以對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成、某些硬件狀態(tài)、指令的合法性等進(jìn)行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報(bào)警并顯示錯(cuò)誤類型，如屬嚴(yán)重錯(cuò)誤則自動(dòng)中止運(yùn)行。 PLC的故障自診斷功能，大大提高了PLC控制系統(tǒng)的安全和可維護(hù)性。,.,六、PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較,PLC與繼電器控

17、制系統(tǒng)比較 繼電器控制采用硬接線方式裝配而成，只能完成既定的功能。 PLC控制只要改變程序并改動(dòng)少量的接線端子，就可適應(yīng)生產(chǎn)工藝的改變。 從適應(yīng)性、可靠性及設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)等各方面進(jìn)行比較。傳統(tǒng)的繼電器控制大多數(shù)將被PLC所取代。,與工業(yè)計(jì)算機(jī)比較 工業(yè)控制機(jī)控制要求開發(fā)人員具有較高的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)和微機(jī)軟件編程的能力。 PLC采用了采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用 ，便于推廣應(yīng)用。 PLC是專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，具有更高的可靠性。 在模型復(fù)雜、計(jì)算量大且較難、實(shí)時(shí)性要求較高的環(huán)境中，工業(yè)控制機(jī)則更能發(fā)揮其專長(zhǎng)。,.,第二節(jié) PLC基本原

18、理,2.1 PLC內(nèi)部硬件框圖及各部分作用 2.2 PLC工作過(guò)程特點(diǎn)及主要性能指標(biāo) 2.4 PLC分類,.,2.1 PLC內(nèi)部硬件框圖及各部分作用,2.1.1 PLC的組成 PLC由四部分組成 ：中央處理單元（CPU板）、輸入輸出（I/O）部件和電源部件。,.,PLC的基本組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)類似：是一種以微處理器為核心的、用于控制的特殊計(jì)算機(jī) PLC的基本組成包括硬件與軟件兩部分 PLC的硬件：中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入接口、輸出接口、通信接口、電源等 PLC的軟件：系統(tǒng)程序和用戶程序,.,2.1.2 PLC內(nèi)部主要部件功能,1. PLC中的CPU作用及分類 CPU的作用：按系統(tǒng)程

19、序賦予的功能，指揮PLC有條不紊地進(jìn)行工作。歸納起來(lái)主要有以下五個(gè)方面：,1）接收并存儲(chǔ)編程器或其它外設(shè)輸入的用戶程序或數(shù)據(jù),2）診斷電源、PLC內(nèi)部電路故障和編程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等,3）接收并存儲(chǔ)從輸入單元（接口）得到現(xiàn)場(chǎng)輸入狀態(tài)或數(shù)據(jù),4）逐條讀取并執(zhí)行存儲(chǔ)器中的用戶程序，將運(yùn)算結(jié)果存入存儲(chǔ)器,5）根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位和輸出內(nèi)容，通過(guò)輸出接口實(shí)現(xiàn)控制、制表打印或數(shù)據(jù)通訊等功能,.,PLC中常采用的CPU有三類： 1) 通用微處理器（如Z80、8086、80286等） 2) 單片微處理器（如8031、8096等） 3) 位片式微處理器(如AMD29W等) 小型PLC：大多采用8位通用微處

20、理器和單片微處理器； 中型PLC：大多采用16位通用微處理器或單片微處理器； 大型PLC：大多采用高速位片式微處理器（32位）； 小型PLC為單CPU系統(tǒng)； 中、大型PLC則大多為雙CPU或多CPU系統(tǒng)； 對(duì)于雙CPU系統(tǒng)，一個(gè)為字處理器，一般采用8位、16位或32位處理器；另一個(gè)為位處理器，采用由各廠家設(shè)計(jì)制造的專用芯片。,.,存儲(chǔ)器的作用： PLC中，存儲(chǔ)器主要用于系統(tǒng)程序、用戶程序、數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器的類型： 可讀/寫操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM 只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM、EPROM、E2PROM,2.系統(tǒng)程序存貯器,.,4. 輸入/輸出接口（I/O模塊）,輸入/輸出接口通常也稱I / O 單元或

