《PLC基礎(chǔ)知識》PPT課件.ppt

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1、可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用,第 1 章 PLC基礎(chǔ)知識,主要內(nèi)容,1.1 PLC概述 1.2 PLC系統(tǒng)與繼電器系統(tǒng)比較 1.3 PLC組成 1.4 PLC工作原理 1.5 PLC特點與分類 1.6 PLC的發(fā)展趨勢 1.7 PLC的技術(shù)指標(biāo),FX-PLC,1.1 概述1.1.1 什么是PLC?,可編程序控制器(Programmble Controller)簡稱PC或PLC 是一種工業(yè)控制裝置 PLC是在電器控制技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的,并逐漸發(fā)展成為“以微處理器”為核心,將自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。,1.1 概述1.1.1

2、 什么是PLC?, 定義 國際電工委員會(IEC)于1987年頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿。在草案中對可編程控制器定義如下: “可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令,并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。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)成一個整體,易于擴充其功能的原則設(shè)計”。,1.1 概述1.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展, 世界上第一臺PLC 1969年由美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)美國通用汽車公司(

3、GM)的要求研制成功。 背景: 1968年美國通用汽車公司(GM),為了適應(yīng)汽車型號的不斷更新,生產(chǎn)工藝不斷變化的需要,實現(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)計和更換電器控制系統(tǒng)及接線,以降低成本,縮短周期。,附:GM十大要求,通用汽車公司(GM)對PLC的十大要求:,(1)編程簡單,可在現(xiàn)場修改程序 (2)維護(hù)方便,采用插件式結(jié)構(gòu) (3)可靠性高于繼電器控制柜 (4)體積小于繼電器控制柜 (5)成本可與繼電器控制柜競爭 (6)可將數(shù)據(jù)直接送入計算機 (7)可直接使用115V交流輸入電壓 (8)輸出采用115V交流電壓,能直接驅(qū)動電磁閥、交流接

4、觸器等負(fù)載 (9)通用性強,擴展方便 (10)能存儲程序,存儲器容量可擴展到4KB,,返回,1.1 概述1.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展,設(shè)計思想:吸取繼電器和計算機兩者的優(yōu)點 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,對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差,但簡單易懂、價格便宜; 計算機功能強大、靈活(可編程)、通用性好。,1.1 概述1.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展,70年代初期: 僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序控制功能,只是用來取代傳統(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: 微處理器技術(shù)應(yīng)用到P

5、LC中,使PLC不僅具有邏輯控制功能,還增加了算術(shù)運算、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,同時可靠性提高,功耗、體積減小,成本降低,編程和故障檢測更加靈活方便,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。,1.1 概述1.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展,近年來PLC發(fā)展迅速 PLC由于性價比高、高可靠性的特點,已成為自動化工程的核心設(shè)備。 PLC成為具備計算機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)自動化的三大技術(shù)支柱(

6、PLC、機器人、CAD/CAM)之一。,1.1 概述1.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展在各國的發(fā)展,1969年,美國數(shù)字公司(DEC)根據(jù)十項要求研制出世界上第一臺可編程序控制器PDP-14,并在GM公司自動裝配線上試用,獲得成功。 1971年,日本從美國引進(jìn)了這項新技術(shù),很快研制出日本第一臺可編程序控制器DSC-8。 1973年,西歐國家也研制出他們的第一臺可編程序控制器。 我國從1974年也開始研制,1977年開始工業(yè)應(yīng)用。 (遼寧無線電二廠、無錫華光電子公司、上海香島電機制造公司、廈門A-B公司等),1.1 概述1.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展生產(chǎn)廠家,全世界PLC生產(chǎn)廠家約有200家,生產(chǎn)3

7、00多個品種,主要集中在美國、德國和日本。 (1)美國的PLC A-B(ALLEN-BRADLRY)公司:SLC-500系列、PLC-5系列、PLC-5/250系列 GE(通用)公司:GE-1、GE-1/J、GE-1P、GE-、GE-等。 (2)德國的PLC 西門子公司:S7-200、S7-300、S7-400系列PLC。 (3)日本的PLC 松下電工:FP0、FP1、FP2、FP3 立石電機公司(歐姆龍):C20、C120、C500、C1000H等。 三菱公司:F1、F2、FX0、FX2、A系列等。 (4)無錫華光的PLC:SH、SU、SG系列。,FX-PLC,FX0S,FX0N

