青岛大学电气控制及plc学习课件

1、 可编程控制器PLC是什么？与单片机的关系？与（继电器）电气控制技术的关系？因-输入 果-输出 重点关注：PLC输入端口、输出端口的内部结构1课程内容可编程控制器概述 1 OMRON系列PLC CPM1A系统构成 1指令系统 3-4程序设计 1-2应用系统设计 1 实验2次： CX-P编程软件使用 / 基本指令练习 / 电动机控制实验/温度控制实验 / 自动送料装车实验 / 交通灯控制实验2可编程控制器概述PLC的产生与发展PLC的基本组成PLC的分类、主要特点PLC的编程语言PLC的工作方式PLC的性能指标3 一.PLC的产生与发展 继电器控制线路 与 PLC 继电器控制线路 以“继电器”为

2、基础控制元件 优点：结构简单 容易掌握 价格便宜 缺点：体积大、能耗多、功能固定单一、接线复杂、故障率高、须定时检修与维护、无法胜任繁杂、多变的电气控制要求，尤其是当欲改变控制逻辑关系时就必须改变连接线。4 为了适应汽车型号不断更新的趋势，降低生产成本，缩短产品开发周期，1968年，美国通用汽车公司（GM）试图研制一种新型控制器，以便能尽量减少因汽车型号变动而重新设计汽车装配线上的各种继电器控制线路，提出了10条技术要求、并进行新型控制器研发的招标。 著名的“GM10条” PLC问世的直接原因编程方法、简单易行，并可在现场调试时随意修改程序。系统应由插件或者模块组成，以便维修。系统的可靠性应明

3、显高于原继电器控制线路。系统的体积应明显小于原继电器控制柜。系统的性价比应明显高于原继电器控制柜。可将数据直接送入管理计算机，以便操作。输入的开关量可以是高于交流115伏的电压信号。输出的驱动信号应具有115伏、2安培以上的容量，从而可以直接驱动电磁阀之类的执行机构。具有灵活的扩展能力，以便在制造新型汽车或者改进制造工艺和流程时，无需对原 装置的硬件进行大的改动。用户程序存储器容量至少能扩展到4KB5依据GM10条，年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程控制器PDP14，并将其成功应用于美国通用汽车公司（GM）的生产线上。但由于当时它能且只能进行逻辑运算，故被称为： “可编程逻辑

4、控制器” 简称为 PLC （programmable logic controller）。 1971年，日本研制出PLC DSC81973年、1974年，西德、法国研制的PLC相继问世1977年，我国也推出了以MC14500微处理器为核心的PLC6伴随着大规模和超大规模微电子技术和计算机技术的迅猛发展，起初的可编程逻辑控制器PLC，现如今不仅可以使用开关量，而且也可以使用模拟量；不仅能进行逻辑控制，而且也能进行数字控制、生产过程控制等，已真正成为一种电子计算机工业控制装置。1985年国际电工委员会（IEC）的定义：一种进行数字运算的电子系统，专为工业环境下的应用而设计的工业控制器，采用了可以编

5、写程序的存储器，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指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。 改称为“可编程控制器”，简称PC （programmable controller）。由于PC容易与个人计算机（personal computer）相混淆，人们仍习惯地沿用PLC作为可编程控制器的缩写。7PLC以CPU为核心计算机技术自动控制技术通讯与网络技术为一体 一种数字运算操作的电子系统专为工业环境下应用而设计的工业控制装置工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）8第一代：从第一台PLC诞生到上个世纪70年代初。第二代：

6、70年代初至70年代末。 CPU使用中小规模集成电路，采用磁芯存储器。 CPU使用微处理器，采用半导体存储器EPROM。 可靠性较差，略强于继电器控制。 机种单一，没形成系列。 有了计算机接口和模拟量控制功能。 可靠性提高。 整机功能向系列化、标准化发展，并由专用向通用方向过渡。 功能简单（只有计数/定时功能）。 功能增强（增加逻辑/数据运算、数据处理、自诊断等功能）。PLC三大板块：日本、美国、西欧9第三代：70年代末到80年代中期。 CPU使用8或16位微处理器甚至多微处理器，采用半导体存储器EPROM、CMOSRAM等。 增加浮点数运算，平方、三角函数等运算。 增加查表、列表功能。 自诊

7、断及容错技术提高。 梯形图语言及语句表成熟。 小型PLC体积减小、可靠性提高、成本下降。 大型PLC向模块化、多功能方向发展。10 第四代：80年代中期到90年代中期。第五代： 90年代中期之后。 增加高速计数、中断、A/D、D/A、PID等功能。 处理速度进一步提高（1s/步）。 连网功能增强。 编程语言进一步完善，开发了编程软件。 CPU使用16位或32位微处理器。 PLC的I/O点增加，最多可达32K个I/O点。 处理速度进一步提高（1ns/步）。 PLC都可以与计算机通信。 具有强大的数值运算、函数运算、大批量数据处理的功能。 开发了大量的特殊功能模块。 编程软件功能更强大。 不断开发

