程控PLC讲义2009085.ppt
《程控PLC讲义2009085.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《程控PLC讲义2009085.ppt(188页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、可编程序控制系统介绍 编写人:徐昌凯 2009年8月5日,1,目 录,第一章 可编程控器(PLC)的原理和结构 第一节 可编程控制器概述 第二节 可编程控制器产生和发展 第三节 PLC的主要特点及分类 第四节 可编程控制器的基本结构 第五节 可编程控制器的工作原理 第二章 PLC的梯形图软件和组态 第一节 梯形图逻辑结构 第二节 梯形图逻辑元素和标准指令 第三节 系统组态 第三章 PLC的应用 第一节 PC控制系统设计的一般步骤 第二节 电厂辅助系统监控网的程控系统 第三节 程控器装置的维护及故障处理,2,第一章可编程控器(PLC)概述,第一节 可编程控制器概述 可编程序控制器(Program
2、mable Controller)简称PLC(或PC),它是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来,并逐渐发展成为以微处理器为核心,把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置,目前已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。 本世纪20一30年代起,开始采用继电器和接触器等组成的电气控制装置。 50年代采用半导体逻辑组件构成的顺序控制装置和二极管矩阵式顺序控制装置。 60年代,采用计算机技术实现顺序控制功能的可编程序控制器。,接上页,早期的可编程序控制器在功能上以二 进制逻辑运算为主,因此被称为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Control
3、ler,简称PLC),很多可编程序控制器现在还沿用这一名称。 随着计算机技术的发展,国外一些厂家开始采用(Microprocessor)微处理器作为可编程序控制器的中央处理单元(Central Processing Unit,简称CPU) 。它不仅能进行逻辑运算,而且还能进行各种数字运算、数据处理和N序控制,并能进行模拟量控制。,因此, 美国电器制造协会(简称NEMA)于1978年将它正式命名为可编程序控制器(Progrannmrble Controller),简称PC注意不要和个人计算机相混淆),并在其NEMA标准 ICS3一1978文件中的ICS3一304部分,给PC作了如下定义:“PC是
4、一种数字运算操作的电子装置,它使用了可编程序的存储器以存储指令,能完成逻辑、顺序、计时、计数和算术运算等功能;并通过数字式或模拟式输入输出模件,控制各种机械动作或生产过程。可以把一台执行PLC功能的数字计算机看作是PC的范畴。鼓式或类似机械式顺序控制器不属干PC之列。,接上页,接上页,国际电工委员会(IEC)曾于1982年11月颁布了可编程序控制器标准的草案第一稿,1985年1月又发表了第二稿,1987年2月发表了第三稿。该草案对可编程序控制器作了如下定义:“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,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、
5、计时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式或模拟式的输入输出模件,控制各种机械动作或生产过程。PC及有关外部设备都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”,PLC是计算机家族中的一员,是以微处理器为基础的工业控制器,具有较强的控制功能,处理速度快,应用灵活、广泛,经济性好,易于调试、维护和扩展。一般使用梯形图语言编程,易于理解和掌握。采用循环处理方式,响应快,适合于实时控制。 目前工业控制系统主要采用DCS控制系统和PLC可编程序控制系统二大主流。DCS系统主要偏重与模拟量控制系统,运算功能强大,但响应速度没有PLC快;而PLC可编程序控制系统主要偏重与开关量逻辑控制
