PLC概述-教学讲解课件

可编程控制系统(PLC)可编程控制系统的概述可编程控制器(PLC)具有逻辑计算计时及顺序功能，实现生产过程自动化检测与控制报警联锁保护的自动化控制装置。一， 可编程控制器的产生与发展（一） 可编程控制器的产生可编程控制器在早期的设计中才有了计算机的设计思想，但是自能代替继电器实现逻辑控制，主要用于顺序控制，所以被称为可编程逻辑控制器简称PLE.可编程控制系统的概述国际电工委员会颁布的PLC的定义为：可编程控制器是指一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用可编程序的存储器。用来在其每部存储执行逻辑运算，顺序控制定时技术和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出来控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器是专为工业环境应用而实际制造的计算机。它具有丰富的输入输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器并不针对某一具体的工业应用，在实际应用时，其硬件应根据具体需要进行选配，软件则有技术人员根据时的控制要求或生产工艺流程进行设计。可编程控制系统的概述（二）。PLC的发展历史1第一代世纪PLC（20世纪60~70年代中期）早期的PLC作为继电器控制系统的替代物，其主要的功能只是执行原先由原先的继电器完成的顺序控制和定时控制等任务。可编程控制系统的概述2第二代世纪PLC（20世纪70~80年代后期）20世纪70年代，微处理器的出现时PLC发生了巨大的变化。各个PLC制造上线后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元，使PLC的功能大大增强。软件方面指令的系统中增加了算术运算，数据传送和处理，通信，自诊断等功能，在硬件方面，除了原有的开关量以外，还增加了模拟量输入输出模块，远程模块和各种特殊功能米快，如高速计算机模块，模块，定位控制模块和通信模块等，同时扩大了存储容量和各类继电器的数量，并提供一定数量的数据寄存器，进一步增强了PLC的综合性能。可编程控制系统的概述3第三代PLC（20世纪80年代后期至今）20世纪80年代后期为了进一步提高PLC的处理器速度，各个PLC制造厂家还开开发了专用芯片。PLC的软件，硬件功能发生了巨大变化，体积更小，成本更低，模块更丰富，硬件资源更多，处理速度更快，指令功能更强，即使是小型PLC，其功能也大大增强，在有些反面甚至超过了早期的大型PLC的功能.可编程控制系统的概述（三）。PLC的发展方向随着相关技术，特别是超大规模集成电路技术的迅速发展及其在PLC中的广泛应用，PLC中采用更高性能的微处理器作为，功能进一步增强，逐步缩小了与工业控制计算机之间的差距。同时模块更丰富，网络功能进一步增强，以满足工业控制的实际需要编程语言除了梯形图外，还可以采用指令表，顺序功能图以及高级语言，如BASIC和C语言等，另外，还普遍采用了表面贴装技术，不仅成本降低，体积减小，而且还进一步提高了系统的综合性能，现代的发展有两个主要趋势。其一是想体积更小，速度更快，功能更强，价格更低的为小型方面发展，其二是向大型网络化，高可靠性，良好的兼容性和多功能方面发展，趋向于当前工业控制计算机的性能。可编程控制系统的概述二， PLC的分类PLC的分类方法有多种，如按规模可分为大中小型，按结构可分为整体式和组合式。在实际应用中通常都按点数来分类。（一） 根据点数分类、输入输出点鼠标名可以从外部接受多个变量，记得PLC输入输出端子数。一般来说，点数多的PLC功能较强。1．小型PLC点数在256点一下的PLC成为小型机。其特点是体积小，结构紧凑，整个硬件融为一体，是实现机电一体化得想控制器。也是一种在实际空中应用最为广泛的机型。可编程控制系统的概述2．中型PLC中型PLC采用模块化结构其点数一般在256-1024点之间。