21、I / O 模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的連接通道。 PLC輸入接口-用戶設(shè)備需輸入PLC的各種控制信號(hào)，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其它一些傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量(要通過(guò)模數(shù)變換進(jìn)入機(jī)內(nèi))等，通過(guò)輸入接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理單元能夠接收和處理的信號(hào)，用這些數(shù)據(jù)作為PLC對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)。 PLC輸出接口-路將中央處理單元送出的弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、電機(jī)等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。,., I / O 接口的作用： 電平轉(zhuǎn)換功能：由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號(hào)電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU的處理的信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)

22、電平信號(hào)。 光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力，通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護(hù)。 I / O 接口的類型： 開關(guān)量輸入/輸出接口 模擬量輸入/輸出接口,., 輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)： PLC的I/O點(diǎn)數(shù)是指PLC的I/O接口所能接受的輸入信號(hào)個(gè)數(shù)和輸出信號(hào)個(gè)數(shù)的總和。 I/O點(diǎn)數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一。 當(dāng)I/O點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，可通過(guò)PLC的I/O擴(kuò)展接口對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。,.,5.PLC編程器及作用,編程器的作用：是編輯、調(diào)試、輸入用戶程序，也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。 它是開發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)PLC不可缺少的設(shè)備。,.,6. PLC中的電源及作用

23、,PLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源，以提供內(nèi)部電路使用。 與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)。因此，對(duì)于電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值15%的范圍內(nèi)波動(dòng)。 許多PLC還向外提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于對(duì)外部傳感 器供電。 電源的容量。,.,PLC配有各種通信接口與外部設(shè)備連接 與打印機(jī)連接，可將過(guò)程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印 與監(jiān)視器連接，可將控制過(guò)程圖像顯示出來(lái) 與PLC連接，組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)?？刂?與計(jì)算機(jī)連接，組成多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，控制與管理相結(jié)合 與人機(jī)界面（觸摸屏）連接 與智能接口模塊連接。智能接口模塊是一獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它有自己

24、的CPU、系統(tǒng)程序、存儲(chǔ)器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口。PLC的智能接口模塊種類很多，如：高速計(jì)數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、中斷控制模塊等。 與編程器連接,.,PLC,主機(jī),1號(hào)擴(kuò)展機(jī),主機(jī),PLC,A）近程擴(kuò)展方式,1號(hào)近程擴(kuò)展機(jī),2號(hào)擴(kuò)展機(jī),遠(yuǎn)程從站,擴(kuò)展機(jī),遠(yuǎn)程從站,PLC,PLC,PLC,PLC,PLC,B）遠(yuǎn)程擴(kuò)展方式,C）連網(wǎng)方式,PLC的擴(kuò)展構(gòu)成,.,A）近程擴(kuò)展方式,.,B）遠(yuǎn)程擴(kuò)展方式,.,C）連網(wǎng)方式,.,編 程 器,編程器是PLC最常用的外設(shè)，也是PLC中唯一不需要通過(guò)功能模塊而直接與總線相聯(lián)接的外設(shè)。 它通過(guò)主機(jī)上的編程器接口直接與主機(jī)相連。 編程器上有一個(gè)方

25、式選擇開關(guān)，用于控制PLC主機(jī)的工作方式。,.,掌上電腦編程器,可編程終端,.,高檔可編程終端,.,8、其它功能模塊功能模塊,模擬量輸入模塊（即A/D模塊）模擬量數(shù)字量 模擬量輸出模塊（即D/A模塊）數(shù)字量模擬量 動(dòng)態(tài)輸入/輸出模塊 自帶動(dòng)態(tài)掃描功能 溫度傳感器模塊 溫度模擬量數(shù)字量 高速計(jì)數(shù)模塊 高頻脈沖信號(hào) PID模塊 遠(yuǎn)程I/O模塊 擴(kuò)展I/O點(diǎn)的距離 通訊模塊 與其它PLC、微機(jī)、互連網(wǎng)通訊,.,系統(tǒng)程序: 系統(tǒng)程序，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用、管理、邏輯運(yùn)算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能。 系統(tǒng)程序，由PLC的制造廠家編寫的，在PLC使用過(guò)程中不會(huì)變動(dòng)，它和PLC的硬件組成有

