02.PLC基础知识PLC Basic Trainning.ppt

1、,PLC基础知识 培训教材 讲师： 课时：240分钟 Engineering Department,培训目标,了解PLC的基本概念 掌握PLC的基本原理 能初步理解PLC宣传资料,PLC概述 1.1 PLC的产生与发展 1.2 PLC的特点与功能 1.3 PLC的结构与分类 PLC的组成原理以及控制系统 2.1 PLC的组成与工作原理 2.2 PLC的常见编程语言 2.3 应用PLC进行系统设计的原则与方法,目 录,1、可编程序控制器，英译为：Programmable Logic Controller，简称PLC。 2、PLC由美国DEC公司于1969年研发成功，由美国Gould公司推向市场化

2、；1971年，引进日本，1973年，德国Siemens公司研制出欧洲每一台PLC，1974年，法国随之研制出PLC。 发展至今不足40年，与CNC，CAD/CAM，以及IR并称为现代工业自动化技术的四大支柱。,PLC介绍,PLC的产生,3、PLC是继承“继电接触器控制系统”的一大突破。 继电接触器控制系统的基本特点是结构简单，生产成本低，抗干扰能力强，故障检修直观方便，适用范围广。缺点：A通用性，灵活性差，B体积大，材料消耗多，C运行费用高，噪声大，D功能局限性太大，不具备现代工业控制所需要的数据通信、网络控制等功能。E可靠性较低，使用寿命较低。,PLC的产生,PLC介绍,4、产生PLC的设想

3、与应用背景： 美国通用汽车公司GM于1968年提出，解决汽车生产线上的继电接触器控制系统的弊端，熔于计算机的优点，提出十大技术要求： 编程简易，就地编辑与修改程序 价格便宜，性价比较高 体积精简小巧 可靠性较高 数据通信传送 输入可以是AC115V 输出驱动能力在AC115V/2A以上 硬件维护方便 扩展时，对原系统只需很小的改动 用户存储器容量至少可以扩展到4KB。 为此进行招标，1969年，美国数字设备公司(DEC公司)研制出了第一台可编程序逻辑控制器，在GM公司的自动装配线上试用获得了成功。,PLC的产生,PLC介绍,Siemens s3系列为主， 1978年被S5替代,Siemens

4、s5向S7过渡， 1995年陆续推出 S7-200/300/400产品,19701980 PLC定型期（微处理）,PLC的发展,19801990 PLC普及期（集成模块化）,19902000 PLC发展期（高性能，小型化）,2000 PLC信息期（网络化）,1、体积小型化。 2、性能的提高。,PLC的发展趋势,PLC介绍,PLC的特点,一、可靠性高，抗干扰能力强： 高可靠性是电气控制设备的关键性能，PLC由于采用现代大规模集成电路技术，内部电路采取了先进的抗干扰技术。 （1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。 （2）各输入端均采用R-C滤波器

5、，其滤波时间常数一般为10-20ms. （3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 （4）采用性能优良的开关电源，整流稳压，具有很高的可靠 （5）采用严格的生产工艺制造，对采用的器件进行严格的筛选。,PLC介绍,PLC的特点,一、可靠性高，抗干扰能力强： （6）PLC在软件设计上采用了特殊的循环扫描方式与专用的编程语言。 PLC带有硬件故障自我检测功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况或出现故障时可及时发出警报信息。CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。此外，在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。 （7）大型PLC还

6、可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。 （8）使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。,PLC介绍,PLC的特点,二、丰富的I/O接口模块 PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。如图一，即为施耐德Twido系列产品，专为简易安装与小巧紧凑的设备而设计，分一体型与模块型。 另外为了提高操作性能，它还有

7、多种人-机对话的接口模块；为了组成工业局部，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。,PLC介绍,PLC的特点,三、采用模块化结构 PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。 各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。 为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。,PLC介绍,PLC的特点,四、编程简单易学 PLC作为通

8、用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。 PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。 为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。,PLC介绍,PLC的特点,五、配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。 除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来P

9、LC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。,PLC介绍,PLC的特点,六、系统设计与维护方便 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。,PLC介绍,PLC的特点,七、体积小，重量轻，能耗低 以超小型PLC为例，如图二，即为施耐德Zelio Logic型的PLC

10、，结构紧凑小巧，开发轻松。新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。,松下PLC FPX系列,PLC介绍,1. 与继电器控制逻辑相比较 控制逻辑：继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，其连线多而复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另外继电器触点数目有限，每只一般只有48对触点，因此灵活性和扩展性都很差。而PLC采用存储逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序，故称为“软接线”，其连线少，体

11、积小，加之PLC中每只软继电器的触点数理论上无限制，因此灵活性和扩展性都很好。PLC由中大规模集成电路组成，功耗小。,PLC的特点,PLC介绍,1. 与继电器控制逻辑相比较 工作方式：当电流接通时，继电控制线路中各继电器都处于受约状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合。而PLC的控制逻辑中，各继电器都处于周期性循环扫描接通之中，从宏观上看，每个继电器受制约接通的时间是短暂的。 控制速度：继电控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低。触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级。另外机械触点还会出现抖动问题。而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度极快，一般一条用

