《可编程序控制器》课件

可编程序控制器概述可编程序控制器(ProgrammableLogicController,PLC)是一种用于工业自动化的数字计算机,通过编程来控制各种机器和工艺。作为工厂自动化的核心部件,PLC广泛应用于生产车间、工业过程控制等领域。可编程序控制器的发展历程11968年第一台可编程序控制器问世,标志着自动化时代的开启。21970年代可编程序控制器快速发展,广泛应用于工业生产中。31980年代可编程序控制器越来越智能化,支持更复杂的编程语言。421世纪物联网和工业4.0时代到来,可编程序控制器迈向更智能化和网络化。可编程序控制器的基本组成中央处理单元(CPU)负责程序执行和数据处理的核心部件,执行控制逻辑、进行算术运算和数据管理。输入输出模块连接各种传感器和执行机构,实现与外部设备的数据交换。存储器用于存储控制程序、中间数据和参数等,确保可编程序控制器的工作。编程设备用于编写、下载和调试可编程序控制器的程序,如编程终端和个人电脑。中央处理单元(CPU)1核心控制单元负责执行程序指令、控制数据流向和时间序列。是整个PLC系统的大脑和决策中枢。2强大的计算能力通过高性能的中央处理单元,可以快速完成复杂的逻辑运算和数据处理。3灵活的编程方式CPU支持梯形图、指令表、功能块等多种编程语言,满足不同应用需求。4稳定的运行机制独特的扫描循环机制确保CPU能可靠地持续控制整个系统运行。输入输出模块功能概述输入输出模块是可编程序控制器的重要组成部分,负责将现场设备的输入信号传递给CPU,并将CPU运算的输出信号传递给执行机构。输入模块输入模块采集来自开关量、模拟量等现场设备的信号,并将其转换成CPU可识别的数字信号。常见的输入模块包括数字量输入、模拟量输入等。输出模块输出模块将CPU的输出信号转换成电压、电流等形式的控制信号,以驱动执行机构如电机、阀门等。常见的输出模块包括数字量输出、模拟量输出等。接线技术正确的输入输出模块接线是确保可编程序控制器可靠运行的关键。需要遵循接线规范,并采取必要的抗干扰措施。存储器程序存储器用于存储和运行PLC的控制程序,保证程序能够高效、持续地执行。数据存储器存储PLC输入输出信号、中间结果等各类数据,确保数据读写的高速性。参数存储器存储PLC配置参数和用户设置,以便在断电后恢复系统状态。编程设备编程设备用于编写、保存和传输可编程控制器程序的专用设备。通常包括编程终端、手持编程器或工业电脑等。编程终端编程终端是可编程控制器编程的常用设备,提供键盘、显示屏等功能,能快速高效地编辑和下载程序。手持编程器手持编程器是一种轻便易携的编程设备,具有键盘、显示屏等功能,可用于现场编程和故障诊断。可编程序控制器的工作原理扫描输入PLC会定期扫描各输入点的状态,并将数据保存在存储器中。执行程序PLC依照预先编写好的用户程序,对数据进行逻辑判断和运算处理。更新输出PLC根据运算结果,向各输出设备发送控制信号,执行具体的动作。扫描循环机制1扫描输入PLC定期扫描输入设备,获取当前输入信号状态。2执行程序根据输入信号状态执行存储的用户程序。3更新输出将执行结果更新到输出设备,完成一个扫描循环。可编程控制器(PLC)通过扫描循环机制不断读取输入信号状态、执行存储的用户程序、更新输出设备状态,以此来实现对工艺过程的实时监控和控制。这种周期性的扫描循环机制确保了PLC能够快速响应现场变化并作出适当反应。程序执行过程1扫描输入读取输入信号状态2执行程序按照编程逻辑执行指令3更新输出根据执行结果更新输出信号可编程序控制器的程序执行过程主要包括三个步骤:首先扫描并读取所有输入信号的状态,然后根据编程逻辑顺序执行指令,最后更新控制对象的输出信号。这个循环重复执行,使得PLC能够实时监控和控制生产过程。输入输出系统输入模块负责采集来自现场的各种类型信号,如开关量、模拟量、脉冲量等,并将其转换为可由PLC内部逻辑程序处理的数字信号。