中型PLC在逻辑运算功能的基础上增加了模块量的处理，算术运算，数据通信等功能，可完成既有开关量又有模拟量的复杂控制3．大型PLC点数在1024点以上的PLC称为大型机。大型机PLC的软件，硬件功能极强，功能更加完善，具有数据处理。模块调节，联网通信，监视，存储，打印和自诊断等功能，可以进行总段控制智能控制，远程控制等。可编程控制系统的概述（二）。根据结构分类从结构形式上，可以分为整体式和模块式两类。一般小型PLC多为整体式结构。在小型PLC上，CPU,电源I/O单元等都集中配置在一起，有些产品则全部装在一块电路板上，结构紧凑，体积小，重量轻，容量装配在设备的内部，适合与设备的单机控制。整体式PLC的缺点是很多主机的点数固定，使用不够灵活，维修也不够方便。模块式PLC的各个部分以单独的模块分开配置。一般大，中型PLC多为模块结构。模块是通常由机架底板连接各模块，底板上有若干插座，也有的PLC为串行连接。没有底板。在实际使用时，可根据具体的需要将配置的各种模块直接插入机架底板即可。这种PLC配置的结构灵活，装配方便，易于扩展，可根据控制要求灵活配置各种模块，构成各种功能不同的控制系统。其缺点是结构相对复杂，价格较高。可编程控制系统的概述（三）。根据生产厂家分类PLC生产厂家很多，各个厂家生产的PLC在I/O点数，容量。功能等方面各有差异，目前能配制生产大中小微型系统，较有影响并在中国市场占有较大份额的公司有：1.德国西门子(SIEMENS)公司。德国西门子公司有S5系列的产品，如S5-95U，S5-100U,S5-115U,S5-135U.S5-155U为大型机，控制点数可达6000多点，模拟量可达300多路。最近还推出了S7系列，如S7-200小型，S7-300中型及S7-400大型，性能比S5系列大有提高。可编程控制系统的概述2.美国施耐德公司系列产品控制系列最大2592个点多站点控制系统可配置网络服务功能，最大64000个I/O点。在通信选件的支持下具有至工厂及和现场总线网络的连接性。支持超过八个工业标准的网络。美国公司的系列有PLC多种型号。另外，它也有微型即为其中的一种。有三种配置可供选择点数分为12/8、18/12、。24/16。美国AB公司，日本FANAC公司合资生产的系列产品具有用软设定代替应设定，结构化编程，多重编程语言等特点，它具有等多种型号。另外，还有和中型机90-30系列，其型号有344、331、323、321多种。3．日本OMRON公司。他生产的CPM1A,P,H.CQM1型机中，大，中，小微型均有，特别在中小微型方面更有特长。在中国及世界市场都占有相当大的份额。日本三菱公司。小型机有FI系列和FXZ系列，中大型机A系列有爱是，AIS,AZC等。日本日立公司。E系列为箱体式基本箱体有E-20E-28E-64，其中I/O点数分别为12/8，16/12,24/16，另外还有扩展箱体，规格与主箱体相同，其中M系列微模块式的，可在16-160点之间组合。日本东芝公司。主要产品有EX小型机EX-PLUS小型机和EX100系列模块式PLC.日本松下公司。FPI系列微小型机，结构也是箱体式的，尺寸紧凑。FP3为模块式，控制规模也较大，工作速度很快，基本指令仅需0.1微秒日本富士公司。NB系列为箱体式的，小型机NS系列为模块式的。（4）国内生产的产品。国内PLC厂家规模多不大，如无锡华光公司生产有多种型号与规格的PLC，如SU,SG等。可编程控制系统的概述三．PLC的特点与应用（一）PLC的特点PLC把微型计算机技术和继电器控制技术融合在一起，具有计算机的功能完备，灵活性强，通用性好以及继电器，接触器控制系统简单易懂，维修方便等特点，主要体现在以下几个方面：1．编程简单易学。2．可靠性高。3．功能性强。4．安转简单，维修方便。5．采用模块化结构。6．接口模块丰富。7．系统设计与调试周期短。