8、,FX1S / FX1N,FX2N,AnS,QnA / AnA,QnS,1.1 概述1.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域,目前,PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè),隨著PLC性能價格比的不斷提高,其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。 從PLC應(yīng)用類型看,大致可歸納為以下幾個方面: 開關(guān)量邏輯控制 運動控制 過程控制(PID閉環(huán)控制 ) 數(shù)據(jù)處理 通信聯(lián)網(wǎng),1.1 概述1.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域,開關(guān)量邏輯控制 沖壓機械、包裝機械的控制,化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制,冶金系統(tǒng)的高爐上料系統(tǒng)的控制,各種生產(chǎn)線的控制。 運動控制 PLC使用專用的運

9、動控制模塊,對直線運動或圓周運動的位置、速度和加速度進(jìn)行控制,可實現(xiàn)單軸/雙軸/3軸位置控制,使運動控制和順序控制功能有機的結(jié)合在一起。如金屬切削機床、金屬成形機械、裝配機器人、電梯等。,1.1 概述1.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域,過程控制(PID閉環(huán)控制) 過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。 PLC通過模擬量I/O模塊,實現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換,并對模擬量實行閉環(huán)PID(比例積分微分)控制。 現(xiàn)代的大中型PLC一般都有PID閉環(huán)控制功能,廣泛應(yīng)用于塑料擠壓成形機、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備。,1.1 概述1.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域,數(shù)據(jù)處理

10、現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算(包括四則運算、矩陣運算、函數(shù)運算、字邏輯運算以及求反、循環(huán)、移位、浮點數(shù)運算)、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能,可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng),如無人柔性制造系統(tǒng)。 通信聯(lián)網(wǎng) PLC的通信包括主機與遠(yuǎn)程I/O之間的通信、多臺PLC之間的通信、PLC與其它智能控制設(shè)備(如計算機、變頻器、數(shù)控裝置)之間的通信。PLC與其它智能控制設(shè)備一起,可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。,1.2 P LC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較1.2.1 電器控制系統(tǒng)組成,1.2 P LC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較1.2.2 PLC控制系統(tǒng)組成

11、,1.2 P LC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較1.2.3 PLC等效電路,例:三相異步電動機的啟停控制,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,,,,,1.2 P LC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較1.2.3 PLC等效電路,三相異步電動機的PLC控制系統(tǒng),1.2 P LC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較1.2.4 PLC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的區(qū)別,控制方法上: 硬 : 軟 控制速度上: 速度 慢 : 快 定時和計數(shù)控制上: 精度 低 : 高 可靠性和可維護(hù)性上: 可靠性 低 : 高,1.3 P LC組成1.3.1 PLC組成概述, PLC的基本組成與一般的微機系統(tǒng)類似: 是一種以微處

12、理器為核心的、用于控制的特殊計算機。 PLC的基本組成包括硬件與軟件兩部分 PLC的硬件:CPU模塊(CPU和存儲器)、輸入/輸出模塊、 電源、編程器和通信接口等 PLC的軟件:系統(tǒng)程序和用戶程序,1.3 P LC組成1.3.1 PLC組成概述,編程器,寫入器,1.3 P LC組成1.3.2 PLC中的CPU, PLC中常采用的CPU有三類: 1) 通用微處理器(如80286、80386、80486、Pentium 系列等) 2) 單片微處理器(如Z80、8031、8051、8086等) 3) 位片式微處理器(如AMD2900) 小型PLC:大多采用8位通用微處理器和單片微處理器

13、, 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),PLC中CPU的作用: 它不斷的采集輸入信號,執(zhí)行用戶程序,刷新系統(tǒng)的輸出。,1.3 P LC組成1.3.3 PLC中的存儲器,存儲器的類型: 1)RAM 隨機存儲器。可讀可寫,斷電不保存,讀寫速度快,價格低,改寫方便,不穩(wěn)定。一般為RAM配備一個鋰電池,以保證掉電時不會丟失信息。 2)ROM 只讀存儲器??勺x不可寫,斷電保存。 3)EPROM 可紫外線擦除可編程的只讀存儲器。可讀可寫,斷電保存,讀寫速度慢,改寫不方便,但穩(wěn)定。用紫外線照射芯片上的透鏡窗口,可以擦除已寫入

