电机与电气控制基础 课件 第4章 PLC及其应用

第4章PLC及其应用《电机与电气控制基础》杨清德

宋文超

杨波主编目录CATALOGUE01引言02PLC的结构03PLC的基本工作原理04PLC的应用05结论《电机与电气控制基础》杨清德

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杨波主编01引言《电机与电气控制基础》杨清德

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杨波主编PLC的由来与应用PLC的产生1968年，美国通用汽车公司提出可编程控制器概念，1969年美数公司研制出首台PLC并成功应用于通用汽车生产线，标志着工业控制自动化的新时代。PLC的定义PLC是一种具有微处理器的数字运算控制器，用于自动化控制，其在自动化项目中的作用相当于人的大脑，用于存储信息和指令，指挥执行机构动作。PLC的发展PLC发展分5个阶段；发展趋势为高功能、高速度、高集成度、容量大、体积小、成本低、通讯联网功能强，体现为数字化、智能化、网络化。PLC的种类PLC按结构形式分类为整体式PLC、模块式PLC；按I/O点数分类为小型机、中型机、大型机；按功能分类为低档机、中档机、高档机。PLC的应用范围PLC的应用范围包括开关量的逻辑控制、过程控制、运动控制、通讯联网、数据处理等，广泛应用于工业自动化、交通管理、智能家居等领域。PLC与传统工业技术PLC与继电-接触器、单片机、计算机、集散型控制系统相比，具有功能完善、可靠性高、编程简单、使用方便等优点，适用于各种工业控制场景。010203040506PLC的性能指标存储容量、I/O点数、扫描速度、指令系统、内部器件的种类和数量、扩展能力、特殊功能模块的数量、通讯功能。PLC的优点功能完善且通用性强，可靠性高并抗干扰能力强，编程简单且使用方便，安装与维护便捷，体积小且能耗低，型号多样且配套齐全。PLC的主要缺点PLC的体系结构封闭，使用专用总线、通讯网络和协议。I/O模板、机柜和电源模板等都不通用，且各公司产品之间互不兼容。PLC的特点与主要指标PLC的工作方式及流程循环扫描工作方式是PLC的基本工作方式，即“串行”工作方式。PLC扫描工作流程分为公共处理、程序执行、扫描周期计算处理、I/O刷新和外设端口服务阶段。PLC的基本工作原理PLC的起动运行与停止PLC起动运行方式分自动、半自动、手动。停运方式分正常停运、暂停、紧急停运。PLC通过编程器或外部设备输入指令，经内部处理后通过输出模块控制被控对象。PLC的通讯通讯方式含并行与串行。计算机与PLC通讯实现数据交互，计算机可读取PLC数据，写入数据至PLC及向计算机写入数据，确保信息共享与协同作业的高效性。02PLC的结构《电机与电气控制基础》杨清德

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杨波主编中央处理模块中央处理模块（CPU）是PLC的核心，负责执行用户程序、控制输入输出、实现数据处理与通讯功能。其性能直接影响PLC的工作速度与处理能力。存储模块存储模块是PLC的重要组成部分，用于存放用户程序、逻辑状态、控制参数及历史数据等信息。根据存储类型，存储模块可分为ROM、EEPROM和RAM等。输入输出模块输入输出模块（I/O模块）是PLC与被控对象进行信息交互的桥梁，负责读取现场传感器信号并驱动控制执行机构。根据信号类型，I/O模块可分为数字量输入输出和模拟量输入输出两种。PLC硬件系统电源模块为PLC系统提供稳定的电力供应，确保各模块正常工作。同时，它还能将输入的交流电转换为直流电，为CPU、存储器等关键部件提供稳定的电源环境。电源模块编程器用于下载程序到PLC，监控其运行状态，并能通过人机界面输入数据和指令。其他外部设备如扫描仪、打印机等，可进一步扩展PLC的功能，如数据采集、报表生成等。外部设备PLC硬件系统系统软件系统软件是PLC系统的核心管理程序，负责解释并执行用户指令，提供标准的程序块供系统调用，以及进行内存管理、文件处理等。它确保PLC系统稳定运行，并为用户提供良好的开发环境。应用软件应用软件是用户根据实际需求编写的程序，用于实现特定的控制逻辑、数据处理等功能。它基于PLC的系统软件运行，通过编程语言如梯形图、功能块图等实现，并下载到PLC中执行。PLC的软件系统03PLC的基本工作原理《电机与电气控制基础》杨清德