6、,采用循环处理方式,响应速度快,对环境要求低,可在现场环境比较恶劣的情况下运行,其运算功能没有DCS强大。,接上页,一体型CPU本体的外形,多功能通讯口,输入接线端子,电源接线端子,输出接线端子,CPU状态指示灯:RUN、PWR、ERR,I/O LED指示灯,2个模拟电位器,通讯扩展适配器插槽,时钟卡和内存卡插槽,迷你显示单元插槽,24VDC输出接线端子,内置以太网接口(如型号为TWDLCAE40DRF,则有此接口),固件升级,Modicon Quantum 标准 CPU,434 12U,534 14U,311 10,434 12A,534 14A,Modbus Plus 端口,RS 232
7、Modbus/ASCII 端口,新的入门级的Unity Quantum CPU,Unity 固件可下载到 434 14A和 534 14A 处理器中,向上兼容,Concept的应用程序可以转换到Unity下使用,更强大的处理能力,增加的程序容量,增加的数据内存,增强“低端”CPU的性能,硬件相同,但性能更加优越,RS 232 Modbus/ASCII 端口,Modicon Quantum 高性能 CPU,(热备),671 60,651 60,651 50,Modbus Plus 端口,USB 终端口,Ethernet TCP/IP 端口,RS 232/485 Modbus/ASCII端口,一个
8、USB端口,传输速率高达12Mbauds,出类拔萃的处理能力,一个内置的 Ethernet TCP/IP端口,带web-server,灵活的内存管理,增加的程序和数据的内存容量,多任务操作系统,一款热备CPU ,带专用以太网光纤链路,比 534 14A快大约45倍,Hot Standby 端口,在现代化生产设备中,有大量的开关量、数字量、以及模拟量的控制装置。例如电机的启停、电磁阀的开闭、产品的计数,温度、压力、流量的设定与控制等等。过去,以上的控制主要是用继电器或分立的电子线路来实现。但是随着生产的飞速发展,人们对这些自控装置提出了更通用、易扩展、易维护、更可靠、更经济的要求。可编程序控制器
9、(Programmable Logic Controller)简称PC(或PLC),就是根据上述要求开发出来的。它是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来,并逐渐发展成以微处理器为核心,把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置,目前已被广泛用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。,11,第二节 可编程控制器产生和发展,世界上第一台PLC是1964年由美国数字设备公司(DEC)研制成功的。 。其发展过程大致如下: 1969-1973年是PLC的初创时期。主要为小型机的无触点可编程逻辑控制器。其主要功能仅限于逻辑运算、计时、计数和顺序控制,CPU由中小规模集成电路组成,存
10、储器为磁芯存储器。如Modicon公司的M84,西门子S7-200等等。 1974-1977年是PLC的发展中期。采用8位单片CPU和集成存储器芯片,PLC除了能完成逻辑运算、计时和计数功能外,又增加了数值运算、数据的传送和比较、模拟量的处理和控制等功能,可靠性进一步提高,开始具备自诊断功能。 1978一1983年,PLC进入成熟阶段。采用16位CPU,使PLC也开始朝着大规模、高速度和高性能方向发展。PLC除了采用微处理器及EPROM、EEPROM、CMOS RAM等LS电路外,而且向多微处理器发展,使PLC的功能和处理速度大大增强:PLC所能完成的功能又增加了浮点数运算、平方、三角函数、相
11、关数、查表、列表、脉宽调制变换等;已初步形成了分布式可编程序控制器的网络系统.具有通信功能和远程I/O处理能力,编程语言已经比较规范化和标准化。此外,自诊断功能及容错技术发展迅速,并已普遍应用于PLC之中,使PLC系统的可靠性得到了进一步提高。如:Modicon公司的PC584。,1984年以后,可编程序控制器的规模更大,存储器的容量又提高了一个数量级(最高可达896K),有的PLC巳经采用了32位微处理器,多台PLC可与大系统一起联成整体的分布式控制系统,在软件方面有的已与通用计算机系统兼容,编程语言除了传统的梯形图(LD)、功能图(FBD)、流程图(SFC)、语句表(STL)等以外,还有用
12、于算术运算的BAS语言、用于机床控制的数控语言等。在人机接口方面,采用了显示信息更多更直观的CRT,完全替代了原来的仪表盘,使用户的编程和操作更加方便灵活。PLC的/O模件一方面发展自带微处理器的智能I/O模件;另一方面,增大了/0点数,以适应控制范围的增大和系统的AD、D/A、通信和其他特殊功能模件的需要。同时,各PLC生产厂家也注意提高I/O的密集度,生产高密度的I/O模件(所谓高密度是指在一块I/O模件上有32点或64点的I/O点),以节省空间,降低系统的成本。,目前,为了适应各种生产过程控制的不同需要,进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围,PLC正朝着两个方向发展: 其一是向大型