14、的內(nèi)容,再寫入新內(nèi)容。 4)EEPROM 可電擦除可編程的只讀存儲器。與EPROM區(qū)別在于用高電壓就可擦除,改寫方便,但價格比ROM和EPROM都貴。,,1.3 P LC組成1.3.3 PLC中的存儲器,存儲器的作用: 用來存儲程序和數(shù)據(jù)。,系統(tǒng)程序: 系統(tǒng)程序由PLC的制造廠家編寫的,在PLC使用過程中不會變動,它和PLC的硬件組成有關(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器ROM、EPROM或EEPROM中,用戶不能訪問和修改。,1.3 P LC組成1.3.3 PLC中的存儲器, 用戶程序: 是用戶根據(jù)控制對象生產(chǎn)工藝及控制的要求而編制的應(yīng)用程序,它和PLC控

15、制對象的要求有關(guān)。 為了便于讀出、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,以保證掉電時不會丟失信息。 為了防止干擾對RAM中程序的破壞,當(dāng)用戶程序經(jīng)過運行正常,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作為用戶存儲器。,1.3 P LC組成1.3.4 PLC中的輸入/輸出模塊, I / O模塊的作用: 傳遞信號:輸入模塊用來接收和采集輸入信號;輸出模塊將處理結(jié)果送給被控對象,以實現(xiàn)控制目的。 電平轉(zhuǎn)換功能: PLC內(nèi)部CPU模塊的工作電壓一般是5V,而外部輸入輸出信號電壓一般較高,如直流24V和交流220V。 光電隔

16、離功能:用光電耦合器、光電可控硅、小型繼電器等器件來隔離外部輸入電路和負(fù)載。,輸入/輸出模塊:簡稱I / O 模塊,是聯(lián)系外部現(xiàn)場與CPU模塊的橋梁。,1.3 P LC組成1.3.4 PLC中的輸入/輸出模塊, I / O 接口的類型: 開關(guān)量輸入/輸出接口 1)常用開關(guān)量輸入接口: 直流輸入接口、交流輸入接口、 交/直流輸入接口 2)常用開關(guān)量輸出接口: 繼電器輸出接口:響應(yīng)速度慢、動作頻率低,可驅(qū)動交流或直流負(fù)載 晶體管輸出接口:響應(yīng)速度快、動作頻率高,只能用于驅(qū)動直流負(fù)載 晶閘管輸出接口:響應(yīng)速度快、動作頻率高,只能用于驅(qū)動交流負(fù)載 模擬量輸入/輸出接口,1.3

17、 P LC組成1.3.4 PLC中的輸入/輸出模塊, 輸入/輸出(I/O)點數(shù): PLC的I / O點數(shù)是指PLC的I/O接口所能接受的輸入信號個數(shù)和輸出信號個數(shù)的總和。 I/O點數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一 當(dāng)I/O點數(shù)不夠時,可通過PLC的I/O擴展接口對系統(tǒng)進(jìn)行擴展,1.3 P LC組成1.3.5 PLC中的通信接口,PLC配有各種通信接口與外部設(shè)備連接 與打印機連接,可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印 與監(jiān)視器連接,可將控制過程圖像顯示出來 與 P L C 連接,組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)更大規(guī)??刂? 與計算機連接,組成多級分布式控制系統(tǒng),控制與管理相結(jié)合 與人機界

18、面(觸摸屏)連接 與智能接口模塊連接。智能接口模塊是一獨立的計算機系統(tǒng),它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口 ,PLC的智能接口模塊種類很多,如:高速計數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運動控制模塊、中斷控制模塊等。 與編程器連接,1.3 P LC組成1.3.6 PLC中的擴展接口,擴展接口(是用于連接護(hù)展單元的接口)。 當(dāng)PLC基本單元I/O點數(shù)不能滿足要求時,可通過擴展接口連接擴展單元以增加系統(tǒng)的I/O點數(shù),1.3 P LC組成1.3.6 PLC中的擴展接口,通信與擴展接口的連接實例,1.3 P LC組成1.3.7 PLC中的電源, PLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源,以

