《PLC基礎(chǔ)知識(shí)》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(shí),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(diǎn)與分類 1.6 PLC的發(fā)展趨勢(shì) 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(jiǎn)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(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的,并逐漸發(fā)展成為“以微處理器”為核心,將自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(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??删幊炭刂破骷捌溆嘘P(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)”。,1.1 概述1.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展, 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(

3、GM)的要求研制成功。 背景: 1968年美國(guó)通用汽車公司(GM),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。,附:GM十大要求,通用汽車公司(GM)對(duì)PLC的十大要求:,(1)編程簡(jiǎn)單,可在現(xiàn)場(chǎng)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(jìng)爭(zhēng) (6)可將數(shù)據(jù)直接送入計(jì)算機(jī) (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(dòng)電磁閥、交流接

4、觸器等負(fù)載 (9)通用性強(qiáng),擴(kuò)展方便 (10)能存儲(chǔ)程序,存儲(chǔ)器容量可擴(kuò)展到4KB,,返回,1.1 概述1.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展,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。,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(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(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。,1.1 概述1.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展,近年來(lái)PLC發(fā)展迅速 PLC由于性價(jià)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)化的三大技術(shù)支柱(

6、PLC、機(jī)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(guó)的發(fā)展,1969年,美國(guó)數(shù)字公司(DEC)根據(jù)十項(xiàng)要求研制出世界上第一臺(tái)可編程序控制器PDP-14,并在GM公司自動(dòng)裝配線上試用,獲得成功。 1971年,日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù),很快研制出日本第一臺(tái)可編程序控制器DSC-8。 1973年,西歐國(guó)家也研制出他們的第一臺(tái)可編程序控制器。 我國(guó)從1974年也開(kāi)始研制,1977年開(kāi)始工業(yè)應(yīng)用。 (遼寧無(wú)線電二廠、無(wú)錫華光電子公司、上海香島電機(jī)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(gè)品種,主要集中在美國(guó)、德國(guó)和日本。 (1)美國(guó)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(guó)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(jī)公司(歐姆龍):C20、C120、C500、C1000H等。 三菱公司:F1、F2、FX0、FX2、A系列等。 (4)無(wú)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(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各行各業(yè),隨著PLC性能價(jià)格比的不斷提高,其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。 從PLC應(yīng)用類型看,大致可歸納為以下幾個(gè)方面: 開(kāi)關(guān)量邏輯控制 運(yùn)動(dòng)控制 過(guò)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(kāi)關(guān)量邏輯控制 沖壓機(jī)械、包裝機(jī)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(yùn)動(dòng)控制 PLC使用專用的運(yùn)

9、動(dòng)控制模塊,對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度和加速度進(jìn)行控制,可實(shí)現(xiàn)單軸/雙軸/3軸位置控制,使運(yùn)動(dòng)控制和順序控制功能有機(jī)的結(jié)合在一起。如金屬切削機(jī)床、金屬成形機(jī)械、裝配機(jī)器人、電梯等。,1.1 概述1.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域,過(guò)程控制(PID閉環(huán)控制) 過(guò)程控制是指對(duì)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(guò)模擬量I/O模塊,實(shí)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(duì)模擬量實(shí)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(jī)、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(yùn)算(包括四則運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、字邏輯運(yùn)算以及求反、循環(huán)、移位、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)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(wú)人柔性制造系統(tǒng)。 通信聯(lián)網(wǎng) PLC的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程I/O之間的通信、多臺(tái)PLC之間的通信、PLC與其它智能控制設(shè)備(如計(jì)算機(jī)、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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(shí)和計(jì)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(jī)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(jì)算機(jī)。 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(chǔ)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(hào),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(chǔ)器,存儲(chǔ)器的類型: 1)RAM 隨機(jī)存儲(chǔ)器??勺x可寫,斷電不保存,讀寫速度快,價(jià)格低,改寫方便,不穩(wěn)定。一般為RAM配備一個(gè)鋰電池,以保證掉電時(shí)不會(huì)丟失信息。 2)ROM 只讀存儲(chǔ)器。可讀不可寫,斷電保存。 3)EPROM 可紫外線擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器??勺x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(chǔ)器。與EPROM區(qū)別在于用高電壓就可擦除,改寫方便,但價(jià)格比ROM和EPROM都貴。,,1.3 P LC組成1.3.3 PLC中的存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)器的作用: 用來(lái)存儲(chǔ)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(guò)程中不會(huì)變動(dòng),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(chǔ)器ROM、EPROM或EEPROM中,用戶不能訪問(wèn)和修改。,1.3 P LC組成1.3.3 PLC中的存儲(chǔ)器, 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,它和PLC控

