PLC基礎(chǔ)知識(shí)大全.ppt

1、PLC基礎(chǔ)知識(shí),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、PLC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)

2、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； 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）,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年代中期： 微處理器

3、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。,西門(mén)子PLC外形圖,2006-3-3,6,S7-200系列PLC,S7-300系列PLC,S7-400系列PLC,三菱PLC外形圖,2006-3-3,7,Q系列PLC,FX2N系列PLC,FX1N系列PLC,FX1S系列PLC,歐姆龍PL

4、C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(kāi)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(kāi)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

5、線兼容的I0 （5）加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)和通信的能力 （6）控制的開(kāi)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),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

6、實(shí)例。 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)狀態(tài)

7、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(kāi)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)的狀態(tài)及數(shù)據(jù)

8、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與繼電器控制系統(tǒng)比較 繼電器控制

9、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(kāi)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基本原理,2.1 PLC內(nèi)部硬件

10、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)程序賦予的功能，指揮PLC有條不紊地進(jìn)行

11、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,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(xiě)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

12、/ O 單元或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(kāi)關(guān)、操作按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)以及其它一些傳感器輸出的開(kāi)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

13、信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)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(kāi)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。,PLC的編程語(yǔ)言,在PLC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

14、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

15、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(kāi)。,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,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的實(shí)際接線。,繼電器控制接線,PLC控制外部接線,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 00

16、000，表示邏輯操作開(kāi)始 OR 01000 ；表示常開(kāi)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,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

17、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,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,4. PLC執(zhí)行用戶程序的特點(diǎn), 按梯形圖自左向右、自上而下逐次執(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：