第1章可编程控制器应用ppt课件

1、可编程控制器应用技术机电系机电系 康献民康献民 PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。 可编程控制器PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称PC）。与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。 可编程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贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 可编程控制

2、器概况可编程控制器概况发展趋势 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。是目前在工业控制领域中的应用潮流 .第一章第一章 绪论绪论 第一节第一节 PLCPLC控制系统与其他工业控制系统的比较控制系统与其他工业控制系统的比较1, PLC1, PLC控制系统与继电器控制系统的比较控制系统与继电器控制系统的比较 PLCPLC控制系统与继电器控制系统的比较见表。控制系统与继电器控制系统的比较见表。 比较项目 继电器控制系统 PLG控制系统控制功能的实现 由许多继电器，采用接线的方式米完成控制功能各种控制功能是通过编制的程序 来实现的对生产工艺过程变更的适应性 适

3、应性差。需要重新设计，改变继电器和接线适应性强。只需对程序进行修酌控制速度 低。靠机械动作实现极快。靠微处理器进行处理计数及其他特殊功能 一般没有有安装，施工 连线多，施工繁安装容易，施工方便可靠性 差，触点多，故障多高，因元器件采取了筛选和老化等可靠性措施 寿命 短长 可扩展性 困难容易 维护 工作量大，故障不易查找有自诊能力，维护工作量小结论：结论： 由于由于PLCPLC控制系统与继电器控制系统相比具有无法比拟控制系统与继电器控制系统相比具有无法比拟的优点，因而在今后的控制系统中，传统的继电器控制系的优点，因而在今后的控制系统中，传统的继电器控制系统被统被PLCPLC控制系统所替代是大势所

4、趋。控制系统所替代是大势所趋。 2,PLC2,PLC控制系统与计算机控制系统的比较控制系统与计算机控制系统的比较 20世纪60年代，由于小型计算机的出现，有人曾试图用小型计算机取代当时占统治地位的继电器控制系统，结果未获成功，代之的却是PLC的出现。通用计算机与PLC本身在工作目的、原理和方式都存在着较大的差异，其比较结果如表所示. 比较项目比较项目 通用计算机系统 PLC控制系统 工作目的 科学计算，数据管理等 工业自动控制 工作环境 对工作环境的要求较高 对环境要求低，可在恶劣的工业现场工作 工作方式 中断处理方式 循环扫描方式 系统软件 需配备功能较强的系统软件 一般只需简单的监控程序

5、采用的特殊措施 掉电保护等一股性措施 采用多种抗干扰措施，自诊断，断电保 护，可在线维修 编程语言 汇编语言，高级语言如：BASIC，C等 梯形图，助记符语言，SFC标准化语言 比较项 通用计算机系统 PLC控制系统 对操作人员的要求 需专门培训。并具有一定的计算机基础 般的技术人员，稍加培训即可操作使 用 对内存的要求 容量大 容量小 价钱 价格高 价格较低 其他 若用于控制，般需自行设计 机种多，模块种类多，易于集成系统结论：一般情况下，在工业自动化工程中采用PLC可靠、方便、易于维护。 PLC的发展 进入20世纪70年代，采用微处理器的工业控制计算机出现了，它与PLC共同推动着传统工业的

6、技术改造。经过较长时间的实践，人们又发现，PLC与一般的工业控制计算机相比，PLC还是有着较强的优势，其原因是PLC专为在工业环境的应用而设计 在PLC中采用的硬件和软件措施： 1、光电耦合隔离和R-C滤波器，有效地防止了干扰信号的进入。2、采用电磁屏蔽，防辐射干扰。3采用优良的开关电源，防止电源线引入的干扰。4、具有良好的自诊断功能町对CPU等内部电路进行检测，一发现出错，立即报警。5、对程序及有关数据用电池供电进行后备，一旦断电或运行停止，有关状态及信息不会丢失。6、对采用的器件都进行了严格的筛选和简化，排除了因器件问题而造成的故障。7、用了冗余技术进一步增强了可靠性。对某些大型的PLC还