26、關(guān)，它關(guān)系到PLC的性能。 系統(tǒng)程序，由制造廠家直接固化在只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問(wèn)和修改。,2.1.4 PLC的軟件系統(tǒng),1 系統(tǒng)程序；2 用戶程序；3 編程語(yǔ)言,., 用戶程序: 用戶程序是用戶根據(jù)控制對(duì)象生產(chǎn)工藝及控制的要求而編制的應(yīng)用程序。它是由PLC控制對(duì)象的要求而定的。 為便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOS靜態(tài)RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時(shí)不會(huì)丟失信息。 為防止干擾對(duì)RAM中程序的破壞，當(dāng)用戶程序經(jīng)過(guò)運(yùn)行正常，不需要改變，可將其固化在EPROM中。 現(xiàn)在有許多PLC直接采用EEPROM作為用戶存儲(chǔ)器。,.,PLC的編程語(yǔ)言,在P

27、LC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，PLC的編程語(yǔ)言也越來(lái)越豐富，功能也不斷提高。 程序的表達(dá)方式基本有四種：梯形圖、指令表、邏輯功能圖和高級(jí)語(yǔ)言。梯形圖是當(dāng)前使用最廣泛的一種編程方法。 除了的梯形圖語(yǔ)言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語(yǔ)言、面向過(guò)程控制的流程圖語(yǔ)言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語(yǔ)言（BASIC、C語(yǔ)言等）等。 多種編程語(yǔ)言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢(shì)。,.,1. 梯形圖編程語(yǔ)言,兩種梯形圖的繼電器符號(hào)圖對(duì)照,梯形圖（Ladder diagram）編程語(yǔ)言是一種圖形語(yǔ)言 ,類似于繼電器控制線路圖的一種編程語(yǔ)言，它面向控制過(guò)程，直觀易懂，是PLC編程語(yǔ)言中應(yīng)用最多

28、的一種語(yǔ)言。,.,(1)名詞解釋軟繼電器,PC的繼電器不是物理的電器，它是PC內(nèi)部的寄存器位，因?yàn)樗哂信c物理繼電器相似的功能，常稱之為“軟繼電器”。,PLC每一個(gè)繼電器都對(duì)應(yīng)著內(nèi)部的一個(gè)寄存器位，該位為“1”態(tài)時(shí)，相當(dāng)于繼電器接通；為“0”態(tài)時(shí)，則相當(dāng)于繼電器斷開。,.,線圈,線圈,(2)兩種控制的梯形圖比較,.,物理繼電器,繼電器需硬接線連接,觸點(diǎn)個(gè)數(shù)有限,PLC繼電器,繼電器用程序軟連接,觸點(diǎn)個(gè)數(shù)無(wú)限,繼電器的接線改變控制功能改變,PLC的用戶程序改變 控制功能改變,(3) 兩種控制中繼電器的區(qū)別,.,KM,KM,KH,用PLC控制外部接線不變，改變用戶程序。,用繼電器控制要改變控制電路

29、的實(shí)際接線。,繼電器控制接線,PLC控制外部接線,輸入設(shè)備,PLC,SB1,SB2,KR,KM,輸出設(shè)備,欲改變控制功能：,例如,.,2、語(yǔ)句表編程語(yǔ)言,用助記符表示指令的功能,多條指令語(yǔ)句的組合構(gòu)成了語(yǔ)句表 程序,指令語(yǔ)句是PLC用戶程序的基礎(chǔ)元素,LD 00000，表示邏輯操作開始 OR 01000 ；表示常開觸點(diǎn)01000與前面的觸點(diǎn)并聯(lián) AND NOT 00001； 表示常閉觸點(diǎn)00101與前面的觸點(diǎn)串聯(lián) OUT 01000；表示前面的邏輯運(yùn)算結(jié)果輸出給01000 END ;表示程序結(jié)束,梯形圖程序 語(yǔ)句表程序,.,（3）順序功能圖 順序功能圖常用來(lái)編制順序控制程序，它包括步、動(dòng)作、轉(zhuǎn)