12、户指令的执行时间在微秒数量级。PLC内部还有严格的同步，不会出现抖动问题。,PLC的特点,PLC介绍,1. 与继电器控制逻辑相比较 限时控制：继电控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进行限时控制。时间继电器一般分为空气阻尼式、电磁式、半导体式等，其定时精度不高，定时时间易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难。有些特殊的时间继电器结构复杂，不便维护。 PLC使用半导体集成电路作定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度相当高，定时范围一般从0.1 s到若干分钟甚至更长，用户可根据需要在程序中设定定时值，然后由软件和硬件计数器来控制定时时间，定时精度小于10 ms且定时时间不受环境的影响。,PLC的特

13、点,PLC介绍,1. 与继电器控制逻辑相比较 计数控制：PLC能实现计数功能，而继电控制逻辑一般不具备计数控制功能。 设计与施工：使用继电控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难。工程越大，这一点就越突出。而用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计(包括梯形图和程序设计)可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便。,PLC的特点,PLC介绍,1. 与继电器控制逻辑相比较 可靠性和可维护性：继电控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而PLC采用微电子技术

14、，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，它体积小、寿命长、可靠性高。PLC还配备有自检和监督功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。 价格：继电控制逻辑使用机械开关、继电器和接触器，价格比较便宜。而PLC使用中大规模集成电路，价格比较昂贵。,PLC的特点,PLC介绍,2. 与微型计算机相比较 应用范围：微机除了用在控制领域外，还大量用于科学计算、数据处理、计算机通信等方面。而PLC主要用于工业控制。 使用环境：微机对环境要求较高，一般要在干扰小、具有一定的温度和湿度要求的机房内使用。而PLC适应于工程现场的环境。 输入输

15、出：微机系统的I/O设备与主机之间采用微电联系，一般不需要电气隔离。而PLC一般控制强电设备，需要电气隔离，输入输出均用“光电”耦合，输出还采用继电器，可控硅或大功率晶体管进行功率放大。,PLC介绍,2. 与微型计算机相比较 程序设计：微机具有丰富的程序设计语言，例如汇编语言，FORTRAN语言、COBOL语言、PASCAL语言、C语言等，其语句多，语法关系复杂，要求使用者必须具有一定水平的计算机硬件和软件知识。而PLC提供给用户的编程语句数量少，逻辑简单，易于学习和掌握。 系统功能：微机系统一般配有较强的系统软件，例如操作系统，能进行设备管理、文件管理、存储器管理等。它还配有许多应用软件，以

16、方便用户。而PLC一般只有简单的监控程序，能完成故障检查、用户程序的输入和修改、用户程序的执行与监视等功能。,PLC的特点,PLC介绍,2. 与微型计算机相比较 运算速度和存储容量：微机运算速度快，一般为微秒级。因有大量的系统软件和应用软件，故存储容量大。而PLC因接口的响应速度慢而影响数据处理速度。一般接口响应速度为2 ms，PLC巡回检测速度为每千字8 ms。PLC的指令少，编程也简短，故内存容量小。 价格：微机是通用机，功能完善，故价格较高。而PLC是专用机，功能较少，其价格是微机的十分之一左右。,PLC的特点,PLC介绍,3. 与单板(或单片)计算机比较, 不如PLC容易掌握： 不如P

17、LC使用简单： 不如PLC可靠：,PLC的特点,PLC介绍,4与集散系统比较 PLC是由继电控制逻辑发展而来的，而集散系统(TDCS)是由回路仪表控制发展而来。但两者的发展均与计算机控制技术有关。 早期PLC在开关量控制、顺序控制方面有一定优势，而集散系统在回路调节、模拟量控制方面有一定优势。,PLC的特点,PLC介绍,PLC的功能,PLC,Network communications,Particular,Lamp Valve Relay switch Button On/Off BOOL 1/0,Basic,Pressure Temperature Flow rate PID Operat

18、ion High speed count Position Pulse A/D,D/A,Modus:RS232C, RS485,RS422 Profibus-DP AS-i, Ether-net, MPI,PPI，CC-link HMI,PG/PC,PLC介绍,PLC的应用领域和发展趋势,如果按应用类型来划分，可编程序控制器的应用可分为以下几个类型： (1) 开关逻辑和顺序控制：这是可编程序控制器最基本的控制功能，在工业场合应用最广泛，可代替继电器控制系统。开关量逻辑控制不但能用于单台设备，而且可用于生产线上。 (2) 过程控制：PLC通过模拟量I/O模块，可对温度、流量、压力等连续变化的模拟

