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PLC 基础及应用

PLC 基础及应用. 郝 坤. 淮南职业技术学院 煤矿机电系. 课程简介. 是一门实践性很强的电气综合控制技术课程，其实现了工业控制领域 接线逻辑 到 存储逻辑 的飞跃； PLC 是工业控制技术的重要手段之一，随着企业自动化程度的不断提高，已经得到越来越广泛的应用。目前这门课已经成为自动化等专业一门非常重要的专业课程。. PLC 基础及应用. 第 1 章 概述 第 2 章 PLC 的硬件 第 3 章 PLC 程序设计基础 第 4 章 开关量控制系统梯形图设计方法 第 5 章 顺序控制梯形图的编程方法 第 6 章 PLC 的应用指令

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  1. PLC基础及应用 郝 坤 淮南职业技术学院 煤矿机电系

  2. 课程简介 是一门实践性很强的电气综合控制技术课程，其实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；PLC是工业控制技术的重要手段之一，随着企业自动化程度的不断提高，已经得到越来越广泛的应用。目前这门课已经成为自动化等专业一门非常重要的专业课程。

  3. PLC基础及应用 第1章 概述 第2章 PLC的硬件 第3章 PLC程序设计基础 第4章 开关量控制系统梯形图设计方法 第5章 顺序控制梯形图的编程方法 第6章 PLC的应用指令 第7章 PLC模拟量检测与PID控制中的应用 第8章 PLC应用中的一些问题 第9章 PLC编程软件的使用方法

  4. 第1章 概述 1.1 可编程序控制器概述 可编程序控制器(PLC)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。

  5. 1.1.1 PLC的发展历程 • 产生 • 继电器控制 用弱电信号控制强电信号。故障查找与排除非常困难、改造工期长、费用高。 • GM（美国通用汽车）首先提出【可编程序控制器】设想 • 编程简单，可在现场修改程序； • 维护方便，采用插件式结构； • 可靠性高于继电器控制柜； • 体积小于继电器控制柜； • 成本可与继电器控制柜竞争； • 可将数据直接送入计算机； • 通用性强，扩展方便； • 能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB. • 1969年DEC（美国数字设备公司）研制出世界上第一台可编程序控制器

  6. 继电器控制

  7. 可编程序控制器简称 • Programmable Controller — PC Personal Computer — PC • Programmable Logic Controller —PLC

  8. 发展 • 性能提高：4位机→8位机→16位机→32位机 ； • 逻辑运算，计时，计数等顺序控制，均属开关量控制； • 支持图形编程； • 数据处理； • 各种功能控制模块； • 联网通信功能。 • 主要生产商 大中型：A-B、GE、Siemens 中小型：OMRON, Mitsubushi

  9. 定义 1985年1月，国际电工委员会（IEC）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。

  10. 1.1.2、 PLC的类型和基本结构 一、类型 • 按控制规模 （1）微型机：几十点 （2）小型机：500点以下 （3）中型机：500-1000点 （4）大型机：1000点以上 （5）超大型机：10000点 • 按结构 （1）整体式： （2）模块式：

  11. 整体式

  12. 模块式

  13.  模拟量输入模块  专用编程器 中央处理单元CPU 存储器 I/O接口 接口和扩展接口模块 电源模块 编程工具 软件系统  模拟量输出模块  专用编程软件  开关量输入模块  开关量输出模块 二、PLC的基本结构

  14. 整体式PLC系统框图

  15. 模块式PLC系统框图

  16. 1. CPU模块 PLC的核心，每套PLC至少有一个CPU，CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系总线构成。 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

  17. 2. I/O模块 系统的眼、耳、手、脚 输入：开关量(指只有开和关两种状态的信号，一般用1和0表示） 、模拟量（指连续变化的量，如温度、电流、速度等)。 输出：执行器（接触器、电磁阀、调节器、调速）除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

  18. 3. 内存 内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。不同机型的PLC其内存大小也不尽相同，除主机单元的已有的内存区外，大部分机型还可根据用户具体需要加以扩展。 4. 电源模块 为系统提供电源 电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。 5. 底板或机架 大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

  19. 6. PLC系统的其它设备 （1）编程设备：用于编写程序、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。某些PLC也配有手持型编程器，常用计算机（运行编程软件）充当编程器。 （2）人机界面：如指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面也非常普及。 （3）输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。

  20. PLC结构示意图 地址总线 控制总线 各种开关 照明 输 入 接 口 中 央 处 理 单 元 存 储 器 输 出 接 口 数 据 存 储 器 继电器接点 电磁装置 行程开关 执行机构 …… 模拟量输入 地址总线 控制总线 数据总线 编程 单元 电源

  21. 1.1.3 可编程序控制器的特点 • 无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强 • 通用性强，控制程序可变，使用方便 • 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 • 编程简单，容易掌握 • 系统的设计、安装、调试工作量少 • 维修工作量小，维护方便 • 体积小，能耗低.