可编程控制系统的概述（二） PLC的应用经过了长期的工程实践，PLC的上述特点越来越为广大技术人员所认识和接受，已经广泛地应用到了石油化工，机械，钢铁，交通，电力，轻工，采矿，水利，环保等各个领域，包括从事单机自动化到工厂自动化，从机器人，柔性制造系统到工业控制网络等，从功能来看，PLC的应用范围大致包括下述几个方面。1．逻辑(开关量)控制逻辑控制是PLC最基础的功能，也是最为广泛的应用，PLC具有与或非异或和触发器等各种各样的逻辑运算功能。采用PLC可以方便地实现各种开关量控制，用以取代继电器控制系统，实现操作按钮，各种开关及现场其他输入信号或检测信号的作用，PLC可以控制执行机构完成相应的控制功能。可编程控制系统的概述2．定时控制PLC具有定时控制功能，可为用户提供几十个甚至上千个定时器。时间设定值既可以由用户在编程时设定，也可以有操作人员在工业现场通过人-机对话装置实时地设定，实现具体的定时控制。3．计数控制PLC具有计数控制功能，可为用户提供几十个甚至上千个计数器。计数器的是设定方式同定时器一样。计数器分为普通计数器，可逆计数器，高速计数器等类型，以实现不同用途的计数控制。一般计数器的计数频率较低，如需对频率较高的信号进行计数，则需要借助于中的高速计数器或选用高速计数频率可达50千赫兹，甚至更高，也可选用具有内部高速计数器的PLC。目前的PLC一般可可以提供技术频率达10千赫兹。计数器的实际技术职业可以通过人机对话装置实时地读出或修改，便于实际应用。可编程控制系统的概述4．步进控制PLC具有步进顺序控制。在新一代的PLC中。可以采用规定的用于顺序控制的标准化语言-顺序功能图编写用户功能程序，实在是先按照时间或输入状态的顺序控制相应输出的场合更简洁。5．模拟量处理与PID控制PLC具有A/D和D/A转换模块，转换的位数和精度可以根据用户的实际需要进行选择。因此，能够进行模拟量处理与控制。可以结束如何输出模块信号，模拟量一般为的4-20MA电流，1-5V的电压。为了既能完成度仪模拟量的控制，又不加重的负担，一般选用专用的PID控制模块实现PID控制。此外，还有温度测量模块，可以直接连接各种热电偶等温度传感器模块。可编程控制系统的概述6．数据处理PLC具有数据处理能力，可进行算术运算，逻辑运算，数据比较，数据传输，数值转换，数据移位，数据显示和打印，数据通信等功能。如加、减、乘、除、开方、与、或、与、异、求反等操作。7．数据通信和联网功能现在的PLC都具有RS-232,RS-422,RS-485或现场总线等通信接口，可进行远程I/O控制，两台或多台PLC可实现联网和通信。外部设备与一台或多台之间可以实现数据传输。通信口岸标准的硬件接口和相应的通信协议完成通信任务的处理。可编程控制系统的概述四、PLC的性能指标PLC性能指标是指反应性能高低的一些相关的技术指标，主要包括输入输出点数，处理速度扫描时间，存储器容量，定时器，计数器以及其他辅助继电器的种类和数量，指令的各种预算处理能力等。下面予以简要介绍。PLC的规模一般I/O点数开关量据输入输出信号的总和表示，及输入及电气与输出继电器的数量之和。I/O点数通常是实际应用中最关心的一个技术指标。根据输入输出的点数一般可分为小型中型大型三种。通常一体式的主机都带有一定数量的输出继电器。如果不能满足要求，还可以用相应的扩展模块来扩展点数。可编程控制系统的概述（一） 存储器容量在PLC的应用系统中，存储器容量是指保存用户程序存储器的大小，一般以“步”为单位。一步为一条基本单位指令占用的存储空间，即2B。小型PLC一般只有几千步到几十千步。大型PLC则能到几百千步的存储容量。（二） 处理速度PLC的处理速度一般用基本指令的执行时间来衡量，一般取决于所才用的的性能。早期的一般为左右现在的速度则快得多，如西门子公司的S7-200系列的执行速度为0.8微秒。欧姆龙公司CPM2A的系列PLC达到0.64微秒，三菱公司的FX系列则达到0.08微秒，1000步基本指令的运算只需要80微秒，大型的PLC工作速度则更高。因此PLC的处理速度可以满足绝大多数的工业控制要求。