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杨波主编循环扫描工作方式PLC采用循环扫描工作方式，主要包括RUN（运行）和STOP（停止）两种模式。在SCAN（扫描）工作方式下，PLC按照顺序逐个读取输入信号。PLC扫描工作流程PLC扫描工作流程包括公共处理、程序执行、扫描周期计算、I/O刷新和外设端口服务。PLC的工作过程分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC的工作方式及流程PLC起动运行方式PLC支持自动、半自动和手动三种起动运行方式。自动方式下，系统按程序自动动作，无需人工干预；半自动方式需要人工辅助；手动方式用于调试和特殊情况。PLC的停运方式PLC控制系统支持正常停运、暂时停运和紧急停运。正常停运按程序结束或接收停运指令；暂停方式下，程序暂停执行，输出全关；紧急停运用于重大事故或设备故障。PLC的起动运行与停止方式通讯方式有并行和串行两种。并行通讯通过数据线、公共线和控制线进行数据传输；串行通讯按传送方向分为单工、半双工和全双工，按收发方式分为异步和同步。通讯方式计算机与PLC通讯实现数据交互，计算机可读取PLC数据、写入PLC数据，PLC也可向计算机写入数据，形成双向通讯，确保信息准确、快速传递。计算机与PLC通讯PLC的通讯04PLC的应用《电机与电气控制基础》杨清德

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杨波主编PLC编程语言PLC编程语言多样，包括顺序功能图、梯形图、功能块图等，各具特色。梯形图作为最常用的编程语言，由触点、线圈和应用指令等组成。软元件软元件是PLC中的编程元素，包括输入与输出继电器、辅助继电器M、状态继电器S、定时器T、计数器C、数据寄存器D和常数等，用于实现各种控制功能。GX_Works2简介GX_Works2是一款功能强大的PLC编程软件，提供了直观的梯形图编辑界面和灵活的转换工具，支持程序的下载和调试，为工程师提供了便捷。梯形图概述梯形图是一种基于逻辑的行式编程语言，通过左右母线和逻辑行来组织条件和结果，用“END”标记程序结束。设计梯形图需遵循特定原则，确保逻辑正确性。PLC的软件用PLC对继电器控制电路技术改造改造原则：在进行PLC技术改造时，通常无需更改控制面板按钮、开关的功能、标识和布局，以维持控制系统原有外观，同时分析PLC控制系统时，可将其视为继电器控制系统的控制箱。PLC接线图：PLC外部硬件接线图展示了控制箱外部接线，而梯形图则代表控制箱内部“线路”，其中输入、输出继电器作为控制箱与外部电路的“接口”，将梯形图输入继电器触点视为外部输入器件触点。负载控制：出于安全和特定控制需求，某些设备的外部负载线圈可能同时受梯形图逻辑和外部按钮或开关触点控制。在改造过程中，必须全面考虑这些因素，确保改造后的系统既能满足控制要求。改造电路：PLC改造三相异步电动机长动、点动连续、正反转控制电路，以及星形-三角形降压起动控制电路，包括手动和自动电路，实现高效节能和精确控制，提升生产效率和产品质量。环境要求在使用PLC时，需要关注温度、湿度、空气成分、振动及冲击源等环境因素，确保工作环境良好，同时电源、强干扰源、强电磁场和强放射源等也需要得到妥善管理。安装与布线在安装PLC时，动力线、控制线、电源线和I/O线应分别配线，并采用双胶线连接隔离变压器与PLC和I/O；同时PLC应远离强干扰源，如电焊机、大功率硅整流装置等。PLC的使用05结论《电机与电气控制基础》杨清德

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杨波主编PLC技术推动了传统产业的自动化升级，实现了生产过程的精准控制和优化，提高了资源利用效率和环境友好性。产业升级PLC与其他自动化系统进行集成，如与机器人、传感器和摄像头的协同工作，形成了全面的智能生产系统。系统集成01020304PLC在自动化控制领域发挥着核心作用，广泛应用于制造业、电力、水处理等行业，显著提升了生产效率和产品质量。自动化控制PLC技术简化了操作过程，降低了对人工的依赖，同时提供了直观的操作界面和便捷的诊断工具，提升了用户的体验和满意度。用户体验总结PLC的主要成就与应用价值适应性未来的PLC将具备更好的适应性和灵活性，能灵活应对各种变化和环境条件，如温度、湿度、振动等，保证稳定的工作性能。智能化随着AI技术的进步，未来的PLC将具备更强的自主决策和优化的能力，能通过机器学习和数据分析动态调整控制策略。模块化为满足不同行业的多样化需求，未来的PLC将设计得更加模块化，允许用户根据实际需求选择并组合不同的功能模块。网络化随着工业互联网的发展，未来的PLC将更好地支持各种网络协议和标准，与其他设备和系统进行无缝连接和通信。展望PLC的未来发展趋势与方向选型与配置培训与认证编程与维护安全与标准在选择和配置PLC时，应充分考虑实际应用场景和需求，确保选型合理、配置优化，以充分发挥PLC的性能和优势。重视相关人员的培训和认证工作，提升