13、化、复杂化、多功能、分散型、多层分布式工厂全自动网络化方向发展。如汽轮机控制系统(TGC);电厂辅网控制系统等。 其二是向简易、超小型方向发展。国外许多厂商正在开发简易经济的超小型PLC,以适应单机控制的“机电一体化”。 从PLC的发展趋势看,PLC控制技术将成为今后工业自动化的主要手段之一。在未来的工业生产中,PLC技术和机器人、CAD/CAM技术将成为实现工业生产自动化的三大支柱。,第三节 PLC的主要特点及分类,一、PLC的主要特点 抗干扰能力强,可靠性高。工业生产过程的环境往往比较恶劣,由于PLC采用了大规棋集成电路,器件的数量少,且大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成。在硬件设计
14、和电源设计时采取了屏蔽、滤波和隔离等抗干扰措施,系统采用模件式结构,分散了危险性。为适应工业现场的恶劣环境,PLC在设计时允许电压波动士15%;允许环境温度为-10一55;,允许空气相对湿度为15%95%,无凝露;并且具有抗振荡、杭震动、抗噪声、抗射频、抗电磁干扰的能力。 编程、操作简单方便。PLC是面向工业企业中一般电气工程技术人员的; 编程语言采用类似于继电器控制电路的梯形图或面向工业控制的简单指令形式。在普通微机上操作,只须在厂家提供的专用编程软件环境中进行编程,如:Modicon公司Concept软件,操作都采用菜单方式,编程工作简单并具有软件自动查错功能。,PLC的主要特点及分类,采
15、用模件式结构,通用性好,灵活性大,维修方便。PLC通常采用模件式结构,根据控制系统要求,可以像搭积木一样,将各种功能模件组合起来,构成不同要求的控制系统。当需要变更控制系统时,可以方便地在原系统中添加或撤除相应的模件,具有较大的灵活性。当控制逻辑要求修改时,可以用在线或离线修改程序。此外,每个模件均有状态指示,当一块模件发生故障时,可以在线更换损坏的模块。 有较强的控制功能和驱动能力。现代PLC不仅具有逻辑运算、计时、计数、步进控制等功能,而且还能完成A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、矩阵运算以及通讯联网,生产过程监控等功能。PLC的I/O模件具有较强的驱动能力,可以直接与不同的电压等级
16、输入输出相连接,输出可直接驱动之2A以下的负载,而且PLC也有TTL和CMOS电平输入输出模件,可以直接驱动TTL和CMOS电平的设备 易于实现机电一体化.,PLC的主要特点及分类,二、PLC的分类 程序控制装置根据工作原理分为基本逻辑型、时间程序型、步进型和计算型。按功能分为固定接线型、通用型和可编程序型。目前,PLC的品种繁多,型号和规格也不统一。各种产品的结构形式、输入输出方式、I/O点数、CPU种类、存储器种类、容量以及功能范围等都各不相同,很难详细地划分它们的类别。通常只能根据结构形式、I/O点数以及功能范围三方面来大致划分。 按结构形式分类。PLC可分为整体式和模件式两类。 整体式
17、PLC:将CPU、存储器、电源、I/0部件等集中装配成整体。 模件式PLC:(又称积木式PLC)把PLC的各组成部分如CPU,存储器、输入输出单元、电源等做成单独的模件,然后组装在带有插座的机架内。 按I/O点数分类 按照I/O点数的不同,PLC可分为小型、中型、大型三类。 小型PLC:I/0点数详256点以下。 中型PLC;I/O点数在256点以上、2048点以下。 大型PLC;1/0点数在2048点以上。,PLC的主要特点及分类,按功能分类。其中又分为低档、中档、高档三类。 1、低档机具有逻辑运算、计时、汁数、移位及自诊断、监控等基本功能,还能增加少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送、
18、远程I/O、通信等功能。 2、中挡机除具有低档机的功能外,还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远I/O、子程序、通信联网等功能。还增加了中断控制、PID回路控等功能。 3、高档机除具有中档机的功能外,还增加了带符号算术运算(32位双精度加、减、乘、除和比较)、矩阵运算、位逻辑运算(置位、位清除、右移、左移)、平方根运算以及其他特殊功能函数的运算、表格传送及表格功能等。高档机具有更强的通信联网功能,可用于大规模的过程控制,构成全PLC的分布式控制系统或整个工厂的自动化网络。 三、PLC的应用 PLC的主要应用场合有:开关量逻辑控制、闭环控制系统、机械加工 的数字控制