19、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。因此,對于電網(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。 許多PLC還向外提供直流24V穩(wěn)壓電源,用于對外部傳感 器供電。,1.3 P LC組成1.3.8 PLC編程器,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)行人機對話。它是開發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)PLC不可缺少的設(shè)備。 簡易編程器 專用編程器 編程器 智能編程器 (圖形編程器) 通用編程系統(tǒng):PC上配專用編程軟件包,,,(計算

20、機輔助編程),1.3 P LC組成1.3.8 PLC編程器,1.3 P LC組成1.3.8 PLC寫入器,寫入器:是用來將用戶程序固化到EPROM存儲器中的一種PLC外部設(shè)備。 為了使調(diào)試好用戶程序不易丟失,經(jīng)常用EPROM寫入器將PLC內(nèi)RAM保存的程序保存到EPROM中。,1.4 PLC工作原理1.4.1 掃描工作方式,PLC的工作方式是掃描工作方式 例如:用戶程序的執(zhí)行(用戶程序的掃描工作過程) 從第一條程序開始,在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下,按程序存儲順序的先后,逐條執(zhí)行程序,直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行,并周而復(fù)始地重復(fù)進(jìn)行。,1.4 PLC工作原理1.4.2 PLC的

21、掃描工作過程,檢查CPU等內(nèi)部硬件,對監(jiān)視定時器(WDT)復(fù)位以及其它工作。,與其它智能裝置(如編程器、計算機等)實現(xiàn)通信。,,將所有輸入端的狀態(tài)進(jìn)行采樣,存入相應(yīng)元件的輸入映像寄存器。,對用戶程序掃描執(zhí)行 ,并將結(jié)果存入相應(yīng)的元件映像寄存器。,將輸出映像寄存器中的狀態(tài),轉(zhuǎn)到輸出鎖存器,輸出驅(qū)動外部負(fù)載。,1.4 PLC工作原理1.4.2 PLC的掃描工作過程, 整個過程包括內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理五個階段, 整個過程掃描執(zhí)行一遍所需的時間稱為掃描周期, 掃描周期與CPU運行速度、PLC硬件配置及用戶程序長短有關(guān)。, 典型值為1100ms,1.4 PLC工作原理1.4.

22、3 PLC執(zhí)行程序的過程,,,,,,1.4 PLC工作原理1.4.3 PLC執(zhí)行程序的過程,輸入采樣階段 作用是收集被控設(shè)備的信息或操作命令,由外部輸入電路、PLC輸入接線端子和輸入繼電器組成。輸入繼電器由接到輸入端口的外部信號來驅(qū)動。 程序執(zhí)行階段 按照程序規(guī)定的邏輯關(guān)系,對輸入信號和輸出信號的狀態(tài)進(jìn)行運算、處理和判斷,得出相應(yīng)的輸出。 輸出刷新階段 是驅(qū)動外部負(fù)載用的,由輸出繼電器的外部常開觸點、輸出接線端子和外部電路組成。,1.4 PLC工作原理1.4.4 PLC掃描工作方式的特點, 集中采樣: 在一個掃描周期中,對輸入狀態(tài)的采樣只在輸入處理階段進(jìn)行。當(dāng)PLC進(jìn)入程序處理階段后輸入端將

23、被封鎖,直到下一個掃描周期的輸入處理階段才對輸入狀態(tài)進(jìn)行重新采樣。,集中輸出: 在用戶程序中如果對輸出結(jié)果多次賦值,則最后一次有效。在一個掃描周期內(nèi),只在輸出處理階段才將輸出狀態(tài)從輸出映像寄存器中輸出,對輸出接口進(jìn)行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映像寄存器中。,1.4 PLC工作原理1.4.4 PLC掃描工作方式的特點,集中采樣、集中輸出的優(yōu)缺點: 1)提高了抗干擾能力,增強了系統(tǒng)可靠性 PLC工作時大多數(shù)時間與外部輸入/輸出設(shè)備隔離,從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力,增強了系統(tǒng)的可靠性。 2) 降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度,1.4 PLC工作原理1.4.4 PLC掃描工作方式的特點,輸