30、換三個(gè)要素。順序功能圖法可以將一個(gè)復(fù)雜的控制過(guò)程分解為一些小的工作狀態(tài)。對(duì)于這些小狀態(tài)的功能依次處理后再把這些小狀態(tài)依一定順序控制要求連接成組合整體的控制程序。,.,（4）功能塊圖 功能塊圖是一種類似于數(shù)字邏輯電路的編程語(yǔ)言，用類似與門、或門的方框來(lái)表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方塊左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入端、輸出端的小圓點(diǎn)表示“非”運(yùn)算，信號(hào)自左向右流動(dòng)。 類似于電路一樣，方框被“導(dǎo)線”連接在一起。,.,2.2 可編程控制器工作過(guò)程特點(diǎn)及主要性能指標(biāo),當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，需要進(jìn)行眾多的操作，而PLC的CPU不可能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作， 每一刻只能執(zhí)行一個(gè)操作。 解決的辦法：采用分時(shí)操作原

31、理 掃描工作方式：由于CPU的運(yùn)算處理速度很快，所以從宏觀上來(lái)看，PLC外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時(shí)完成的，這種分時(shí)操作的方法稱為掃描工作方式。,2.2.1 循環(huán)掃描工作方式,.,PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”工作方式，這個(gè)過(guò)程可分輸入采樣，程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段，整個(gè)過(guò)程掃描并執(zhí)行一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。,輸入采樣,程序執(zhí)行,輸出刷新,.,檢查CPU等內(nèi)部硬件，對(duì)監(jiān)視定時(shí)器（WDT）復(fù)位以及其它工作,與其它智能裝置（如編程器、計(jì)算機(jī)等）實(shí)現(xiàn)通信,按順序?qū)λ休斎攵说臓顟B(tài)進(jìn)行采樣，并存入相應(yīng)寄存器,對(duì)用戶程序掃描執(zhí)行 ，并將結(jié)果存入相應(yīng)的寄存器,將寄存器中與輸出有關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)到輸出鎖存器，

32、輸出驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載,2.2.2 PLC的工作過(guò)程分自診斷、與編程器或計(jì)算機(jī)等通信、輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新五個(gè)階段。,.,2.2.2 PLC掃描工作各環(huán)節(jié)的功能, PLC上電后，首先檢查硬件是否正常。, 按自上而下的順序，逐條讀用戶程序并執(zhí)行。,對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 將結(jié)果存入元件映象寄存器。, 計(jì)算掃描周期。,若正常，則進(jìn)行下一步；若不正常，則報(bào)警并作處理。,母線,., I/O刷新階段, 外設(shè)端口服務(wù),讀輸入點(diǎn)的狀態(tài)并寫入輸入映像寄存器。,將元件映像寄存器的狀態(tài)經(jīng)輸出鎖存器、輸出電路送到輸出點(diǎn)。,訪問(wèn)外設(shè)端口連接的外部設(shè)備。,.,4. PLC執(zhí)行用戶程序的特點(diǎn), 按梯形圖自左向右、自上而

33、下逐次執(zhí)行程序, 執(zhí)行程序時(shí)所需數(shù)據(jù)取自于：,輸入映像寄存器,元件映像寄存器, 輸入映像寄存器和元件映像寄存器中的數(shù)據(jù),元件映像寄存器：在一個(gè)掃描周期中可讀可寫,輸入映像寄存器：在一個(gè)掃描周期中保持不變, 每個(gè)掃描周期I/O刷新階段集中讀入/讀出數(shù)據(jù),.,讀,讀,讀,寫,寫,執(zhí)行用戶程序,01001,01000,00000,00001,01000,輸入端子,輸入電路,用戶輸入設(shè)備,輸入映像寄存器,輸出電路,輸 出 端 子,元件映像寄存器,輸出鎖存器,用戶輸出設(shè)備,從輸入端子到輸出端子的信號(hào)傳遞過(guò)程,(3)PC的循環(huán)掃描工作過(guò)程（信號(hào)傳遞過(guò)程）,.,3. PLC控制的原理,等效電路圖,公共端,公

34、共端,輸出端子,輸入端子,主電路,.,線圈通電,SB1閉合,00000 閉合,接點(diǎn)閉合,觸點(diǎn)閉合,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn),觸點(diǎn)閉合,.,線圈斷電,00001 斷開,接點(diǎn)斷開,觸點(diǎn)斷開,電動(dòng)停轉(zhuǎn),觸點(diǎn)斷開,SB2閉合,.,2.3掃描周期和I/O滯后時(shí)間,I/O滯后時(shí)間又稱為系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指PLC外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻起至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的間隔。,PLC在運(yùn)行工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次掃描操作所需要的時(shí)間稱為掃描周期。其典型值為1-100ms。,.,1. 產(chǎn)生I/O滯后現(xiàn)象的原因,（1） 由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。,PLC只在每個(gè)掃描周期的I/O刷新階段集中輸入/輸出，導(dǎo)致輸出