输出模块根据PLC内部逻辑程序的运算结果,将控制信号输出到执行机构,如电机、电磁阀、指示灯等。通信接口提供与上位控制系统、HMI人机界面以及其他设备之间的通信功能,实现数据交互和远程监控。常用指令和编程语言梯形图编程使用直观的梯形图语言对PLC程序进行可视化编程,符合电气控制人员的思维习惯。功能块编程基于函数块的编程方式提供了更强的模块化和复用性,有助于构建可靠和复杂的控制系统。指令表编程以指令列表的形式编写PLC程序,程序结构清晰,适合编写简单的控制逻辑。结构化文本编程采用高级语言风格的编程方式,可实现更加复杂的算法和逻辑控制,提高了程序的可读性。梯形图编程1简单明了的视觉化编程梯形图采用了类似电路图的直观表示方式,让编程变得更加直观易懂。每个指令都以图形元素的形式展现。2逻辑型指令的组合通过串联或并联不同的指令,可以构建出复杂的逻辑控制程序,实现各种自动化控制功能。3广泛应用于工业领域梯形图编程广泛应用于工厂自动化、机械设备控制等工业领域,是可编程序控制器最常用的编程方式之一。功能块编程直观易用采用预定义的功能块实现编程,具有更简单、直观的编程方式,可快速完成PLC程序的开发。模块化设计将复杂的控制逻辑分解为独立的功能模块,提高了程序的模块性和可重用性。丰富功能大型PLC厂商提供了各种类型的功能块库,包括逻辑运算、定时器、计数器等,满足各种控制需求。指令表编程简单灵活指令表编程使用简单明了的指令命令来编写PLC程序,操作直观,易于上手。每个指令都有独特的功能,可以灵活组合实现不同的控制逻辑。高效实用指令表编程能够快速编写出简洁高效的代码,程序结构清晰,便于维护。广泛应用于工业自动化领域,是可编程序控制器编程的基础和主流方式之一。功能强大指令表包含丰富的指令集,涵盖逻辑运算、数据处理、定时控制等众多功能,可以满足复杂的工业控制需求。针对不同的控制任务,可以灵活组合使用指令。辅助工具现代PLC编程软件提供可视化的指令表编程界面,配合强大的调试功能,大大提高了编程效率和可靠性。结构化文本编程直观高效结构化文本通过语句结构和关键词实现更加直观、清晰的程序编写。逻辑性强结构化文本具有较强的逻辑性和可读性,有利于程序设计和维护。丰富指令结构化文本提供了丰富的编程指令,能够满足复杂的控制逻辑需求。可编程序控制器的分类微型PLC体积小、性能相对较弱,但足以应对简单的控制需求,常用于小型设备和家电。小型PLC性能介于微型和中型之间,可满足较复杂的控制需求,应用于中小型生产线和设备。中型PLC性能较强,可处理更复杂的控制任务,广泛应用于中大型工业生产线和设备。大型PLC功能强大,可处理大规模复杂系统,适用于大型工厂和集中控制系统。微型可编程序控制器1体积小巧微型PLC的外壳尺寸紧凑,可轻松安装于狭小空间中。2功能强大虽然体积小,但通过丰富的指令集和功能模块实现复杂的控制逻辑。3主要应用常见用于设备自动化、工艺控制、小型PLC系统等领域。4经济实惠价格相对便宜,是小型系统和初学者的不错选择。小型可编程序控制器体积小巧小型PLC体积紧凑,容易安装在狭小的空间中,适合中小型工业应用场景。功能灵活小型PLC拥有多种现场总线接口,可灵活连接各类工业设备,满足不同应用需求。运行可靠小型PLC采用高度集成的硬件设计,运行稳定可靠,适用于恶劣工况环境。编程便捷小型PLC配备专用编程软件,编程界面简单,操作方便,降低了使用门槛。中型可编程序控制器性能强大中型PLC具有更强大的处理能力和更多的输入输出端口,能够处理更复杂的控制任务。编程灵活提供多种编程语言,如梯形图、指令表、功能块等,用户可根据需求灵活选择。广泛应用中型PLC广泛应用于工厂自动化、楼宇自控等领域,满足中大型设备的控制需求。大型可编程序控制器强大的处理能力大型可编程序控制器拥有强大的CPU和更大的内存空间,可以处理复杂的工业控制系统,支持大规模的输入输出设备。