19、量进行控制。大中型PLC都具有PID闭环控制功能并已广泛地用于电力、化工、机械、冶金等行业。,(3) 运动控制：PLC可应用于对直线运动或圆周运动的控制，如数控机床、机器人、金属加工、电梯控制等。 (4) 多级控制网络系统：PLC之间、PLC与计算机之间及其他智能控制设备之间可以联网通信，实现远程数据处理和信息共享，从而构成工厂CIMS/CIPS系统。,PLC的应用领域和发展趋势,主要有以下几个方面： 功能不断加强：不仅具有逻辑运算、计数、定时等基本功能，还具有数值运算、模拟调节、监控、记录、显示、与计算机接口、通信等功能。 网络功能是PLC发展的一个重要特征。各种个人计算机，图形工作站、小型

20、机等都可以作为PLC的监控主机或工作站，这些装置的结合能够提供屏幕显示、数据采集、记录保持、回路面板显示等功能。大量的PLC联网及不同厂家生产的PLC兼容性增加，使得分散控制或集中管理都能轻易地实现。,大型PLC的发展趋势：,主要有以下几个方面 应用范围不断扩大：不仅能进行一般的逻辑控制，种类齐全的接口模块还能进行中断控制、智能控制、过程控制、远程控制等。 用于过程控制的PLC往往对存储器容量及速度要求较高，为此，开发了高速模拟量输入模块，专用独立的PID控制器，多路转换器等，使得数字技术和模拟量技术在可编程序控制器中得到统一。采用软件、硬件相结合的方法，使得编程和接线都比过去用常规仪表控制要

21、方便得多。,大型PLC的发展趋势：,主要有以下几个方面 性能不断提高：采用高性能微处理器，提高处理速度，加快PLC的响应时间；为了扩大存储容量，许多公司已使用了磁泡存储器或硬盘；采用多处理器技术，以提高性能；采用冗余热备用系统或三选二表决系统，以提高系统可靠性。 为了进一步简化在专用控制领域的系统设计及编程，专用智能输入输出模块越来越多，如专用智能PID控制器、智能模拟量I/O模块、智能位置控制模块、语言处理模块、专用数控模块、智能通讯模块、计算模块等，这些模块的一个特点就是本身具有CPU，能独立工作，它们与PLC主机并行操作，无论在速度、精度、适应性、可靠性各方面都对PLC进行了极好的补充。

22、它们与PLC紧密结合，有助于克服PLC扫描工作方式的局限，完成PLC本身无法完成的许多功能。,大型PLC的发展趋势：,主要有以下几个方面 编程软件的多样化和高级化、标准化：采用多种编程语言，有面向顺序控制的步进顺序语言和面向过程控制系统的流程图语言，后者是一种面向功能块的语言，能够表示过程中动态变量与信号的相互联结；还有与计算机兼容的高级语言，如BASIC、C及汇编语言；另外还有专用的高级语言，例如三菱的MELSAP采用编译的方法将语句变为梯形图程序；也有采用布尔逻辑语言的，CPU能直接执行AND、OR、XOR、NOT操作，这种语言执行速度很快，但不很直观。PLC也将具有数据库，并可实现整个网

23、络的数据库共享，还将不断发展自适应控制和专家系统。,大型PLC的发展趋势：,主要有以下几个方面 构成形式的分散化和集散化：PLC与I/O口分散，分散的每个I/O口输入输出点数可以少到十几个点，分散的单元可以是几十个或上百个，通信和网络功能逐步增强。作为CIMS、CIPS的分支不断发展，PLC本身也可分散，分散的PLC与上位机结合构成集散系统，分散地进行控制，这就便于构成多层分布式控制，以实现整个工厂或企业的自动化控制和管理。不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可方便地联网，实现资源共享，加上功能强大的网络监控软件，就构成大型PLC控制网络系统。,大型PLC的发展趋势：,PLC介绍,PLC的

24、类型结构,紧凑型,整体式固定I/O型,基本单元加扩展型,集成式（802D）,组合型,模块式PLC,分布式I/O,2561024 小型 中型 大型,PLC介绍,PLC的硬件组成,PLC,电源,CPU 存储器,通讯接口,输入接口,输出接口,外部设备,外部输出,外部输入,中央处理器(CPU),中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。 CPU的主要功能： 从存储器中读取指令 执行指令 顺序取指令 处理中断,存储器,只读存储器ROM 随机存储器RAM,输入、输出接口 均采用光电隔离，减小了电磁干扰。 输入接口：将状态信号经过整形、滤波、A/D转换为主机接口要求的电平信号。 输出接口：将控制信号送到执行机构。 输出三种形式： 继电器 - 低速大功率 (动作频率一般不超过 次/秒，接点电流2-5A) 可控硅 - 高速大功率 （可达1K/秒） 晶体管 - 高速小功率 （可达10K/秒负载电流 0.3A）,电源模块：,是PLC的重要组成部分。由开关稳压电源为主机、输入输出模块供电，要求有很强的抗干扰能力和很宽的输入电压范围。 注意：主机需配备用电源，避免停电时用户程序和数据的丢失。最佳选择为UPS电源。,PLC介绍,PLC的工作原理,PLC,电源,CP