7、采用了双CPU构成冗余系统，或三CPU构成表决式系统。 PLC的可靠性 随着构成PLC的元器件性能的提高，PLC的可靠性也在相应地提高。一般PLC的平均无故障时间可达几万小时以上。经过大量实践人们发现PLC系统在使用中发生的故障大多是由于PLC的外部开关、传感器、执行机构引起的，而不是PLC本身发生的。 PLC程序设计简单，易学易懂易维护，更适合于工程技术人员。因此，PLC在工业控制中获得了极大的成功，成为工业控制中的主流。 计算机在信息处理方面还是优于PLC，所以在一些自动化控制系统中，常常将两者结合起来，PLC做下位机进行现场控制，计算机做上位机进行信息处理。计算机与PLC之间通过通信线路

8、实现信息的传送和交换。这样相辅相成，构成一个功能较强的完整的控制系统。 3,PLC3,PLC控制系统与集散型控制系统的比较控制系统与集散型控制系统的比较 集散型控制系统是由回路仪表控制系统发展起来的分布式控制系统，它在模拟量处理、回路调节等方面有定的优势。 PLC随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，无论在功能上、速度上、智能化模块以及联网通信上，都有很大的提高。并开始与小型计算机联成网络，构成了以PLC为重要部件的分布式控制系统。 随着PLC网络通信功能的不断增强，PLC与PLC及计算机的互联，可以形成大规模的控制系统，在数据高速公路上(Data Highway)挂接在线通用计算机，实

9、现在线组态、编程和下装，进行在线监控整个生产过程 。PLC的特点的特点1.可靠性高,抗干扰能力强.2.配套齐全,功能完善,适用性强.3.易学易用,深受工程技术人员欢迎.4.系统的设计建造工作量少维护方便改造容易.5.体积小重量轻能耗低.PLC的应用领域的应用领域1.开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制-取代传统的继电器电路取代传统的继电器电路,实现逻实现逻辑控制辑控制顺序控制顺序控制.多用于多机的自动生产线多用于多机的自动生产线. 2.模拟量控制模拟量控制-可处理模拟信号可处理模拟信号,实现实现A/D或或D/A转换转换,控制模拟量控制模拟量.3.运动控制运动控制-通过运动控制模块通过运动控制模块,

10、可驱动步进电机或伺可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制服电机的单轴或多轴位置控制.广泛用于机器人广泛用于机器人机机床床电梯等电梯等. 4.过程控制过程控制-可完成对温度可完成对温度压力压力流量等模拟量的闭流量等模拟量的闭环控制环控制. 5.数据处理数据处理-可完成数据的采集可完成数据的采集分析分析处理任务处理任务. 6.通讯及联网通讯及联网-互相通讯及计算机网络通讯互相通讯及计算机网络通讯.第二节 继电器控制系统的介绍手动按钮的图形符号简单电路控制回路普通车床的控制原理线路图第三节 PLC控制系统的组成 PLC控制系统像一般的计算机控制系统一样，也是由硬件和软件两大部分组成的。硬件是指

11、PLC本身及其外围设备，软件是指管理PLC的系统软件、PLC的应用程序、编程语言和编程支持工具软件。 一、硬件系统的组成一、硬件系统的组成 典型的PLC控制系统的硬件组成框图，如图所示是西门子s7-200单元式其电源及CPU、输入输出均在一体中。37-300及s7-400的模块式硬件结构1 1、可编程控制器系统、可编程控制器系统PLC的基本结构框图 (1)主控模块 一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存

12、、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。 除了早期生产的整体式PLC(PLC的各个部件都在同一个机壳内)外,目前市场多数的PLC都已采用模块化的结构(PLC的各个部件独立封装，称之为模块)。 在PLC中各个模块均通过系统总线相互连接起来构成一个系统。在这个系统中最核心的模块是主控模块(也称CPU模块)，它包括：CPU、存储器、通信接口等部分。 CPU CPU PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置