广泛的应用领域大型PLC广泛应用于工厂自动化、电力系统、石化工业、造船等领域,是大型工业设备的首选控制方案。强大的通信功能大型PLC提供各种通信接口,可与HMI、SCADA系统以及上位机进行数据交换,实现集中监控和远程控制。专业的编程工具配套的编程软件提供了强大的编程功能,支持梯形图、功能块等多种编程语言,满足复杂应用场景的需求。可编程序控制器的选型1工况因素分析了解可编程序控制器将应用的环境条件,如温度、湿度、震动等,选择合适的硬件规格。2功能需求评估明确可编程序控制器需要实现的控制和监测任务,选择具备相应功能的CPU和I/O模块。3可扩展性需求考虑未来可能的系统扩展需求,选择具有足够扩展性的可编程序控制器。应用场景分析工业制造可编程序控制器广泛应用于工业生产的自动化控制,如机器设备、生产线、装配线等,提高生产效率和产品质量。楼宇自动化可用于建筑物的照明、空调、安全等系统的集中监控和管理,实现智能化和节能控制。交通管控可广泛应用于交通信号灯、隧道照明、道路监控等,确保交通安全有序流畅。能源管理可用于发电厂、输配电网、燃气供给等系统的监控和调节,提高能源利用效率。工况因素考虑环境条件考虑温度、湿度、腐蚀性等自然环境因素,选择适合的可编程序控制器。工业应用针对不同的工业领域,选择具有相应功能、性能和接口的可编程序控制器。安全要求根据现场工艺流程的安全性需求,选择具有相应安全认证的可编程序控制器。电源供应考虑现场电源系统的电压、功率要求,选择合适的可编程序控制器电源接口。功能需求分析1控制逻辑复杂性评估所需的控制逻辑是否简单明了还是异常复杂,以确定合适的PLC型号。2输入输出点数根据设备规模和自动化程度,预估所需的输入输出点数,为PLC选型提供依据。3通讯协议确定设备之间采用的通讯协议类型,以选用支持相关协议的PLC。4实时性要求评估控制系统对实时性的需求程度,选用具有快速响应速度的PLC型号。可扩展性需求模块化设计采用模块化设计,便于未来根据需求进行扩展和升级。I/O接口丰富提供足够的模拟量、数字量输入输出接口,满足各种应用场景。通讯协议支持支持多种工业通讯协议,便于与其他设备进行联网。存储空间足够拥有充足的存储空间以适应日益复杂的控制程序。可编程序控制器的编程编程软件使用专门的PLC编程软件,如Siemens的TIAPortal或AB的RSLogix,进行可编程控制器的编程开发。程序设计根据控制要求,采用梯形图、功能块、指令表等语言编写PLC控制程序。程序下载通过编程设备将编写好的控制程序下载到可编程控制器的CPU中,使其能正常运行。程序调试在实际现场调试中,对程序进行分析和修正,确保可编程控制器能正常、可靠地工作。编程软件集成开发环境可编程控制器程序编辑、编译和下载等功能集成在一个软件包中。功能库管理可以调用各种常用功能模块,提高编程效率和可靠性。虚拟模拟可在软件中对程序进行仿真运行,发现并修正程序错误。在线监控可实时监视和调试控制器运行状态,提高调试效率。PLC程序设计与调试1程序编写根据工艺流程和功能需求,使用编程软件编写PLC程序2程序下载将编写好的程序下载到PLC控制器中3程序测试对PLC控制系统进行仿真测试,检查程序执行是否正确4故障诊断分析和排除程序在实际运行中可能出现的各种故障PLC程序设计与调试是确保PLC控制系统稳定高效运行的关键步骤。通过编写合理的程序、下载到PLC控制器、进行仿真测试,并对可能出现的故障进行诊断和排除,确保PLC控制系统能够满足工艺要求,实现自动化控制目标。常见故障诊断与排除输入/输出故障检查输入输出信号是否正常,确保与外围设备的连接正确无误。程序执行错误逐步排查程序中的逻辑错误,确保指令序列和数据处理正确。机械故障检查接线、继电器、执行机构等硬件部件是否存在机械故障。通讯问题检查通讯电缆和接口是否正常,确保通讯链路畅通无阻。可编程序控制器的应用案例可编程序控制器广泛应用于工业自动化领域,如机械加工、化工生产、建筑控制