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可编程序控制器及应用,目 录,第一章 概述 第二章 PLC硬件结构和工作原理 第三章 PLC的程序设计基础 第四章 数字量控制系统梯形图设计方法 第五章 顺序控制梯形图的设计方法 第六章 PLC的功能指令 第七章 PLC的通信与自动化通信网络 第八章 PLC应用中的一些问题,第1章 概 述,定义分类特点应用领域国内外状况发展趋势,11 可编程序控制器的定义 可编程序控制器(Programmable Controller)简称为PC 可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Cntroller)。简称为PLC 一、可编程序控制器的历史 20世纪70年代前 继电器接触器控制系统 优点:结构简单、价格低廉。 缺点:灵活性差、可靠性低。,1968年美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司(GM)为了适应汽车型号不断更新的需要,提出了十条技术指标在社会上公开招标,制造一种新型的工业控制装置,提出了研制可编程序控制器的基本设想,即(1)能用于工业现场。(2)能改变其控制“逻辑”,而不需要变动组成它的元件和修改内部接线。(3)出现故障时易于诊断和维修。1969年,美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台PLC。并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。 (逻辑、计时、计数)1980年美国电气制造商协会(NEMA)正式将其命名为可编程序控制器(Programmable Controller),简称 PC,国际电工委员会( IEC)于 1982.11月;1985.1和987.2发布了可编程序控制器标准草案的第1,2,3稿。在第3稿中对可编程序控制器作了如下的定义:可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器,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,并通过数字式、模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备,都应按易于使工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。”,定义强调了PLC是:1 数字运算操作的电子系统也是一种计算机2 专为在工业环境下应用而设计3 面向用户指令编程方便4 逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作5 数字量或模拟量输入输出控制6 易与控制系统联成一体7 易于扩充,1.2 PLC的分类 (1)按 IO点数分类 IO点数小于 32为微型PLC; IO点数在32128为微小型PLC; IO点数在128256为小型PLC; IO点九在2561024为中型PLC; IO点数大于1024为大型PLC; IO点数在4000以上为超大型PLC。 以上划分不包括模拟量I0点数,且划分界限不是固定不变的。,(2)按结构形式分类 整体式PLC: 又称单元式或箱体式。整体式PLC是将电源、CPU、I0部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用这种结构。 模块式PLC:将PLC各部分分成若干个单独的模块,如 CPU模块、I0模块、电源模块和各种功能模块。模块式PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型PLC采用模块式结构,有的小型PLC也采用这种结构。 有的PLC将整体式和模块式结合起来,称为叠装式PLC。,电源模块,CPU模块,底 板,IO模块,模块式,1.3 PLC的特点 优点: 1编程方法简单易学 2可靠性高,抗干扰能力强 3通用性强 4系统的设计、安装、调试工作量少 5维修工作量小,维修方便 6体积小,能耗低,缺点: 1.主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的:如专用总线、专家通信网络及协议,I/O模板不通用,甚至连机柜、电源模板亦各不相同。 2.编程语言虽多数是梯形图,但组态、寻址、语言结构均不一致,因此各公司的 PLC互不兼容。 SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础,在Windows平台下,结合IEC11313国际标准的新一代开放体系结构的PLC。,1.4 PLC的应用领域PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用,在国内外已广泛应 用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、 交通等行业。经验表明, 80 以上的工业控制可以使用PLC来完成。 主要有以下几个方面: 1.数字量逻辑控制 2.运动控制 3.闭环过程控制 4.数据处理 5.通信联网,1.4 PLC的国内外现状,1969年美国研制出世界上第一台PLC以后,日本、德国、法国等国相继研制了各自的PLC。70年代中期,PLC进入了实用化阶段。70年代末和 80年代初,PLC进入了成熟阶段。,美国PLC发展得最快: 1984年有48家,生产150多种PLC; 1987年有63家,生产243种PLC; 1996年有70余家,生产近300种PLC。 著名厂家有AB(AllenBradley)艾伦一布拉德利公司,MODICON莫迪康公司,GEFSNUC公司,TI(Texas Instrument)德州仪器公司,WESTHOUSE Electric西屋电气公司, IPM(International Parallel Machines)国际并行机器公司等。,欧洲PLC的厂家有60余家:西门子(Siemens)于1973年研制出第一台PLC。 法国的TE(Telemecanique)(施耐德) 瑞士的Selectron公司等。,1971年,日本从美国引进PLC技术,由日立公司研制成功日本第一台PLC。日本生产PLC的厂家有40余家: 三菱电机(MITSUBISHI),欧姆龙(OMRON), 富士电机(Fuji Electric),东芝(TOSHIBA), 光洋(KOYO),松下电工(MEW), 和泉(IDEC),夏普(SHARP), 安川等公司。,我国在 70年代末和 80年代初开始引进PLC。我国早期独立研制PLC的单位有: 北京机械工业自动化研究所, 上海工业自动化仪表研究所, 大连组合机床研究所, 成都机床电器研究所, 中科院北京计算机所及自动化所, 长春一汽, 上海起重电器厂, 上海香岛机电公司, 上海自力电子设备厂等单位。 