13、送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路， 存储器存储器 A)系统程序存储区：它是由生产厂家直接存放的、永久存储的程序和指令，称为监控程序。监控程序和PLC的硬件组成与专用部件的特性有关，用户不能随意访问和修改这部分存储器的程序。 B)存储器区：工作数据是PLC运行过程中经常变化的、需要随机存取的些数据。这些数据一般不需要长久保存，因此采用随机存储器RAM。数据存储区包括输入、输出数据映像区，定时器计数器预置数和当前值的

14、数据。 C)用户程序存储区：用于存放用户经编程器或计算机输入的应用程序。一般采用EPROM或EEPROM存储器，用户可擦除重新编程。用户程序存储器的容量一般就代表PLC的标称容量。通常小型机小于8KB，中型机小于50KB，而大型机可以在50KB以上。 通信接口通信接口 主控模块通常有一个或一个以上的通信接口(简称通信口)，用以与计算机、编程器相连，实现编程、调试、运转、监视等功能。 现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。PPIPPI点到点接口通讯电缆点到点接口通讯电缆多重通讯多重通讯

15、: MPI: MPI多点接口方式多点接口方式 可以通过内置接口连接到MPI 网络上，波特率为19.2k/187.5kbit/s， （2输入输出模块 PLC的控制对象是工业生产过程，它与工业生产过程的联系是通过IO模块实现的。生产过程有许多控制变量，如温度、压力、液位、速度、电压、开关量、继电器状态等。因此，需要有相应的IO模块作为CPU与工业生产现场的桥梁。且这些模块应具有较好的抗干扰能力。 开关量输入模块 PLC中的CPU和般微机一样，所能接收、存储和传送的只是TTL标准电平的二进制信号。开关量输入设备类型很多，如无源触点、传感器的集电极开路晶体管等，其信号可能是交流电压、直流电压等。因此，

16、输入模块要能将生产现场的信号进行电子和格式的转换 。 开关量输出模块开关量输出模块 输出模块的任务是将CPU输出的TTL二进制控制信息转化为生产现场所需的，能驱动各种特定设备的控制信号，以驱动各执行机构动作。通常PLC输出有3种形式： 种是继电器输出型，CPU输出时接通或断开继电器的线圈，继电器的触点闭合或断开，通过继电器触点控制外电路的通断； 另一种是晶体管输出型，通过光耦合使开关晶体管截止或饱和导通以控制外部电路； 第三种是双向晶闸管输出型，采用的是光触发型双向晶闸管。继电器信号输出模块 （3 3电源模块电源模块 该模块将交流电源转换成供CPU存储器等所需的直流电源，是整个PLC系统的能源

17、供给中心。 它的好坏直接影响到PLC的功能和可靠性。日前，大多数PLC采用高质量的开关式稳压电源，与普通电源相比，PLC的电源工作稳定性好，抗干扰能力也强。有些机器的电源除了供内部电路使用外，还向外提供24V DC的稳压电源，用于外部传感器的需要，这样就避免了因外部电源不合格而引起的外部故障。 （4 4智能模块智能模块 模块化后的PLC除了主控模块外，还配备各种专用的、高级的智能模块，以适应现代工业大型系统的快速、复杂的控制和管理的要求。常用的有：温度控制模块、高速计数模块、位置控制模块以及用于联网通信的LINK模块等。以下简要介绍几种模块 温度控制模块 温度控制模块可以直接与热电偶、铂电阻等

18、温度检测元件相连，接受来自温度传感器的信号。温度控制模块实际亡就相当于温度变送器和AD转换器，将生产现场的温度信号值传送给PLC，经PLC处理后，通过模拟量输出模块，这样就可以实现温度的自动控制。西门子温度模块主要有EM231热电偶模块和EM231RTD模块 西门子EM231热电偶模块具有特殊的冷端补偿电路，提供了隔离的接口，用于7种类型的热电偶：S、T、R、E、N、K、J。它允许连接微小模拟量信号，80mV。使用时，町用DIP开关来选择热电偶的类型、断线检查、测量单位(摄氏华氏)、冷端补偿和开路故障方向等。西门子EM231热电偶模块DIP开关的设置. 提供了与多种热电阻的连接口，使用时可通过

