电气控制技术与PLC应用5.可编程控制器概述

1、第二篇 可编程控制器技术,第五章 可编程控制器概述 第六章 三菱FX2N系列可编程控制器及其基本指令的应用 第七章 FX2N系列可编程控制器步进指令及状态编程法 第八章 FX2N系列可编程控制器应用指令及编程方法 第九章 可编程控制系统设计 第十章 FX2N系列PLC的特殊功能模块及通信,第二篇 可编程控制器技术, 了解可编程序控制器的基本结构和基本工作过程； 掌握PLC内部等效继电器电路的等效思路； 熟悉PLC的指令系统； 掌握PLC的编程方法和开发步骤。,掌握指令系统与编程方法。, PLC的梯形图与一般继电器控 制原理电路图的异、同点； 各指令的使用场合和注意点； 现场器件的常闭触点 在梯

2、形图中的使用。,第五章 可编程控制器概述,5.1 可编程控制器的基本概念 5.2 可编程控制器的特点及应用 5.3 可编程控制器的发展 5.4 可编程控制器的组成及其各部分功能 5.5 可编程控制器的结构及软件 5.6 可编程控制器的工作原理 5.7 可编程控制器系统 与继电接触器系统工作原理的差别,5.1 可编程控制器的基本概念,1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM)， 为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标， 在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。 编程方便，可在现场修改程序； 维护方便，最好采用插件式结构； 可靠性高于继电器控制装置； 数据可直接输入管理

3、计算机； 体积小于继电器控制装置； 成本可与继电器控制装置竞争； 输入电源可为市电（交流115V）； 输出电源可为市电，负载电流要求在2A以上， 能直接驱动电磁阀、接触器等； 扩展时，原系统要求变更最少； 用户程序存储器容量大于4K字节。,可编程序控制器的历史,5.1 可编程控制器的基本概念,1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求， 研制出世界上第一台可编程序控制器， 并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。 1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为 可编程序控制器（Programmable Controller），简称PC。 由于可编程序控制器最初 只具备逻辑控制、定

4、时、计数等功能， 主要是用来取代继电接触器控制， 相当于可编程序逻辑控制器（PLC）， 另一方面，为了与个人计算机（PC）相区别， 因此可编程序控制器简称为PLC。,可编程序控制器的历史,5.1 可编程控制器的基本概念,国际电工委员会(IEC)于82年11月、85年1月和87年2月 分别颁发了可编程序控制器标准草稿第一、二稿和第三稿， 对可编程序控制器作了如下的定义： “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命令， 并通过数字式或模拟式的输入和输出， 控制各种类型

5、的机械或生产过程。 可编程序控制器及其有关设备， 都应按易于与工业控制系统联成一个整体， 易于扩充功能的原则而设计”。,可编程序控制器的定义,5.2 可编程控制器的特点及应用,通用性强； 功能强； 可靠性高； 体积小、耗电少、价格便宜； 编程和接线可同步进行； 扩展灵活、维修方便； 编程语言简单、易掌握； 抗干扰能力强、可靠性高； 输入输出接口电路已设计好，输出驱动能力强。,一、可编程序控制器的特点,二、可编程序控制器的应用,1、开关量逻辑控制 2、运动控制 3、过程控制 4、数据处理 5、通信联网,5.3 可编程控制器的发展,向高速度、大存储容量方向发展 向多品种方向发展和提高可靠性（超大型

6、和超小型） 产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的PLC） 分散型、智能型、与现场总线兼容的I/0 加强联网和通信的能力 控制的开放和模块化的体系结构,可编程序控制器的发展方向,5.4 可编程控制器的组成及其各部分功能,整体式PLC组成示意图,一、中央处理单元 二、存储器 三、输入/输出模块 四、电源 五、外部设备,5.4 可编程控制器的组成及其各部分功能,装有CPU的单元称为CPU模块，其他称为扩展模块。 CPU与各扩展模块间通过电缆连接。 中、大型机常采用组合式PLC。,组合式PLC组成示意图,各单元分别做成相应的电路板或模块，插在底板上， 模块之间通过底板上的总线相互联系。,5.4 可

7、编程控制器的组成及其各部分功能,中央处理单元是PLC的主要组成部分， 是系统的控制中枢。 它的主要功能是： 接收并存储从编程器键入的用户程序和数据； 检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态， 并诊断用户程序的语法错误。 不同厂家、不同产品的CPU也不一样。 一般有三类：通用微处理机、单片机芯片、位处理器。,一、中央处理单元(CPU),5.4 可编程控制器的组成及其各部分功能,1系统程序存储器 系统程序是厂家根据其选用的CPU的指令系统编写的， 它决定了PLC的功能。 系统程序存储器是只读存储器，用户不能更改其内容。 2用户程序存储器 根据控制要求而编制的应用程序称为用户程序。 不同机型的

8、PLC的用户程序存储器的容量可能差异较大。 根据生产过程或工艺的要求，用户程序经常需要改动， 所以用户程序存储器必须可读写。,二、存储器,5.4 可编程控制器的组成及其各部分功能,输入/输出模块： (一)开关量 I/O模块 1. 开关量输入模块 直流输入； 交流/直流输入； 交流输入。 2. 开关量输出模块 继电器输出（交流/直流驱动）； 晶体管输出（直流驱动）； 双向晶闸管输出（交流驱动）。 (二)模拟量 I/O模块 (三)其他功能I/O模块,三、输入/输出模块,5.4 可编程控制器的组成及其各部分功能,(一)开关量 I/O模块 1. 开关量输入模块,交流/直流输入电路,三、输入/输出模块,

9、直流输入电路,交流输入电路,5.4 可编程控制器的组成及其各部分功能,(一)开关量 I/O模块 2. 开关量输出模块,三、输入/输出模块,晶体管输出电路 （直流驱动）,双向晶闸管输出电路 （交流驱动）,继电器输出电路 （交流/直流驱动）,5.4 可编程控制器的组成及其各部分功能,(一)开关量 I/O模块 3. 开关量I/O模块的外部接线,三、输入/输出模块,5.4 可编程控制器的组成及其各部分功能,模拟量 输入模块 结构框图,(二)模拟量 I/O模块 1. 模拟量输入模块,三、输入/输出模块,5.4 可编程控制器的组成及其各部分功能,模拟量 输出模块 结构框图,(二)模拟量 I/O模块 2.