15、制對(duì)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(shí)不會(huì)丟失信息。 為了防止干擾對(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。,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(hào):輸入模塊用來(lái)接收和采集輸入信號(hào);輸出模塊將處理結(jié)果送給被控對(duì)象,以實(shí)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(hào)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(lái)隔離外部輸入電路和負(fù)載。,輸入/輸出模塊:簡(jiǎn)稱I / O 模塊,是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)關(guān)量輸入/輸出接口 1)常用開(kāi)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(kāi)關(guān)量輸出接口: 繼電器輸出接口:響應(yīng)速度慢、動(dòng)作頻率低,可驅(qū)動(dòng)交流或直流負(fù)載 晶體管輸出接口:響應(yīng)速度快、動(dòng)作頻率高,只能用于驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載 晶閘管輸出接口:響應(yīng)速度快、動(dòng)作頻率高,只能用于驅(qū)動(dòng)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(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,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(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 P L C 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)模控制 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

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(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),它有自己的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,1.3 P LC組成1.3.6 PLC中的擴(kuò)展接口,擴(kuò)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(diǎn)數(shù)不能滿足要求時(shí),可通過(guò)擴(kuò)展接口連接擴(kuò)展單元以增加系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù),1.3 P LC組成1.3.6 PLC中的擴(kuò)展接口,通信與擴(kuò)展接口的連接實(shí)例,1.3 P LC組成1.3.7 PLC中的電源, PLC配有開(kāi)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(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。,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(jī)對(duì)話。它是開(kāi)發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)PLC不可缺少的設(shè)備。 簡(jiǎn)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(jì)算

20、機(jī)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(lái)將用戶程序固化到EPROM存儲(chǔ)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(guò)程) 從第一條程序開(kāi)始,在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下,按程序存儲(chǔ)順序的先后,逐條執(zhí)行程序,直到程序結(jié)束。然后再?gòu)念^開(kāi)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(guò)程,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。,,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(duì)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(dòng)外部負(fù)載。,1.4 PLC工作原理1.4.2 PLC的掃描工作過(guò)程, 整個(gè)過(guò)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(gè)階段, 整個(gè)過(guò)程掃描執(zhí)行一遍所需的時(shí)間稱為掃描周期, 掃描周期與CPU運(yùn)行速度、PLC硬件配置及用戶程序長(zhǎng)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(guò)程,,,,,,1.4 PLC工作原理1.4.3 PLC執(zhí)行程序的過(guò)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(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)。 程序執(zhí)行階段 按照程序規(guī)定的邏輯關(guān)系,對(duì)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)算、處理和判斷,得出相應(yīng)的輸出。 輸出刷新階段 是驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載用的,由輸出繼電器的外部常開(kāi)觸點(diǎn)、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(diǎn), 集中采樣: 在一個(gè)掃描周期中,對(duì)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(gè)掃描周期的輸入處理階段才對(duì)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(duì)輸出結(jié)果多次賦值,則最后一次有效。在一個(gè)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(duì)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(diǎn),集中采樣、集中輸出的優(yōu)缺點(diǎn): 1)提高了抗干擾能力,增強(qiáng)了系統(tǒng)可靠性 PLC工作時(shí)大多數(shù)時(shí)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(qiáng)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(diǎn),輸

24、入輸出滯后時(shí)間 又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間,是指PLC的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻,至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔。 它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分組成。 對(duì)一般的工業(yè)控制,這種滯后是完全允許的。, 對(duì)于小型PLC: I/O點(diǎn)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(duì)于大中型PLC: I/O點(diǎn)數(shù)較多,控制功能強(qiáng),用戶程序較長(zhǎng),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(diǎn),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(diǎn) 1.5.1 PLC的分類,PLC一般可從其I/O點(diǎn)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(diǎn) 1.5.1 PLC的分類(按I/O點(diǎn)數(shù)分類),根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù),PLC分為小型、中型和大型三類。,1)小型PLC I/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以下的為小型PLC (其中I/O點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的為超小型或微型PLC),2)中型PLC I/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以上、2048點(diǎn)以下的為中型PLC,,3)大型PLC I/O點(diǎn)數(shù)為2048以上的為大型PLC (其中I/O點(diǎn)數(shù)超過(guò)8192點(diǎn)的為超大型PLC),這個(gè)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(diǎn) 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(gè)機(jī)箱內(nèi), 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。(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(diǎn) 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(gè)單獨(dú)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(kuò)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(diǎn) 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(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊通過(guò)扁平電纜連接而成。,1.5 P LC的分類及特點(diǎn) 1.5.1 PLC的分類(按功能分類),1)低檔PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)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(yùn)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(jī)系統(tǒng) 。,2)中檔PLC 具有低檔PLC功能外,具有較強(qiáng)的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)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(jī)功能外,增加帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)運(yùn)算、制表及表格傳送等。高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能,可用于大規(guī)模過(guò)程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。,1.5 P LC的分類及特點(diǎn) 1.5.2 PLC的特點(diǎn),PLC技術(shù)之所以高速發(fā)展,除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需要外,主要是因?yàn)樗哂性S多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。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(jì)等問(wèn)題。, 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng), 編程簡(jiǎn)單、使用方便, 功能完善、通用性強(qiáng), 設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)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(qiáng) 可靠性高、