35、信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào)滯后。,（2） 輸入濾波器對(duì)信號(hào)的延遲作用。,濾波器時(shí)間常數(shù)越大，對(duì)輸入信號(hào)的延遲作用越強(qiáng)。,有的PLC其輸入電路濾波器的時(shí)間常數(shù)可以調(diào)整。,.,輸出ON延時(shí)。,（3） 輸出繼電器的動(dòng)作延遲（繼電器輸出型PLC）。,從輸出鎖存器ON、到輸出觸點(diǎn)ON經(jīng)歷一定時(shí)間,（4）用戶程序的長(zhǎng)短及語(yǔ)句編排。,要求有較快響應(yīng)的場(chǎng)合,最好不要使用繼電器輸出型PLC。,I/O滯后現(xiàn)象，對(duì)慢速控制系統(tǒng)影響不大。,要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合，需要解決I/O速度問(wèn)題。,.,2. I/O響應(yīng)時(shí)間的估算,以20點(diǎn)的繼電器輸出型CPM1A為例。,設(shè)輸入ON延時(shí)為8毫秒 公共處理和I/O刷新時(shí)間為2毫秒 執(zhí)行用戶程序時(shí)

36、間為14毫秒 輸出ON延時(shí)為15毫秒,輸入狀態(tài)經(jīng)過(guò)一個(gè)掃描周期后在輸出得到響應(yīng) 最小I/O響應(yīng)時(shí)間,輸入狀態(tài)經(jīng)過(guò)兩個(gè)掃描周期后在輸出得到響應(yīng) 最大I/O響應(yīng)時(shí)間,.,最小I/O響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算,最小I/O響應(yīng)時(shí)間 = 輸入ON延時(shí) + （公共處理 + I/O刷新時(shí)間） + 執(zhí)行程序時(shí)間 + 輸出ON延時(shí) = 8 + 2 + 14 + 15 = 39 ms,輸入觸點(diǎn),輸入濾波,輸出鎖存,輸出觸點(diǎn),輸入ON延時(shí),輸出ON延時(shí),I/O響應(yīng)時(shí)間,.,輸入ON延時(shí),最大I/O響應(yīng)時(shí)間 = 輸入ON延時(shí)+ (公共處理+ I/O刷新+執(zhí)行程序)2 + 輸出ON延時(shí) = 8 +（2 +14） 2 + 15 =

37、55 ms。,最大I/O響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算,輸出ON延時(shí),I/O響應(yīng)時(shí)間,.,程序語(yǔ)句安排對(duì)I/O響應(yīng)時(shí)間的影響舉例,當(dāng)SB閉合，經(jīng)過(guò)輸入濾波，設(shè)第一個(gè)掃描周期I/O刷新時(shí) 00000的映像寄存器ON。,第一個(gè)掃描周期結(jié)束時(shí)，01000為OFF。,01000只能在第二個(gè)掃描周期結(jié)束后才能ON。,.,當(dāng)SB閉合，經(jīng)過(guò)輸入濾波，設(shè)第一個(gè)掃描周期 00000的映像寄存器 ON。,01000 在第一個(gè)掃描周期結(jié)束后就能ON 。,如果將梯形圖的第一與第二梯級(jí)交換，如下圖：,顯然，程序語(yǔ)句的安排對(duì)I/O響應(yīng)的影響很大 。,.,3、PLC的掃描時(shí)間計(jì)算,1 上電后初始處理,2 共同處理時(shí)間：程序自檢。 Tc=2

38、.6ms,3 上位鏈接服務(wù)（處理微機(jī)與PLC的通訊）Tl,Tl = PLC與微機(jī)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò) 08ms,4 運(yùn)算處理TP : 執(zhí)行用戶程序 TP= 平均速度X指令條數(shù),Tl = PLC與微機(jī)不構(gòu)成網(wǎng)絡(luò) 0ms,5 I/O刷新,Tr =,主機(jī)與近程擴(kuò)展機(jī)： 輸入 0.07ms/8個(gè),輸出 0.04ms/8個(gè),遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)：以通道數(shù)計(jì)算，1.3ms+nX0.2ms,.,6 外設(shè)服務(wù)（裝有外設(shè)時(shí)）To,To=0.8ms （T=Tc+Tl+Tp+Tr13ms),To=0.06 T（T=Tc+Tl+Tp+Tr 13ms),7、共同處理、上位鏈接服務(wù)、外設(shè)服務(wù)、運(yùn)算處理、I/O刷新時(shí)間構(gòu)成了PLC的掃描時(shí)間Ts