19、DIP开关来选择热电阻的类型、接线方式、测量单位和开路故障方向. 高速计数模块 为了提高计数的速度，PLC生产厂家又推出了高速计数模块。高速计数模块可接受高达50kHz的输入信号，它可以不受PLC扫描速度的限制，专门用来监视和控制一些高速的控制过程变量，如速度、位置、流量等，位置控制模块位置控制模块 位置控制模块是用于向步进电机驱动器或伺服电机驱动器输出脉冲，控制单坐标部件或装置的位置和速度。对于某些高档的还可以实现多坐标的数字定位控制，有多种插补功能实现2轴或3轴控制。在多轴控制模块中，可以每个轴独立控制，也可以多轴联动控制。 内部具有脉冲发生器，可直接输出脉冲串，控制步进电机或直流伺服电机

20、驱动器。 数据通信模块数据通信模块 随着PLC应用系统控制规模的扩大化和控制功能的复杂化,常常需要PLC与PLC、PLC与计算机及外围设备相连构成分布式控制系统。 为了实现远程的IO和联网通信，PLC生产厂家生产了各种的通信模块(LINK模块)、远程IO模块、光纤传送IO模块等。 2 2PLCPLC外围设备外围设备 PLC的外围设备很多，但基本功能不外乎是对信息和数据的处理。常用的有编程器、可编程终端、打印机、条码读入机等等。 （1编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器

21、件，但它不直接参与现场控制运行。 （2监控设备 数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。可以通过触摸屏幕HMI将信息输入到PLC中，同样可编程终端也可以将PLC的输出数据和信息显示在屏幕上， 文本显示器 触摸屏 （3存储设备 有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。 编程器及触摸屏幕3、PLC的通信联网 PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一

22、样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。 当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。 第五节第五节 编程语言的形式编程语言的形式 最常用的两种编程语言，一是梯形图，二是助记符语言表。采用梯形图编程，因为它直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件；采用助记符形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。 虽然一些高档的PLC还具有与计算机兼容的C语言、B

23、ASIC语言、专用的高级语言如西门子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP），还有用布尔逻辑语言、通用计算机兼容的汇编语言等。不管怎么样，各厂家的编程语言都只能适用于本厂的产品。 编程指令 指令是PLC被告知要做什么，以及怎样去做的代码或符号。从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点PLC与普通的计算机是完全相同的。同时PLC也有编译系统，它可以把一些文字符号或图形符号编译成机器码，所以用户看到的PLC指令一般不是机器码而是文字代码，或图形符号。常用的助记符语句用英文文字可用多国文字的缩写及数字代表各相应指令。常用的图形符号即梯形图，它类似于电气原理图是符号，易为电气工作人员所接受。 指令

24、系统：一个PLC所具有的指令的全体称为该PLC的指令系统。它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着PLC的功能和性能。一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。我们在编程之前必须弄清PLC的指令系统 。 程序：PLC指令的有序集合，PLC运行它，可进行相应的工作，当然，这里的程序是指PLC的用户程序。用户程序一般由用户设计，PLC的厂家或代销商不提供。用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂的程序，更难读，所以多数程序用梯形图表达。 梯形图：梯形图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。 它的连线有两种：一为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载LD指令开始，必要时再继以若干个输入指令含LD指令），以建立逻辑条件。最后为输出类指令，实现输出控制，或为数据控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。母线是用来连接指令组的。下图是三菱公司的FX2N系列产品的最简单的梯形图例： 三菱PLC型号功能说明 FX系列PLC是三菱公司从FF1F2系列发展起来的小型PLC系列产品，发展历程如下 F(1985年前)F11985-1990）F21990-2019）FX