29、抗干擾能力強(qiáng)是PLC最重要的特點(diǎn)之一。PLC的平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)幾十萬(wàn)個(gè)小時(shí) 。 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(duì)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(duì)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(duì)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(cè)和自診斷程序,能對(duì)系統(tǒng)硬件電路等故障實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和判斷;當(dāng)由干擾引起故障時(shí),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(lái)的工作。,1.5 P LC的分類及特點(diǎn)

30、1.5.2 PLC的特點(diǎn),目前,各種PLC都采用梯形圖語(yǔ)言為第一編程語(yǔ)言,梯形圖與電器控制線路圖相似,形象、直觀,不需要掌握計(jì)算機(jī)知識(shí),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(shí),可以現(xiàn)場(chǎng)改變程序,使用方便、靈活。 同時(shí),PLC編程器的操作和使用也很簡(jiǎn)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(duì)具體問(wèn)題,設(shè)計(jì)了各種專用編程指令及編程方法,進(jìn)一步簡(jiǎn)化了編程。, 編程簡(jiǎn)單、使用方便,1.5 P LC的分類及特點(diǎn) 1.5.2 PLC的特點(diǎn), 功能完善、通用性強(qiáng) 現(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)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(yùn)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(shí),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(diǎn) 1.5.2 PLC的特點(diǎn), 設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)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(jì)、安裝接線工作量大為減少。 PLC的用戶程序大部分可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試,縮短了應(yīng)用設(shè)計(jì)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(qiáng)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(diǎn) 1.5.2 PLC的特點(diǎn),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(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備,1.5 P LC的分類及特點(diǎn) 1.5.2 PLC的特點(diǎn),1.6 PLC的發(fā)展趨勢(shì) 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(chǔ)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(gè)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(jī)接口方面,出現(xiàn)了面象對(duì)象的組態(tài)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和管理工具軟件。 在存儲(chǔ)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(shì)1.6.2 向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展,當(dāng)前中小型PLC比較多,為了適應(yīng)市場(chǎng)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(gè)方向發(fā)展。 現(xiàn)已有I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)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(chǔ)器,功能強(qiáng)。 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(chǎng)需要已開(kāi)發(fā)了各種簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)的超小型微型PLC,最小配置的I/O點(diǎn)數(shù)為816點(diǎn),以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)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(shì)1.6.3 大力開(kāi)發(fā)智能模塊,加強(qiáng)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(kāi)發(fā)出許多功能模塊,如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。這些帶CPU和存儲(chǔ)器的智能I/O模塊,既擴(kuò)展了PLC功能,又使用靈活方便,擴(kuò)大了PLC應(yīng)用范圍。 加強(qiáng)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(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信,一般PLC都有專用通信模塊與計(jì)算機(jī)通信。 為了加強(qiáng)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(shì)1.6.4 增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處

35、理能力,根據(jù)統(tǒng)計(jì)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(xiàng)共20%故障屬于PLC的內(nèi)部故障,它可通過(guò)PLC本身的軟、硬件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、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(cè)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(shì)1.6.5 編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)化,與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比,PLC的硬件、軟件體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開(kāi)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(yǔ)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(wèn)題,1994年5月國(guó)際電工委員會(huì)IEC公布了PLC的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)IEC1131-3。 標(biāo)準(zhǔn)中共有5種編程語(yǔ)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(lái)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(gè)過(guò)程。,1994年5月國(guó)際電工委員會(huì)IEC公布了PLC的編程語(yǔ)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(shì)1.6.5 編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)化,1.7 PLC的技術(shù)指標(biāo),(1) 輸入/輸出點(diǎn)數(shù),即I/O總點(diǎn)數(shù) 輸入/輸出點(diǎn)數(shù)是PLC外部輸入、輸出端子數(shù),是PLC的最重要的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。 (2) 用戶程序存儲(chǔ)容量 用戶程序存儲(chǔ)容量是以存放用戶程序的多少來(lái)衡量的,通常以字為單位表示,對(duì)于一般的邏輯操作指令,每條指令占1個(gè)字,定時(shí)/計(jì)數(shù)指令每條占2個(gè)字;有些PLC是以編程的步數(shù)來(lái)表示用戶程序存儲(chǔ)容量的,一條指令包含若干步,一步占用一個(gè)地址單元,一個(gè)地址單元為兩個(gè)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(shí)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(shí)間來(lái)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(qiáng)弱的重要技術(shù)指標(biāo),PLC具有的指令種類越多,說(shuō)明其軟件功能越強(qiáng)。 (5)內(nèi)部寄存器的配置及容量 PLC內(nèi)部寄存器是用來(lái)存放變量狀態(tài)、中間結(jié)果、定時(shí)計(jì)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(jì)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(qiáng)。,思考,在一個(gè)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(huì)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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