  22. 1.1.4 可编程序控制器的应用领域 • 开关量逻辑控制 • 自动生产线、机床电气控制、冲压机械、铸造机械、运输带、包装机、飞剪等控制 • 运动控制 • 金属切削机床、金属成形机械、装配机器人、电梯等。 • 闭环过程控制 • 温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。 • 数据处理 • 数学运算、数据传输、转换、排序、查表、位操作。 • 通信联网 • PLC与远程I/O、PLC之间、PL与其它智能控制器之间。 • 模拟量控制 • 连续变化的量，如温度、湿度、压力、流量、液位、浓度、速度、转速、风量等等；实现A/D和D/A转换。

  23. 本义 Programmable Controller ——PC 可编程序控制器 (可编程控制器 ) 1.1.5 可编程序控制器的发展趋势 逻辑控制为主 早期 可编程逻辑控制器 Programmable Logical Controller ——PLC 现代PLC绝不意味着只有逻辑控制的功能，它是一种以微处理器为基础，综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置；具有体积小，功能强，程序设计简单，灵活通用，维护方便等一系列的优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，使PLC广泛应用于各种工业领域。

  24. 高性能、高速度、大容量发展 • 多CPU结构 • 高性能、流水RISC结构CPU(32位机) • 增加智能控制功能 • 支持组态设计 • 大力发展微型PLC,不断增强微型PLC的功能 • 掌上PLC • 高性能 • 支持多种编程方式

  25. PLC与其它工业控制器产品相互融合 • 与个人计算机PC • 集散控制系统DCS • 计算机数控CNC

  26. 大力开发智能I/O模块 模拟量I/O、高速计数输入、中断输入、机械运动控制、热电偶输入、条形码阅读器、多路BCD输入/输出、模糊控制器、PID回路控制、通信模块

  27. 1.1.6PLC的主要生产厂家 • AB、GE-Fanuc、西门子、施耐德、三菱公司、欧姆龙公司。

  28. 1.2 PLC的基本工作原理 1.2.1 继电器 1.2.2 PLC的基本工作原理

  29. 继电器工作原理图 组成 触点系统 电磁机构 灭弧装置

  30. 继电器 （a） 结构示意 （b） 图文符号

  31. 继电器作用 1）功率放大 2）电器隔离 3）逻辑运算

  32. 分类 按功能可分为： 主触头和辅助触头。主触头用于接通和分断主电路；辅助触头用于接通和分断二次电路，还能起互锁和联锁作用。

  33. 触头按位置可分为： 静触头和动触头 。 　　静触头固定不动，动触头能由联杆带着移动 。 触头按其初始位置可分为： 常闭触头和常开触头。常闭触头（又称动断触头）——常态时动、静触头是相互闭合的。常开触头（又称动合触头）——常态时动、静触头是分开的。

  34. 交流接触器控制异步电动机工作原理图

  35. PLC等效电路 导步电动机控制电路

  36. 1.2.2 逻辑运算 使用继电器电路或PLC的梯形图可以实现开关量的逻辑运算 。 与 或 非

  37. 逻辑“与” （b）控制线路实例 （a）逻辑符号

  38. 逻辑“或” （a）逻辑符号 （b）控制线路实例

  39. 逻辑“非” （a）逻辑符号 （b）控制线路实例

  40. 可用逻辑代数表达式实现导步电动机控制电路的逻辑运算，可表示为 ：

  41. 1.2.2 PLC的基本工作原理 • PLC的扫描工作方式 两种工作状态 运行（RUN）/ 停止（STOP） • 内部处理：内部诊断、监控定时器复位； • 通信服务：与其它装置通信、响应编程器命令（输入、显示）。 • 输入处理：外部端口状态读入输入映像寄存器。 • 程序执行：完成用户程序的逻辑运算。 • 输出处理：将输出映像寄存器状态送到输出端口（锁存器） PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。

  42. 输入映像寄存器和输出映像寄存器：：在PLC的存储器中设置的一片区域。输入映像寄存器和输出映像寄存器：：在PLC的存储器中设置的一片区域。 在输入处理阶段： PLC把所有外部输入电路的接通/断开状态读入输入映像寄存器。 接通时，为1状态(常开触点接通，常闭触点断开)。 断开时，为0状态(常开触点断开，常闭触点接通)。 在输出处理阶段： CPU将输出映像寄存器的0/1状态传送到输出锁存器。

  43. PLC扫描程序执行过程

  44. SB2 SB1 KM KM 程序： 直接启动停车控制 X0 X1 Y0 Y0 梯形图 控制电路图 SB2 ~ X0 Y0 I/O分配： X0：启动 X1：停车 Y0：KM X1 COM SB1 KM COM PLC外部接线图

  45. 2．扫描周期PLC在【RUN】工作状态时，完成‘内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理’ ，即执行一次全程扫描操作,所需的时间称为扫描周期，其典型值约为1-100ms。 扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行指令的速度有很大的关系。 当用户程序较长时，指令执行时间在扫描周期中占相当大的比例。

  46. 3．PLC的工作原理

  47. Y0=(X0+Y0)· 根据梯形图完成的指令形式： LD X0；接在左侧母线上的X0的常开触点 OR Y0；与X0的常开触点并联的Y0的常开触点 ANI Xl；与并联电路串联的Xl的常闭触点 ANI X2；串联的X2的常闭触点 OUT Y0；Y0的线圈 用梯形图完成的逻辑运算式为：

  48. 4．输入/输出滞后时间 又称系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔。 它由输入电路滤波时间，输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间这三部分组成。

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