可編程控制器基礎(chǔ)知識(shí)課件

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1、plc第一級(jí),第二級(jí),*,*,PLC原理與應(yīng)用,主講教師：侯益坤,houykmcu,,12/12/2024,1,本課程基本情況,專業(yè)課,先修課程：電子電路基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ),后續(xù)課程：,教材,PLC原理與應(yīng)用李樹(shù)雄編,北京航空航天大學(xué)出版社 2006年10月第一版,12/12/2024,2,課程主要內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法,可編程控制器的基礎(chǔ)知識(shí)：,類比；識(shí)記,FP1的指令系統(tǒng)：要求基本指令,熟悉,FP1可編程控制器、編程工具簡(jiǎn)介：,應(yīng)用,PLC程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用：,方法,12/12/2024,3,目錄,第一章 可編程控制器礎(chǔ)知識(shí)第二章 FP1可編程控制器的規(guī)格、性能及系統(tǒng)構(gòu)成第三章 FP1的指令系統(tǒng)第四

2、章 FP1的特殊功能及高級(jí)模塊第五章 PLC程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用舉例第六章 編程工具,12/12/2024,4,第一章 可編程控制器基礎(chǔ)知識(shí),1.1 可編程序控制器(PLC)的歷史與發(fā)展,1.2 PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域,1.3 PLC的一般構(gòu)成和基本工作原理,1.4 PLC的編程語(yǔ)言,1.5 PLC的性能指標(biāo)與分類,12/12/2024,5,第一章 可編程控制器基礎(chǔ)知識(shí),1.1 可編程控制器的,歷史和發(fā)展,可編程控制器的產(chǎn)生與歷史,繼電器控制系統(tǒng)的特點(diǎn),缺點(diǎn)：,體積大、可靠性低、查找故障困難、接線復(fù)雜、對(duì)生產(chǎn)工藝變化性的適應(yīng)性差。,優(yōu)點(diǎn)：,簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜。,12/12/2024,6,2

3、0世紀(jì)60年代，由于小型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和大規(guī)模生產(chǎn)及多機(jī)群控的發(fā)展，人們?cè)噲D用小型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電接觸器控制。1968年美國(guó)General Motors公司，為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要求制造商為其裝配線提供一種新型的通用程序控制器，并提出,10項(xiàng),招標(biāo)指標(biāo)。,這就是著名的GM 10條,。,12/12/2024,7,編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；,可靠性高于繼電器控制柜；,體積小于繼電器控制柜；,維護(hù)方便，最好是插件式；,可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；,在成本上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)；,輸入可以是交流,115V,；,輸出為交流,115V,、,2A,以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥等；

4、,在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只需很小變更；,用戶程序存貯器容量至少能擴(kuò)展到,4K,。,GM10條是可編程序控制器出現(xiàn)的直接原因：,12/12/2024,8,可編程控制器的發(fā)展大體可分為以下幾個(gè)階段：,第1階段：,可編程控制器剛問(wèn)世時(shí)，功能十分簡(jiǎn)單，只有邏輯運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)數(shù)等功能。,第2階段：,集成電路技術(shù)的發(fā)展及微處理器的產(chǎn)生，使PLC技術(shù)得到了較大的發(fā)展。,第3階段：,單片計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)以及大規(guī)模集成電路的使用，推進(jìn)了PLC的進(jìn)一步發(fā)展，使其演變成專用的工業(yè)計(jì)算機(jī)。,12/12/2024,9,可編程控制器的發(fā)展大體可分為以下幾個(gè)階段：,第4階段：,計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及超大規(guī)

5、模集成電路、門陣列電路的使用、促使PLC完全計(jì)算機(jī)化。,第5階段：,RISC(精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))芯片在計(jì)算機(jī)行業(yè)大量使用，表面貼裝技術(shù)和工藝已成熟，這些使PLC整機(jī)的體積大大縮小，PLC開(kāi)始大量使用16位和32位的微處理器芯片，有的PLC已使用RISC芯片。,12/12/2024,10,1.1.2,可編程控制器的發(fā)展及定義,1969年，美國(guó)數(shù)據(jù)設(shè)備公司(DEC)研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器，并成功地應(yīng)用在GM公司的生產(chǎn)線上。這一時(shí)期它,主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱,PLC(Programmable Logic Controller)。,70年代后期，隨著微

6、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使PLC從開(kāi)關(guān)量的邏輯控制擴(kuò)展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過(guò)程控制領(lǐng)域，,真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置,，,故稱為可,編程控制器,，簡(jiǎn)稱PC(Programmable Controller)。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)相混淆，故人們?nèi)?習(xí)慣地,用PLC作為可編程控制器的縮寫。,12/12/2024,11,1985年1月,國(guó)際電工委員會(huì)的定義,：,“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，,專為工業(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、模擬