10、模拟量输出模块,三、输入/输出模块,5.4 可编程控制器的组成及其各部分功能,(二)模拟量 I/O模块,三、输入/输出模块,模拟量输入单元框图,模拟量输出单元框图,5.4 可编程控制器的组成及其各部分功能,电源部件将交流电源转换成PLC的 中央处理器、存储器等电路工作所需要的直流电源。 电源部件还能使PLC向外部提供24V的直流电源， 给输入单元所连接的外部开关或传感器供电。,四、电源,编程器 编程器分为以下三类： 简易编程器 图形编程器 工业控制计算机作为编程器 其它外部设备,五、外部设备,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,1.按结构分类 整体式：单元式 组合式：模

11、块式 叠装式 2.按控制规模分类 微型机 控制点数在100点左右。 小型机 控制点数在250点左右。 中型机 控制点数在5001000点。 大型机 控制点数在1000点以上。 超大型机 控制点数可达上万点，甚至于几万点。 3.按生产厂家分类 德国：西门子公司 日本：三菱公司、OMRON公司 美国：GE公司、AB公司,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,西门子 S7-200,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,西门子 S7-300,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,西门子 S7-400,5.5 可编程控制器的结构及软件,一

12、、可编程序控制器的结构,S7系列的网络结构,过程测量 与控制级,过程监控级,工厂与过程管理级,公司管理级,金字塔 由4级组成,5.5 可编程控制器的结构及软件,三菱 FX2N系列,一、可编程序控制器的结构,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,三菱Q系列,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,三菱Q系列 应用举例,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,三菱Q系列 应用举例,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,三菱Q系列 应用举例,5.5 可编程控制器的结构及软件,一、可编程序控制器的结构,三菱Q系列 应用

13、举例,5.5 可编程控制器的结构及软件,二、可编程序控制器的软件,(一)可编程控制器的软件分类 1系统软件 系统管理程序用以完成机内运行相关时间分配、 存储空间分配管理及系统自检等工作。 用户指令解释程序用以完成用户指令变换为机器码的工作。 系统软件在用户使用可编程控制器之前就已装入机内， 并永久保存，在各种控制工作中并不需要做什么调整。 2应用软件（用户软件） 是用户为达到某种控制目的， 采用PLC厂家提供的编程语言自主编制的程序。,5.5 可编程控制器的结构及软件,二、可编程序控制器的软件,(二)应用软件编程语言的表达方式 应用程序编制需使用可编程控制器生产厂提供的编程语言。 至今为止没有

14、能适合于各种可编程控制器的通用编程语言。 国际电工委员会(IEC)于1994年5月公布了 可编程序控制器标准(IEC1131)，其中的第三部分是 可编程序控制器的编程语言标准(IEC1131-3)。 可编程序控制器的五种编程语言,5.5 可编程控制器的结构及软件,二、可编程序控制器的软件,(二)应用软件编程语言的表达方式 1梯形图(LD) 梯形图语言是一种以图形符号 及其在图中的相互关系 表示控制关系的编程语言， 是从继电器电路图演变过来的。 梯形图是PLC编程语言中使用最广泛的一种语言。 2指令表(IL) 指令表也叫语句表。由语句指令依一定的顺序排列而成。 类似于单片机程序中的汇编语言。 3

15、顺序功能图(SFC) 顺序功能图常用来编制顺序控制类程序。 体现了一种编程思想，在程序的编制中有很重要的意义。,5.5 可编程控制器的结构及软件,二、可编程序控制器的软件,(二)应用软件编程语言的表达方式 4功能块图(FBD) 功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言， 用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系， 熟悉数字电路的人比较容易掌握。 5结构文体(ST) 为了增强PLC的 数学运算、数据处理、图表显示、报表打印等功能， 许多大中型PLC都配备了 PASCAL、BASIC、C语言等高级编程语言。 这种编程方式叫作结构文本。,5.6 可编程控制器的工作原理,一、等效电路,PLC控制接线

16、图,PLC控制 等效电路图,（PLC的I/O配置图）,继电器-接触器控制电路图,输入 电路,输出 电路,梯形图,5.6 可编程控制器的工作原理,一、等效电路,PLC的I/O配置图,电机 控制 电路,5.6 可编程控制器的工作原理,二、扫描方式,读,写,读,写,读, 读,0 LD X0 1 OR Y0 2 ANI X1 3 OUT Y0 4 OUT T0 K100 7 LD T0 8 OUT Y1 9 END,读,读, 写, 写, 写, 写,5.6 可编程控制器的工作原理,二、扫描方式,5.6 可编程控制器的工作原理,三、工作原理,循环扫描工作方式,PLC工作状态： 运行(RUN)状态， 执行应用程序。 停止(STOP)状态， 编制与修改程序。 PLC执行一次扫描 操作所需的时间 称为扫描周期。 典型值1100ms。 其中大部分时间 用于完成用户程序 的三个阶段。,5.6 可编程控制器的工作原理,四、输入/输出滞后时间,PLC输入输出滞后时间又称为系统响应时间。 它由 输入电路的滤波时间、输出模块的滞后时间 扫描工作方式产生的滞后时间 三部分所组成。 响