39、 PLC的掃描時(shí)間 Ts=Tc+Tl+To+Tp+Tr,.,有關(guān)結(jié)論,1、PLC的掃描周期和用戶程序的長(zhǎng)短與系統(tǒng)構(gòu)成有關(guān)，用戶程序越短、系統(tǒng)構(gòu)成越簡(jiǎn)單，掃描周期越短。 2、PLC的掃描周期一般在10ms級(jí)，這樣普通輸入點(diǎn)的信號(hào)頻率應(yīng)不大于50HZ（在使用時(shí)一般在10HZ以下）。,.,例 31,某C200H型PLC系統(tǒng)，由主機(jī)和遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)構(gòu)成。主機(jī)上裝有3個(gè)16點(diǎn)輸入模塊，2個(gè)12點(diǎn)輸出模塊。遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)上裝有3個(gè)16點(diǎn)輸入模塊，一個(gè)12點(diǎn)輸出模塊。程序有5000條指令，假定程序中使用的指令均為基本指令，平均執(zhí)行時(shí)間為0.94PS。 試計(jì)算不與微機(jī)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)且不帶編程器時(shí)的掃描時(shí)間。,.,解：共同處

40、理時(shí)間Tc=2.6m。因不與微機(jī)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，故上位鏈接服務(wù)時(shí)間Tl=0。因不帶外設(shè)，所以外設(shè)服務(wù)時(shí)間To=0。 運(yùn)算處理時(shí)Tp0.9450004.7103(ms)=4.7ms。 主機(jī)部分的3個(gè)16點(diǎn)模塊可看作6個(gè)8點(diǎn)輸入模塊，2個(gè)12點(diǎn)輸出模塊可看作4個(gè)8點(diǎn)輸出模塊。遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)部分3個(gè)16點(diǎn)輸入模塊和1個(gè)12點(diǎn)輸出模塊共占用4個(gè)通道。因此，I/O刷新時(shí)間: Tr=0.076+0.044+(1.3+0.24)=2.68(ms) 所以，該P(yáng)LC系統(tǒng)在不與微機(jī)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，不帶編程器時(shí)的掃描時(shí)間為: Ts=Tc+Tl+To+Tp+Tr=2.6+4.7+2.710(ms),.,1.I/O點(diǎn)數(shù),指PLC外部輸

41、入和輸出端子數(shù)。,2.用戶程序存儲(chǔ)容量,用來(lái)衡量PLC所能存儲(chǔ)用戶程序的多少。,3.掃描速度,指掃描1000步用戶程序所需的時(shí)間，以ms/千步為單位。,4.指令系統(tǒng)條數(shù),指PLC具有的基本指令和高級(jí)指令的種類和數(shù)量。種類數(shù)量越多，軟件功能越強(qiáng)。,2.4 PLC主要技術(shù)性能指標(biāo),5. 內(nèi)部寄存器 6. 高功能模塊,.,2.5 可編程序控制器分類,1.按結(jié)構(gòu)形式分類 整體式PLC：整體式是將PLC的CPU、存儲(chǔ)器、I/O單元、電源等安裝在同一機(jī)體內(nèi)，構(gòu)成主機(jī)，另外還有I/O擴(kuò)展單元配合主機(jī)使用，用以擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)。整體式PLC的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低、安裝方便，但輸入輸出點(diǎn)數(shù)固定，靈活性較低，小型PLC多采用這種結(jié)構(gòu)。,.,.,組合式PLC：組合式PLC是由一些標(biāo)準(zhǔn)模塊單元組成，采用總線結(jié)構(gòu)，不同功能的模塊（如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等）通過(guò)總線連接起來(lái)。 組合式PLC的特點(diǎn)是可以根據(jù)功能需要靈活配置，構(gòu)成具