7、式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按,易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充的原則設(shè)計(jì),”。,12/12/2024,12,1.1.3,PLC的發(fā)展趨勢(shì),1.方便靈活和小型化,2.高功能和大型化,3.,產(chǎn)品,規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化,12/12/2024,13,1.2 PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域,PLC的主要特點(diǎn),可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。,主要有以下幾個(gè)方面：,隔離,(,采用光電耦合器,),濾波,對(duì),PLC,的內(nèi)部電源采取了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施。,設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測(cè)與診斷、,Watchdog,等電路。,利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測(cè)

8、。,對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份。,采用密封、防塵、抗振的外殼封裝結(jié)構(gòu)。,以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過(guò)程不依賴于機(jī)械觸點(diǎn)。,采用循環(huán)掃描的工作方式,，,也提高了抗干擾能力。,12/12/2024,14,2.編程簡(jiǎn)單、使用方便、柔性好,易學(xué)易懂的梯形圖語(yǔ)言,類似計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言的助記符語(yǔ)言,3.通用性好,互換性好，擴(kuò)展功能強(qiáng),4.功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)三電一體化,將電控(邏輯控制)、電儀(過(guò)程控制)和電結(jié)(運(yùn)動(dòng)控制)集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)。,5.體積小、重量輕、功耗低,12/12/2024,15,6.設(shè)計(jì)施工周期短,由于PLC用軟件取代繼電接觸器控制系統(tǒng)

9、中的大量中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等低壓電器，使整個(gè)的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。,程序設(shè)計(jì)和硬件施工可以同時(shí)進(jìn)行，因而大大縮短了施工周期。,12/12/2024,16,1.2.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域,開(kāi)關(guān)量的邏輯控制,：,可取代傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)和順序控制器。如各種機(jī)床、自動(dòng)電梯、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線、運(yùn)輸和檢測(cè)等的控制。而且輸入、輸出的點(diǎn)數(shù)不受限制。,機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制,：可用于精密金屬切削機(jī)床、機(jī)械手、機(jī)器人等設(shè)備的控制。,過(guò)程控制（模擬量控制）,：,通過(guò)配用,A,D,、,D,A,轉(zhuǎn)換模塊及智能,PID,模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)控制。,數(shù)據(jù)

10、處理,：,很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等。,多級(jí)控制,：,利用,PLC,的網(wǎng)絡(luò)通信功能模塊及遠(yuǎn)程,I,O,控制模塊實(shí)現(xiàn)多臺(tái),PLC,之間、,PLC,與上位計(jì)算機(jī)的鏈接，以完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。,12/12/2024,17,1.PLC的一般構(gòu)成和基本工作原理,1.3.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),電磁閥,電磁,線圈,指示燈,電 源,I/O擴(kuò)展接口,I/O擴(kuò)展單元,CPU,存儲(chǔ)器,用戶程序,系統(tǒng)程序,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,輸出接口,外部設(shè)備接口,輸入接口,編程器,數(shù)據(jù),打印機(jī),磁帶機(jī),計(jì),算機(jī),掃描儀,主機(jī),PLC,按鈕,行程開(kāi)關(guān),觸點(diǎn),外部設(shè)備,12/12/2024,18,PLC各部分的作用,CPU,診斷,

11、PLC,電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。,采集現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入,PLC,的寄存器中存儲(chǔ)起來(lái)。,（讀入數(shù)據(jù)指令）,按存放指令的順序，逐條讀取指令，完成各種運(yùn)算和操作。,（指令翻譯）,執(zhí)行指令規(guī)定的操作，并將處理結(jié)果送至輸出端。,（指令執(zhí)行）,響應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)求。,（中斷輸入,）,12/12/2024,19,PLC各部分的作用,存儲(chǔ)器,系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器,：,用以存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。,PLC,出廠前已將其固化在只讀存儲(chǔ)器,ROM,或,PROM,中，用戶不能更改。,用戶存儲(chǔ)器：,包括,用戶程序存儲(chǔ)區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。,這類存儲(chǔ)器一般由低功耗的,CMO

12、S-RAM,構(gòu)成，其中的存儲(chǔ)內(nèi)容可讀出并更改。,注意：,PLC,產(chǎn)品手冊(cè)中給出的“存儲(chǔ)器類型”和“程序容量”是針對(duì)用戶程序存儲(chǔ)器而言的。,12/12/2024,20,PLC各部分的作用,輸入、輸出接口電路,（）輸入接口電路,：,采用光電耦合電路，將限位開(kāi)關(guān)、手動(dòng)開(kāi)關(guān)、編碼器等現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的,控制信號(hào)轉(zhuǎn)換,成,CPU,所能接受和處理的,數(shù)字信號(hào),。,PLC的輸入接口電路（直流輸入型）,12/12/2024,21,PLC各部分的作用,（）輸出接口電路：,采用光電耦合電路，,將CPU處理過(guò)的信號(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)接觸器、電磁閥等外部設(shè)備的通斷電。,有三種類型,：,（a)繼電器輸出