可编程控制系统的概述（三） 软元件的种类和数量软件种类的数量从一个方面反映了PLC的性能，一般PLC都有一定数量的辅助继电器，数据寄存器，定时器和计数器等软件。各种软件的种类和数量，特别是定时器最大的时限大约为，为了满足高精度控制的要求，PLC的时钟精度在不断提高。（四） PLC处理数据的范围PLC处理数值位为16位二进制数，对应的十进制数范围是0-9999或32768-32767。在高精度的控制系统中，可以处理近卫的32进位制数，对应的十进制数范围是-2147483648。在过程中控制等应用中，为了实现高精度运算，必须采用浮点运算。现在新型的PLC都支持浮点数的处理，可以满足更高的控制要求。可编程控制系统的概述（五） PLC指令种类及条数指令系统是衡量PLC软件功能高低的主要指标。的指令系统一般分为基本指令和高级指令也成为功能指令和应用指令两大类。不同的PLC其基本指令都大同小异。相对比较稳定。高级指令则随PLC的发展而越来越多，功能也越来越强，PLC据用的指令种类及条数越多，则其软件功能越强，变成就越灵活，越方便。另外，各种智能模块的多少，功能强弱也是说明总体性能高低的一个重要标志。智能模块越多，功能越强，系统的配置和软件的开发也就越灵活。可编程控制系统的概述五PLC控制系统的构成及工作方式（一） PLC控制系统的构成PLC是基于计算机技术合租动控制理论发展而来的，它既不同于普通计算局，有不同GUU一般计算机控制系统，PLC实质上是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。作为一种特殊形式的计算机控制装置，PLC在系统机构硬件组成，软件构成，通道以及用户界面诸方面都有其特殊性。PLC从组成形式上一般分为整体和模块两种，但在系统硬件结构上基本相同。整体式PLC一般有I/O板,CPU板显示面板，内存和电源等组成，一般按性能又分为若干规格，模块式PLC一般有模块模块，内存模块，电源模块，地板或机架等组成。无论哪种结构类型的PLC，都属于总线式的开放结构，其能力多数可根据用户需要进行扩展与组合。可编程控制系统的概述1.中央处理器与通用计算机中的中央处理器一样，PLC中的CPU也是整个系统的核心部件，主要有运算器，控制器，寄存器及实现他们之间了联系的地址总线，数据总线和控制总线构成。此外，还配置有外围芯片，总线接口及有关电路。CPU在很大程度上决定了的整体性能，如整个系统的控制规模，工作速度和内存容量等。中的控制其控制工作，由它读数指令，解释并执行指令。工作的时序节奏有振荡信号控制。PLC中的运算用于完成算数或逻辑运算，在控制器的指挥下工作。PLC中的寄存器参与运算，并存储运算的的中间结果。它也是在控制器的指挥下工作作为的核心，内部各个单元电路的工作状态等。可编程控制系统的概述（1）CPU接受从编程器或计算机输入的程序和数据，并送如用户程序和数据，并送如程序存储器中存储。（2）监视电源，PLC内部各个单元电路的工作状态等。（3）诊断编程过程中的语法错误，对用户程序进行编译。（4）在PLC进入运行状态后，从用户程序存储器种族条读取指令，并分析，执行该指令。（5）采集有现场输入装置送来的数据，并存入指定的寄存器中。（6）根据程序进行处理，根据运算结果，更新有关标志位的装套和输出。（7）状态或数据寄存器的内容（8）根据输出状态或数据寄存器的有关内容，将结果送到输出接口。（9）响应中断和各种外围设备如编程器和打印机等的任务处理请求。PLC当处于运行状态时，首先以扫描的方式接受现场各个输入装置的状态和数据，并分别存入相应的输入缓冲区。然后从用户程序存期种族跳读去用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或数据运算，将运算结果送入相应的输出缓冲区或数据寄存器内。在所有的用户程序执行完毕之后，最后将换从区的各个输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置。如此循环运行，知道处于编程状态，用户程序停止运行。