24、入輸出滯后時間 又稱系統(tǒng)響應(yīng)時間,是指PLC的外部輸入信號發(fā)生變化的時刻,至它控制的有關(guān)外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間間隔。 它由輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時間三部分組成。 對一般的工業(yè)控制,這種滯后是完全允許的。, 對于小型PLC: I/O點數(shù)較少、用戶程序較短 一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式, 對于大中型PLC: I/O點數(shù)較多,控制功能強,用戶程序較長,為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度,1.4 PLC工作原理1.4.4 PLC掃描工作方式的特點,采用定期采樣、定期輸出方式或中斷輸入、輸出方式以及采用智能I/O接口等多種方式 。,1.5 P LC的分類及

25、特點 1.5.1 PLC的分類,PLC一般可從其I/O點數(shù)、結(jié)構(gòu)形式和功能三方面進(jìn)行分類:,1.5 P LC的分類及特點 1.5.1 PLC的分類(按I/O點數(shù)分類),根據(jù)PLC的I/O點數(shù),PLC分為小型、中型和大型三類。,1)小型PLC I/O點數(shù)為256點以下的為小型PLC (其中I/O點數(shù)小于64點的為超小型或微型PLC),2)中型PLC I/O點數(shù)為256點以上、2048點以下的為中型PLC,,3)大型PLC I/O點數(shù)為2048以上的為大型PLC (其中I/O點數(shù)超過8192點的為超大型PLC),這個分類界限不是固定不變的,它隨PLC的發(fā)展而變化。,1.5 P LC的分類及特

26、點 1.5.1 PLC的分類(按結(jié)構(gòu)形式分類),根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式,可將PLC分為整體式、模塊式和疊裝式PLC。,,1)整體式PLC 將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi), 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。(小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。),1.5 P LC的分類及特點 1.5.1 PLC的分類(按結(jié)構(gòu)形式分類),2)模塊式PLC 將PLC各組成部分分別作成若干個單獨的模塊,如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊以及各種功能模塊。 模塊插在模塊插座上,模塊插座焊在框架中的總線連接板上,各框架之間用I/O擴展電纜相連。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。,1.5 P

27、LC的分類及特點 1.5.1 PLC的分類(按結(jié)構(gòu)形式分類),3)疊裝式PLC 疊裝式PLC是由基本單元、擴展單元和擴展模塊通過扁平電纜連接而成。,1.5 P LC的分類及特點 1.5.1 PLC的分類(按功能分類),1)低檔PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能,還可有少量模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機系統(tǒng) 。,2)中檔PLC 具有低檔PLC功能外,具有較強的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還增設(shè)中斷、PID控制等功能。,3)高

28、檔PLC 具有中檔機功能外,增加帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)運算、制表及表格傳送等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能,可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),實現(xiàn)工廠自動化。,1.5 P LC的分類及特點 1.5.2 PLC的特點,PLC技術(shù)之所以高速發(fā)展,除了工業(yè)自動化的客觀需要外,主要是因為它具有許多獨特的優(yōu)點。它較好地解決了工業(yè)領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。, 可靠性高、抗干擾能力強, 編程簡單、使用方便, 功能完善、通用性強, 設(shè)計安裝簡單、調(diào)試維護(hù)方便, 體積小、重量輕、能耗低,可靠性高、抗干擾能力強 可靠性高、

29、抗干擾能力強是PLC最重要的特點之一。PLC的平均無故障時間可達(dá)幾十萬個小時 。 硬件方面:I/O接口采用采用光電隔離,有效地抑制了外部干擾源的影響;對供電電源及線路采用多種形式的濾波,從而消除或抑制了高頻干擾;對CPU等重要部件采用良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料進(jìn)行屏蔽,以減少空間電磁干擾;對有些模塊設(shè)置了聯(lián)鎖保護(hù)、自診斷電路等。 軟件方面:采用掃描工作方式,減少了外界的干擾;設(shè)有故障檢測和自診斷程序,能對系統(tǒng)硬件電路等故障實現(xiàn)檢測和判斷;當(dāng)由干擾引起故障時,能立即將當(dāng)前重要信息加以封存,禁止任何不穩(wěn)定的讀寫操作,一旦正常后,便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài),繼續(xù)原來的工作。,1.5 P LC的分類及特點