以上诸单位都没有形成规模化生产,辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC; 无锡电器和日本光洋合资生产的 PLC; 中美合资的厦门 AB公司生产的PLC; 上海香岛机电公司引进技术生产的PLC; 上海OMRON公司; 西安Siemens公司等。,1.5PLC的发展趋势,(1)向高速度、大存储容量方向发展(CPU处理速度nS级;内存2M字节) (2)向多品种方向发展和提高可靠性(超大型和超小型) (3)产品更加规范化、标准化 (硬件、软件兼容的PLC) (4)分散型、智能型、与现场总线兼容的I0 (5)加强联网和通信的能力 (6)控制的开放和模块化的体系结构OMAC(open Modular Architecture for Control,PLC著名品牌 1993年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家: 美国 AB公司 (AllenBradley) 德国西门子公司(Siemens) 美国GEFanuc公司 美国的莫迪康(Modicon)和法国的TE电器公司 日本欧姆公司(OMRON) 日本三菱电机株式会社(MITSUBISHI) 日本富士电机株式会社(Fuji Electric) 日本东芝公司(TOSHIBA) 日本的光洋电子(KOYO)和中国的华光电子(CKE) 日本松下电工株式会社(MEW):Matsushita Electric Works Ltd),根据美国 Automation Research Co(ARC)的商情调查,在1994年PLC市场上,最大的5家PLC制造商是:SIEMENS, AllenBradly,(Rockwell) AEG Schneider, 三菱电机,OMRON(立石电机) (1996年中国PLC市场),第二章PLC基本组成和工作原理, PLC的基本组成 PLC的工作原理,2.1 PLC的基本组成,1.中央处理单元(CPU): (1)从程序存储器读取程序指令,编译、执行指令 (2)将各种输入信号取入 (3) 把运算结果送到输出端 (4) 响应各种外部设备的请求 (1)通用处理器:8086、80286、80386 (2)单片机芯片:8031、8096 (3)位片式微处理器:AMD-2900 小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU 中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU 大型PLC多采用高速位片式微处理器,2.存储器: 作用:存放系统程序,用户程序和数据。 系统程序:决定PLC的基本智能,由厂家设计,并存入ROM、EEPROM。用户不能修改。 用户程序:根据要求,用PLC的编程语言,编制的程序,用户用编程器写入RAM或EEPROM。,类型(1)随机存取存储器(RAM) 用户可以用编程装置读出RAM中的内容,也可以将用户程序写入RAM,它是易失性的存储器,它的电源中断后,储存的信息将会丢失。(2)只读存储器(ROM)ROM的内容只能读出,不能写入。它是非易失的,它的电源消失后,仍能保存储存的内容。ROM一般用来存放可编程序控制器的系统程序。,(3)可电擦除可编程的只读存储器(EEPROM)它是非易失性的,但是可以用编程装置对它编程兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取优点,但是将信息写入它所需的时间比RAM长得多。EEPROM用来存放用户程序和需长期保存的重要数据。,3. 输入、输出接口 采用光电隔离,实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离,减小了电磁干扰。 输入接口作用:将按钮、行程开关或传感器等产生的信号,转换成数字信号送入主机 输出接口作用:将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号,以便控制接触器线圈等电器通断电;另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。 输出三种形式: 继电器 - 低速大功率可控硅 - 高速大功率晶体管 - 高速小功率,(1)输入接口电路:采用光电耦合器,防止强电干扰。,COM,光电三极管,发光二极管,直流电源,输入端子,PLC,发光二极管,继电器输出,(2)输出接口电路:,以继电器形式为例:,PLC,+,交流电源或直流电源,4.电源单元,把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。 有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源,可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。可编程序控制器使用220V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC 5V、12V、24V等直流电源。可编程序控制器的电源一般采用开关式电源,其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。,各种接口、高功能模块:便于扩展小型机:一体机。有接口可扩展。,Power in a Small Package!,电源模块,CPU模块,IO模块,底 板,中、大型机:模块式。可根据需要在主板上随意组合。,编程设备可以是专用的手持式的编程器;也可以是安装了专门的编程通讯软件的个人计算机。,5. 编程设备,用户可以通过键盘输入和调试程序;另外在运行时,还可以对整个控制过程进行监控。,1).手持式编程器:不能直接输人和编辑梯形图,只能输入和编辑指令表程序,因此又叫做指令编程器。 2).编程软件编程:在屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序,并可以实现不同编程语言的相互转换。,PLC的物理结构,PLC的外部接线,2.2 可编程序控制器的工作原理,2.2.1可编程序控制器的工作模式 工作模式: STOP:创建和编辑用户程序,设置PLC的硬件功能,并可下栽到PLC。RUN: 执行用户程序实现控制功能。 改变工作模式: 1.用模式开关 2.用编程软件 3.在程序中插入stop,PLC在RUN状态时,执行一次的扫描操作所需的时间称为扫描周期,其典型值为1100ms。,2.2.2PLC的工作原理建立I/O映像区,
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