8、出功能强大可编程终端(PT)。11二. PLC分类1.按结构形式划分一体化、整体式模块化、组合式整体式组合式小型机常采用整体式中、大型机常采用组合式12 OMRON 公司的整体式 PLCC28P13CPM2A14CPM1A15CQM1 OMRON 公司的组合式 PLC16C200HE OMRON 公司的组合式 PLC17CVM1底板 OMRON 公司的组合式 PLC18日本欧姆龙株式会社（OMRON） （其前身“日本立石公司”，1990年更名）小型PLC CP CPM1A CPM2A CPM2C CPM2AH CPM2AH-S SRM2C中型PLC CJ2 CJ1M CJ1 CQM1 CQM1

9、H C200Ha C200HE 大型PLC CS1D CVM1 CVM1D CS1 CV500 CV1000 CV2000192. 按点数以及内存容量划分 超小型C小型中型大型 超大型203.按输出形式划分继电器输出： 为有触点输出方式，适用于低频大功率交流负载或直流负载。 COMLED J R内 部 电 路负载输出点的状态显示 继电器 机械触点 公共端 输出点 21晶体管输出 为无触点输出方式，适用于小功率直流负载。COMT2LEDDFU+5V内 部 电 路T1R1R2R3负载光电耦合 输出点的状态显示 公共端 输出点 22晶闸管输出为无触点输出方式，适用于大功率高频交流负载或直流负载。CO

10、MLEDR2 C TFU内 部 电 路R1负载光电耦合 输出点的状态显示 公共端 输出点 234.按所组成的控制系统划分集中式控制 用一个PLC控制一台或多个被控设备。主要用于输入、输出点数较少，各被控设备所处的位置比较近，且相互间的动作有一定联系的场合。 控制结构简单。24远程式控制 一般用于被控设备十分分散，或工作环境比较恶劣的场合。控制单元远离控制现场，PLC需要采用远程通信模块，并通过通信电缆与被控设备进行信息传递。 成本较高、复杂程度增加。25分布式控制 用于多台被控设备且各被控设备之间有数据信息交换的大型控制。常采用几台PLC分别独立控制某些被控设备，然后再用通信线将几台PLC连接

11、起来，并采用上位机进行管理。 系统灵活性强、控制范围大，但需要增加用于通信的硬件和软件，系统的复杂性也更大。26三. PLC的主要特点通用性和灵活性强；2. 抗干扰能力强，可靠性高；3. 编程语言简单易学；4. 与外部设备的连线简单、使用方便；5. 自身功能强、功能的扩展能力也强；6. 控制系统设计、调试周期短；7. 体积小、重量轻、易于安装、便于机电一体化；8. 故障率低、维修或维护方便。27 小型PLC 大中型PLC 向着更大容量、更快速度、更多功能、更高的可靠性、易于联络通信的方向发展，使之能更加胜任对大规模、超级复杂系统的控制。 向着体积更小、速度更快、功能增强、价格更加低廉的方向发展

12、，使之更有利于取代传统的继电器控制线路。四. 发展趋势28五.主要性能指标 1. 用户程序存储的容量大小； 2. 输入/输出点数的多少； 3. 循环扫描速度的快慢； 4. 编程指令的种类和条数的多少； 5. 内部器件的种类和数量的多少； 6. 功能及功能扩展的能力； 7. 智能单元数量的多少； 8. 连网通信能力等。29 六. PLC的基本组成30输出设备输入设备 I/O扩展 单元 智能 单元主机输出单元输入单元 电 源外设接口I/O扩展口存 储 器 系统程序 存储器 C P U 用户程序 存储器盒式磁带机打印机EPROM写入器 上位计算机 PLC编程器可编程终端PT 整体式 PLC的基本组成

13、框图31 组合式 PLC的基本组成框图 系 统 总 线通信单元 控 制 系 统 现 场 过 程CPU单元输出单元 编程器PLC或上位计算机智能I/O单元输入单元32 输入并存储用户程序、显示输入内容和地址； CPU指挥PLC完成各种预定的功能 检查、校验用户程序，发现错误立即报警； 执行用户程序、驱动外部输出设备动作； 诊断故障、记忆故障信息并报警。 1. CPU单元以整体式为例33系统程序存储器 存储系统程序用户程序存储器 存储用户程序工作数据存储器 存储工作数据 2. 存储器34 PLC与外部设备联系的桥梁 开关量输入单元 开关量输出单元 直流输入单元 交流输入单元晶体管输出单元晶闸管输出