30、1.5.2 PLC的特點,目前,各種PLC都采用梯形圖語言為第一編程語言,梯形圖與電器控制線路圖相似,形象、直觀,不需要掌握計算機知識,很容易讓廣大工程技術(shù)人員掌握。當(dāng)生產(chǎn)流程需要改變時,可以現(xiàn)場改變程序,使用方便、靈活。 同時,PLC編程器的操作和使用也很簡單。這也是PLC獲得普及和推廣的主要原因之一。 許多PLC還針對具體問題,設(shè)計了各種專用編程指令及編程方法,進(jìn)一步簡化了編程。, 編程簡單、使用方便,1.5 P LC的分類及特點 1.5.2 PLC的特點, 功能完善、通用性強 現(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制等功能,而且還具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運算、數(shù)據(jù)

31、處理、PID控制、通信聯(lián)網(wǎng)以等許多功能。 同時,由于PLC產(chǎn)品的系列化、模塊化,有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用,可以組成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。,1.5 P LC的分類及特點 1.5.2 PLC的特點, 設(shè)計安裝簡單、調(diào)試、維護(hù)方便 由于PLC用軟件代替了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的硬件,控制柜的設(shè)計、安裝接線工作量大為減少。 PLC的用戶程序大部分可在實驗室進(jìn)行模擬調(diào)試,縮短了應(yīng)用設(shè)計和調(diào)試周期。 在維修方面,由于PLC的故障率極低,維修工作量很??;而且PLC具很強的自診斷功能,如果出現(xiàn)故障,可根據(jù)PLC上指示或編程器上提供的故障信息,迅速查明原因,維修極為方便。,1.5 P LC的

32、分類及特點 1.5.2 PLC的特點,體積小、重量輕、能耗低 PLC結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、能耗低,因而是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備,1.5 P LC的分類及特點 1.5.2 PLC的特點,1.6 PLC的發(fā)展趨勢 1.6.1 向高速度、高性能、大容量方向發(fā)展,為了提高PLC的處理能力,要求PLC具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲容量。目前,有的PLC的掃描速度可達(dá)0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個性能指標(biāo)。 模擬量控制方面出現(xiàn)了模糊控制、自適應(yīng)和參數(shù)自整定控制。在人機接口方面,出現(xiàn)了面象對象的組態(tài)設(shè)計、系統(tǒng)開發(fā)和管理工具軟件。 在存儲容量方面,有的PLC最高可達(dá)幾十兆字

33、節(jié)。,1.6 PLC的發(fā)展趨勢1.6.2 向超大型、超小型兩個方向發(fā)展,當(dāng)前中小型PLC比較多,為了適應(yīng)市場的多種需要,今后PLC要向多品種方向發(fā)展,特別是向超大型和超小型兩個方向發(fā)展。 現(xiàn)已有I/O點數(shù)達(dá)14336點的超大型PLC,其使用32位微處理器,多CPU并行工作和大容量存儲器,功能強。 小型PLC由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展,使配置更加靈活,為了市場需要已開發(fā)了各種簡易、經(jīng)濟的超小型微型PLC,最小配置的I/O點數(shù)為816點,以適應(yīng)單機及小型自動控制的需要,如三菱公司系列PLC、西門子公司的LOGO系列PLC。,1.6 PLC的發(fā)展趨勢1.6.3 大力開發(fā)智能模塊,加強聯(lián)網(wǎng)與

34、通信能力,為滿足各種控制系統(tǒng)的要求,不斷開發(fā)出許多功能模塊,如高速計數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信和人機接口模塊等。這些帶CPU和存儲器的智能I/O模塊,既擴展了PLC功能,又使用靈活方便,擴大了PLC應(yīng)用范圍。 加強PLC聯(lián)網(wǎng)與通信的能力,是PLC技術(shù)進(jìn)步的潮流。PLC的聯(lián)網(wǎng)與通信有兩類: PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信,各PLC生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段; PLC與計算機之間的聯(lián)網(wǎng)通信,一般PLC都有專用通信模塊與計算機通信。 為了加強聯(lián)網(wǎng)與和通信能力,PLC生產(chǎn)廠家之間也在協(xié)商制訂通用的通信標(biāo)準(zhǔn),以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。,1.6 PLC的發(fā)展趨勢1.6.4 增強外部故障的檢測與處