19、、分布式控制系统、机器人控制。,PLC实际上是一种用作动自控制的专用工业控制计算机,其组成与微机相似,也包括硬件和软件两部分。 一、PLC的硬件组成 PLC主要由以下几部分组成,主要包括控制器主机、输入模块和输出模块三部分。其中控制器主机由CPU、存储器、总线及电源等组成,输入模块主要由模拟量和开关量输入模块组成,输出模块主要由模拟量和开关量输出模块组成。其结构如图所示: 输入:从外部取入信息; 输出:将运算结果输出给外部; 存储器:记忆系统和用户程序及数据; 处理器(CPU):执行用户程序,读取输入信息,经运算后输出; 电源:向各部分提供电源; 编程器:用于编程及监控、调试程序; 外部处理设
20、备:用于触摸屏或智能仪表; 被控对象:现场就地控制设备。,19,第四节 可编程控制器的基本结构,可编程控制器的结构,可编程控制器在结构上主要包括: 1、处理器:是核心部件,执行用户程序及相应的系统功能。 2、存储器:存储系统程序、用户程序及工作数据。 3、输入输出卡件。是可编程控制器与现场联系的通道。 4、电源:向PLC系统各部分供电。 5、内部总线:PLC内部各部分相互联系的通道,21,可编程控制器的基本结构图,图1一1是PLC的基本组成方框图,中央处理单元(CPU),1.中央处理单元(CPU) 它是可编程序控制器的核心部分,它的主要任务是按一定的规律或要求读入被控对象的各种工作状态,然后根
21、据控制程序的要求处理有关数据,最后再向被控对象送出相应的控制(驱动)信号。它与被控对象之间的联系是通过各种I/模件来实现的。PLC的CPU主要完成下面各项任务: 接收并存储从编程器键入的用户程序和数据,并将它们存入用户存储区; 用扫描的方式接收现场输入设备的状态或数据,并存入输入状态表或数据寄存器中; 诊断PLC内部工作状态和编程过程中的语法错误等; PLC进入运行状态后,从存储器中逐条读取用户程序,经过指令解释后,按指令规定的任务产生相应的控制信号,去启闭有关的控制电路,分时、分渠道地执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等操作,完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务;,中央处理单元(
22、CPU),根据运算结果,更新有关标志位的状态和输出状态表的内容,再由输出状态表的位状态或数据寄存器有关内容,实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。 PLC常用的中央处理器芯片主要采用通用微处理器、单片机或双极形位片式微处理器。常用的通用微处理器是8位机和16位机,有的PLC如Mindicon Quantum系列PLC已采用80486等高档微处理器。 在小型PLC中,大多采用8位微处理器和单片机;在中型PLC中,大多采用16位微处理器或单片机;在大型PLC中,大多采用高速位片机和32位的微处理器,如Mindicon Quantum系列的PLC。一般的中型PLC多为双处理器系统,其中一个是字处理
23、器,另一个是位处理器。字处理器为主处理器,多为8位或16位的处理器,它主要处理字节操作指令、控制系统总线、内部计数器和定时器,监视扫描时间,统一管理编程接口,同时协调位处理器及输入输出;位处理器为从处理器,它的主要作用是处理位操作指令和在机器操作系统的管理下,实现PLC编程语言向机器语言的转换,是加快PLC工作处理速度的关键所在。,存储器(Memory),2、存储器(Memory PLC配有系统存储器和用户存储器。系统存储器用来存储系统程序,系统程序不需要用户干预。用户存储器用来存储通过编程器输入的用户程序。 中小型PLC的用户存储器,其存储容量一般在8K8以下;大型PLC,如美国Modico
24、n Quantum PLC,其存储容量已达4MB,程序内存1024KB。通常,用户程序中,继电器接点占一个字节的容量,计时器、计数器和某些子功能需占用二个字节以上,而其他一些复杂的功能指令占用的字节容量更大。 目前,PLC常用用户存储器的有CMOS RAM存储器、EPROM和EPRQM存储器。 用户存储器一般分为程序存储区和数据存储区。程序存储区用以存储用户程序。数据存储区用以存储输入、输出、内部接点和线圈的状态以及特殊功能要求的有关数据。,输入/输出模件(Input/Output Module),3.输入/输出模件(Input/Output Module) I/模件是CPU单元与现场I/0设
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 程控 PLC 讲义 2009085
链接地址:https://www.31doc.com/p-2971668.html