CPU模块的外部表现就是巨涌工作状态的显示，运行指示，输入，输出知识和故障指示等。总线接口用于谅解模块后特殊或特殊功能模块，内存接口用于安装存储器，外设接口用于连接编程器等外部设备，通信接口则用通信。此外PLC模块上还有许多设定开关，用一对进行设定，如设定工作凡是和内存区等。为了进一步提高的PLC可靠性，近年来，大型PLC中还采用了CPU双结构，构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，及时某个CPU出现故障，整个系统仍正常运行，确保系统的可靠。可编程控制系统的概述2存储器存储器（内存）主要用于存储器程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。PLC中的存储器一般包括系统程序岑初期和用户程序存储器两部分。系统程序存储器用于存储器整个系统的监控程序，一般采用只读存储器，具有掉电不丢失信息的特性。用户程序存储器用于用户更具工艺要求或控制功能设计的控制程序，早期一般采用随机存取存储器，需要后备电池在掉电后保存程序，免去了后备电池的麻烦。有些小型PLC的存储器容量固定不能扩展，多数则可扩展存储器。可编程控制系统的概述1） PLC常用存储器的类型（1） RAM是一种读写存储器，也成为随机存取存储器，存取速度最快，单调点后信息就会丢失，需要锂电池作为后备电源，。（2） EPROM是一种擦除的只读存储器，擦除时间很短，不需要专用的擦除设备。使用编程器可以很方便的对其中所存储的内容进行修改。（3） EEPROM是一种可擦除的只读存储器。查处时间很短，不需要专用的擦除设备。使用编程器可以很方便地对其中所存储的内容进行修改。可编程控制系统的概述2） PLC中存储空间的分配虽然各种的PLC的CPU最大寻址空间各个相同，但是根据PLC的工作原理，其存储器空间一般包括系统程序存储区，系统ROM存储区和用户程序存储区三个部分。（1）系统程序存储区（2）系统RAM存储区（3）缓冲区（4）系统软件存储区① 内部继电器。② 数据寄存器③ 定时器和计数器④ 工作寄存器3．输入输出模块输入输出模块通常称为I/O模块单元或单元。PLC提供了各种工作电平，连接形式和驱动能力的模块。有各种功能的模块供用户选用，如电平转换，电气隔离，串并行转换。开关量输入，输出，模数转换以及其他功能模块等。按点数确定米快的规格及数量，模块可多可少，但其最大数受PLC所能管理的配置能力。及底板或机架槽数的限制。PLC的对外功能主要是通过跟中接口模块以外接联系而实现。输入模块和输出模块是PLC与现场装置或设备之间的连接部件。起着PLC与外部设备之间传递信息的作用。模块非为开关量输入，开关量输出，模拟量输入和模拟量输出等模块，通常模块上还有接线端子排和状态显示，一边与链接和监视。模块即可通过可通过地板纵向与主控制模块放在一起，构成一个系统，又可通过插座用电线引出远程放置，实现远程控制机联网。开关量模块按电压高低分为，按隔离方式分为继电器输出，晶闸管输出和晶体管输出等类型。模拟量模块按信号类型分为电流型，电压型等规格，按精度分为12位，14位，16位等规格。可编程控制系统的概述4．智能模块除了前面介绍的通用I/O模块外，还提供了各种各样的特殊功能模块，如热电阻，热电偶，高速计数器，位置控制，运动控制，以太网，现场总线，远程控制，温度控制，中断控制，控制，打印机等专用或智能型的模块，用以满足各种特殊功能的控制要求。模块的类型，各种与规格越多，系统的灵活性越高。模块容量越大，系统适应性就越强。5．编程设备常见的编码设备又见一手持编程器，只能图形编程器和机遇的专用编程软件。编程设备用于输入和编程用户程序，对系统设计做一些设定，监控PLCP及LC控制机所控制的系统的工作状况。编程设备在的应用系统设计与调试，监控运行和检查维护中是不可缺少的部件，但不直接参与现场的控制。可可编程控制系统的概述编程控制系统的概述6.电源PLC中不同的电路单元需要不同的工作电源，如CUP和电I/O路采用不用的工作电源。因