35、理能力,根據(jù)統(tǒng)計資料表明:在PLC控制系統(tǒng)的故障中,CPU占5%,I/O接口占15%,輸入設(shè)備占45%,輸出設(shè)備占30%,線路占5%。 前二項共20%故障屬于PLC的內(nèi)部故障,它可通過PLC本身的軟、硬件實現(xiàn)檢測、處理; 而其余80%的故障屬于PLC的外部故障。PLC生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊,進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性,1.6 PLC的發(fā)展趨勢1.6.5 編程語言標(biāo)準(zhǔn)化,與個人計算機相比,PLC的硬件、軟件體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。 在硬件方面,各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用,各公司的總線、通信網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議一般也是專用的。編程語言雖然多用梯形圖

36、,但具體的指令系統(tǒng)和表達(dá)方式并不一致,因此各公司的PLC互不兼容。 為了解決這一問題,1994年5月國際電工委員會IEC公布了PLC的編程語言標(biāo)準(zhǔn)IEC1131-3。 標(biāo)準(zhǔn)中共有5種編程語言:順序功能圖、梯形圖、功能塊圖、指令表和結(jié)構(gòu)文本。 幾乎所有的可編程控制器廠家都表示在將來完全支持IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn),但是不同廠家的產(chǎn)品之間的程序轉(zhuǎn)換仍有一個過程。,1994年5月國際電工委員會IEC公布了PLC的編程語言標(biāo)準(zhǔn)IEC1131-3。,(1) 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖(SFC),(2) 梯形圖(LD),(3) 指令表(IL),LD X0 OR Y0 ANI X1 OUT Y0,(4) 功能塊圖(F

37、BD),(5) 結(jié)構(gòu)文本(ST),1.6 PLC的發(fā)展趨勢1.6.5 編程語言標(biāo)準(zhǔn)化,1.7 PLC的技術(shù)指標(biāo),(1) 輸入/輸出點數(shù),即I/O總點數(shù) 輸入/輸出點數(shù)是PLC外部輸入、輸出端子數(shù),是PLC的最重要的一項技術(shù)指標(biāo)。 (2) 用戶程序存儲容量 用戶程序存儲容量是以存放用戶程序的多少來衡量的,通常以字為單位表示,對于一般的邏輯操作指令,每條指令占1個字,定時/計數(shù)指令每條占2個字;有些PLC是以編程的步數(shù)來表示用戶程序存儲容量的,一條指令包含若干步,一步占用一個地址單元,一個地址單元為兩個字節(jié)。 (3) 掃描速度 掃描速度是指掃描1K字用戶程序所需的時間,通常以ms/K字

38、為單位表示。有些PLC以執(zhí)行1000步指令所需時間來衡量,單位為ms/K步或s/步。,1.7 PLC的技術(shù)指標(biāo),(4)指令種類 指令種類是衡量PLC軟件功能強弱的重要技術(shù)指標(biāo),PLC具有的指令種類越多,說明其軟件功能越強。 (5)內(nèi)部寄存器的配置及容量 PLC內(nèi)部寄存器是用來存放變量狀態(tài)、中間結(jié)果、定時計數(shù)等數(shù)據(jù),其數(shù)量的多少、容量的大小,直接關(guān)系到用戶編程的靈活方便與否。 (6)特殊功能 PLC除了基本功能外,還有很多特殊功能,例如自診斷功能、高速計數(shù)功能,聯(lián)網(wǎng)通信功能等等。特殊功能越多,PLC 配置越靈活,適應(yīng)性越強。,思考,在一個掃描周期中,如果在程序執(zhí)行期間輸入狀態(tài)發(fā)生變化,輸入映像寄存器的狀態(tài)是否也隨之變化?為什么? PLC為什么會產(chǎn)生輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象?如何提高I/O響應(yīng)的速度?,

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