13、型,繼電器輸出型,：,為有觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開(kāi),開(kāi)關(guān)頻率較低的,直流負(fù)載,或,交流負(fù)載,回路,。,12/12/2024,22,（b）晶閘管輸出型,（c）晶體管輸出型,（NPN集電極開(kāi)路,）,（d）,晶體管輸出型,（PNP集電極開(kāi)路,）,晶體管輸出型,：,為無(wú)觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開(kāi),開(kāi)關(guān)頻率較高的,直流,電源負(fù)載。,晶閘管輸出型：,為無(wú)觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開(kāi),開(kāi)關(guān)頻率較高的,交流,電源負(fù)載。,12/12/2024,23,電源,PLC,的電源,是指將外部輸入的交流電處理后轉(zhuǎn)換成滿足,PLC,的,CPU,、,存儲(chǔ)器、輸人輸出接口等內(nèi)部電路工作需要的,直流電源電路或電源模塊,。,許

14、多,PLC,的直流電源采用直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，不僅可提供多路獨(dú)立的電壓,供內(nèi)部電路使用,，,而且,還可為輸入設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)電源。,12/12/2024,24,手持編程器（外設(shè)接口）,手持編程器采用,助記符語(yǔ)言編程,，,具有編輯、檢索、修改程序、進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置、內(nèi)存監(jiān)控等功能?？梢粰C(jī)多用，具有使用方便、價(jià)格低廉的特點(diǎn)。外設(shè)接口還可以連接多種設(shè)備諸如：打印機(jī)、掃描儀等。,缺點(diǎn)：,不夠直觀,可通過(guò),PLC,的,RS232,外設(shè)通訊口,(,或,RS422,口配以適配器,),與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī),，,利用專用工具軟件,（,NPST,GR,、,FPSOFT,、,FPWIN,GR,）,對(duì),PLC,進(jìn)行編程和監(jiān)控,。利用計(jì)

15、算機(jī)進(jìn)行編程和監(jiān)控比手持編程工具更加直觀和方便。,12/12/2024,25,I,0,擴(kuò)展接口,若主機(jī)單元的,I,O,點(diǎn)數(shù)不能滿足需要時(shí),，,可,通過(guò)此接口用扁平電纜線將,I,O,擴(kuò)展單元與主機(jī)相連，以,增加,I,O,點(diǎn)數(shù),。,PLC,的最大擴(kuò)展能力主要受,CPU,尋址能力和主機(jī)驅(qū)動(dòng)能力,的限制。,12/12/2024,26,1.3.PLC基本工作原理,PLC與普通微機(jī)在許多方面有相似之處，但其工作方式卻與微機(jī)有很大的不同。,微機(jī)：,等待命令,的工作方式。如在常見(jiàn)的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式下，有鍵按下或I/O動(dòng)作，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序;無(wú)鍵按下或IO不動(dòng)作,則處于等待狀態(tài)。,PLC：,循環(huán)掃

16、描,的工作方式。CPU從第一條指令開(kāi)始按指令步序號(hào)作周期性的循環(huán)掃描，如果,無(wú)跳轉(zhuǎn)指令,則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，周而復(fù)始不斷循環(huán)，,每一個(gè)循環(huán)稱為,一個(gè)掃描周期。如下圖所示：,12/12/2024,27,圖 PLC循環(huán)掃描工作示意圖,12/12/2024,28,一個(gè)掃描周期主要分為三個(gè)階段：,輸入采樣階段,程序執(zhí)行階段,輸出刷新階段,輸入刷新,程序執(zhí)行,輸出刷新,一個(gè)掃描周期,輸入刷新,PLC的掃描工作過(guò)程,用,戶,輸,出,設(shè),備,輸,入,端,子,輸,入,鎖,存,器,輸,入,映,象,寄,存,器,輸,出,映,象,寄,存,器,輸,出,鎖,存,器,輸,出,端,子,程序,執(zhí)行,用,戶,輸,入,設(shè),備,寫,讀,讀,12/12/2024,29,圖 PLC工作過(guò)程框圖,第1階段：自診斷。,第2階段：PLC檢查是否有與編程器或計(jì)算機(jī)的通信請(qǐng)求。,第3階段：PLC的中央處理器對(duì)各個(gè)輸入端進(jìn)行掃描，將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中，這一階段也稱為輸入信號(hào)采樣階段。,第4階段：中央處理器CPU將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，以對(duì)輸入和原輸出狀態(tài)(這些狀態(tài)統(tǒng)稱為數(shù)據(jù))