14、单元继电器输出单元 3. 输入/输出单元35 直流输入电路COM+5VLEDSR3R1AR2CT 内 部 电 路滤波 光电耦合 外部开关 输入点的状态显示 输入点 公共端 36 交流输入电路LED+5VAR2TCOMSCR1 内 部 电 路R3滤波 光电耦合 输入点的状态显示 外部开关 输入点 37 PLC由开关式稳压电源为内部电路供电抗干扰性能好 有的PLC还能向外部设备提供24V的直流电源 开关电源输入电压范围宽体积小重量轻效率高 4. 电源单元38I/O扩展口 5. I/O扩展口C28P39I/O扩展口 CPM1A的外设口和I/O扩展口40I/O扩展单元A/D转换单元 I/O扩展口可以连

15、接的设备举例41 CPM1A主机与I/O扩展器的连接主机I/O扩展器连接电缆42 I/O扩展口连接扩展器的示意图 主机输入点 输出点 扩展器输入点输出点I/O扩展端口I/O扩展端口I/O扩展口连接电缆连接电缆43 CPM1A的外设接口 6. 外设接口外设接口盒式磁带机打印机EPROM写入器 上位计算机 PLC 可编程终端PT编程器44 编程器是对PLC进行操作的工具 专 用 编 程 器 在装有专用编程软件的计算机上编程 简易编程器 直插式、便携式 计算机辅助编程 图形编程器 7. 编程器45显示屏工作方式选择开关编程位主机监控位运行位编程器直插式编程器46键盘指令键数字键编辑键清除键直插式编程

16、器47便携式编程器键盘显示屏工作方式选择开关48 CPM1A主机与编程器的连接49 CPM1A主机与编程器的连接50计算机辅助编程计算机编程 软件PLC专用电缆计算机编程 软件PLC 通 信适配器RS-232电缆51 智能单元本身是一个独立的系统 它们拥有自己的CPU、系统程序、存储器、与外界相连的接口组合式PLC：智能单元是PLC系统的一个模块通过系统总线与CPU单元相连接在CPU单元的协调管理下独立地进行工作整体式PLC： 主机通过I/O扩展接口与智能单元连接 8. 智能单元52七. PLC的编程语言 功能块 梯 形 图结构文本 等 语 句 表是“面向过程控制”的自然语言，易懂易学。53

17、1. 梯形图编程语言 继电器控制线路与PLC中的符号对照 继电器 PLC常开常闭 触 点线 圈 梯形图编程语言是一种图形语言，与继电器控制线路相对应，形象、直观，是PLC的主要编程语言。( P21） 54000000100001000PLC控制00001SB2KMKM继电器 控 制SB1 两种控制的梯形图比较线圈线圈常开触点常开触点常闭触点常闭触点55继电器控制线路继电器需硬接线连接触点个数有限PLC继电器用程序软连接触点个数无限继电器的接线改变控制功能改变PLC的用户程序改变 控制功能改变 两种控制中继电器的区别56用PLC控制外部接线不变，改变用户程序。用继电器控制要改变控制电路的实际接线

18、。KMQFUKH M 3 SB1SB2KMKHKM 继电器控制接线 PLC控制外部接线输入设备PLCSB1SB2KHKM输出设备 欲改变控制功能：主电路 相同例如57 2.语句表编程语言 用助记符表示指令的功能（P22） 助记符语言 多条指令语句的组合构成了语句表 程序 指令语句是PLC用户程序的基础元素LD 00000OR 01000 AND NOT 00001OUT 0100000000010000100000001梯形图程序 语句表程序 58八. PLC的工作方式 PLC 采用循环扫描工作方式（P16） 扫描工作分为 5 个阶段 公 共 处 理 阶 段 程 序 执 行 阶 段 扫描周期计

19、算阶段 I/O 刷 新 阶 段 外设端口处理 阶段59设置各异常继电器异常：(ERR/ALM)LED灯亮警告：(ERR/ALM)LED闪烁异常或警告？ 无有异常检查结果正常？扫描周期监视 时间预置执行用户程序 程序结束？(END命令？)NoYes扫描周期固定值设定检查 有固定值设置？等待设定扫描周期到 计算扫描周期 I/O 刷 新正常异常警告 接通电源初始化I/O外设端口 服务初始化I/O、内部辅助、特殊辅助、辅助记忆继电器区域清零定时器预置识别扩展单元公 共 处 理执行用户 程序扫 描 周 期 计 算 处 理刷新硬件、用户程序内存检 查 外设端口服务循环扫描工作流程PLC 接通电源 初始化 硬件检查 正常？异常报警异常处理扫描周期监视执行用户程序 程序结束？扫描周期检查有固定设置？ 等待扫描周期计算 I/O刷新外设端口服务 异常 公共处理 执行用户程序扫描周期计算 刷 新端口服务600000201000000010000201000 1. PLC扫描工作各环节的功能 PLC上电后，首先检查硬件是否正常。 按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。对输入的数据进行处理， 将结果存入元件映象寄存器。 计算扫描周期。若正常，则进行下一步；若不正常，则报警并作处理。母线