《机床电气控制及PLC》第三章 可编程序控制器概述.ppt

第三章 可编程序控制器概述,教学重点：,1.可编程序控制器的产生与发展2.可编程序控制器的基本组成3.可编程序控制器的硬件接线方法,教学难点：可编程序控制器的工作方式及周期扫描机制,3.1 可编程序控制器的产生与发展,3.2 可编程序控制器的定义与特点,3.3 可编程序控制器的功能与分类,3.4 可编程控制器的编程语言,3.5 可编程序控制器的性能指标,3.6 可编程控制器应用及发展,1.可编程序控制器的产生,1969年，美国DEC公司研制出世界上第一台可编程控制器。GM10条是促使其问世的直接原因。,3.1可编程序控制器的产生与发展,GM10条,1.编程方便，可在现场修改程序；2.维修方便，最好是插件式结构；3.可靠性高于继电器控制装置；4.体积小于继电器控制装置；5.数据可以直接输入管理计算机；,6.可以直接用交流115V输入；7.输出为交流 115V，负载电流要求 2A以上，可直接驱动电磁阀、接触器等负载元件；8.通用性强，易扩展，扩展时原系统只需很少变更；9.用户存储器容量大于4KB；10.成本可与继电器控制装置竞争。,2 可编程序控制器的发展,（60年代末70年代中）,（70年代末80年代中）,（80年代末至今）,集成电路、微处理器,超大规模集成电路,日本,欧洲,美国,中国,3 国内外主要PLC产品概况,美国的PLC产品,美国是PLC生产大国，在美国注册的PLC厂商己超过百家。其中AB公司、通用电气(GE)公司、歌德(Gould)公司、西屋公司等都是著名的大公司。AB公司是美国最大的PLC制造商，其产品约占美国PLC市场50的份额。,A-B PLC,欧洲的PLC产品,是欧洲著名的PLC制造商。德国的西门子的电子产品以性能精良而久负盛名。西门子近期推出了S7系列机，有S7200(小型)、S7-300(中型)及S7400(大型)。,施耐德Modicon TSX Premium,西门子S7-300系列,西门子S5系列,日本的PLC产品,日本的小型PLC很有特色如欧姆龙、三菱、松下、富士、日立、东芝等。在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70的份额。在中国，OMRON产品的销量居首位。,欧姆龙CPM2C-S1口0C小型PL,欧姆龙C60P,三菱FX2N系列,我国的PLC产品,中国科学院自动化研究所的PLC0088，北京联想计算机集团公司的GK40，上海机床电器厂的CKY40，上海起重电器厂的F40MR旧R，苏州电子计算机厂的YZPC001A，无锡华光电子工业有限公司(合资)的SR10、SR/20/21等。,江苏无锡HL-26R2小型PLC,本节小结,可编程序控制器是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。1969年，美国DEC公司研制出世界上第一台可编程控制器。GM10条是促使其问世的直接原因。追溯PLC的发展历史可以看到，世界上200多家PLC厂商，400多品种的PLC产品大体可以按地域分成三个流派：一个流派是美国；一个流派是欧洲产品；还有一个流派是日本产品。,返回,1.美国电气制造商协会(NEMA)PLC是一种数字的电子装置，它使用可编程序的存储器以及存储指令，能够完成逻辑、顺序、定时、计数及算术运算等功能，并通过数字或模拟的输入、输出接口控制各种机械或生产过程。,3.2 可编程序控制器的定义与特点,2.国际电工委员会（IEC）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，都应按易于与工业控制器系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。,1 可编程序控制器的定义,2可编程序控制器的特点,1）抗干扰能力强、可靠性高。,4）PLC与外部设备的连接简单、使用方便。维修工作量少,2）编程语言简单易学。,3）PLC的功能强、功能的扩展能力强。,5）PLC体积小、重量轻、易于实现机电一体化。,1）可靠性高、抗干扰能力强,可靠性高、抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。PLC的平均无故障时间可达几十万个小时。硬件方面：I/O接口采用采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。软件方面：采用扫描工作方式，减少了外界的干扰；设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。,2）编程简单、使用方便,目前，各种PLC都采用梯形图语言为第一编程语言，是，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。,3）功能完善、通用性强,现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网以等许多功能。同时，由于PLC产品的系列化、模块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成满足各种要求的控制系统。,4）设计安装简单、维护方便,由于PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。在维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小；而且PLC具很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。,5）体积小、重量轻、能耗低,PLC结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的理想控制设备,返回,3.3可编程序控制器的功能与分类,1、可编程序控制器的功能,2、可编程序控制器的分类,按结构形式分类,将基本部件紧凑地安装在一个标准机壳内，构成一个整体。,PLC由一些标准模块单元构成，各个模块功能是独立的，外形尺寸是统一的。可灵活配置。,按控制规模分类,256点以下的PLC,2562048点的PLC,2048以上点的PLC,返回,3.4 可编程控制器的编程语言,不同厂家，不同型号的PLC的编程语言只能适应自己的产品。IEC中的PLC编程语言标准中有五种编程语言：,该语言习惯上叫梯形图。梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，也可以说，梯形图编程语言是在电气控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变而来的，形象、直观、实用，电气技术人员容易接受，是目前用的最多的一种PLC编程语言。梯形图的画法如图所示。,梯形图编程语言LD,（1）梯形图按行从上至下编写，每一行从左往右顺序编写。PLC程序执行顺序与梯形图的编写顺序一致。（2）图左、右边垂直线称为起始母线、终止母线。每一逻辑行必须从起始母线开始画起，终止于继电器线圈或终止母线（有些PLC终止母线可以省略）。（3）梯形图的起始母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与终止母线之间则不能有任何触点。,梯形图编程格式,指令语句表编程语言是一种与计算机汇编语言类似的助记符编程方式，用一系列操作指令组成的语句将控制流程描述出来，并通过编程器送到PLC中去，需要指出的是，不同厂家的PLC指令语句表使用的助记符并不相同，因此，一个相同功能的梯形图，书写的语句表并不相同。,指令语句表编程语言IL,这是一种用来编制顺序控制程序的语言。顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，在顺序功能图中可以用别的语言嵌套编程。步、转换和动作是顺序功能图中的主要三种元件，如图所示。顺序功能图用来描述开关量控制系统的功能，根据它可以很容易的画出顺序控制梯形图程序。,顺序功能图编程语言SFC,这是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言，有数字电路基础的人很容易掌握。该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号从左向右流动，如图所示。,功能块图编程语言FBD,结构文本编程语言是为IEC61131-3标准专门创建的一种专用的高级编程语言。与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑。除了提供几种编程语言供用户选择外，标准还允许编程者在同一程序中使用多种编程语言，这使编程者能选择不同的语言来适应特殊的工作。,结构文本编程语言ST,返回,3.5可编程序控制器的性能指标,1.输入输出点数。2.程序容量。3.指令的种类和条数。4.指令处理速度。5.内部器件的种类和数量。6.扩展能力。7.智能单元的数量,系统程序存放在系统程序存储器中。这里说的存储容量指的是用户程序存储器的容量。用户程序存储器容量决定了PLC可以容纳用户程序的长短，一般以字为单位来计算。每1024个字为1K字。中、小型PLC的存储容量一般在8K以下，大型PLC的存储容量可达到256K2M。也有的PLC用存放用户程序的指令条数来表示容量。,1.存储容量,2.输入/输出点数,I/O点数即PLC面板上的输入、输出端子的个数。I/O 点数越多，外部可按的输入器件和输出器件就越多，控制规模就越大。因此I/O点数是衡量PLC性能的重要指标之一。,3.扫描速度,扫描速度是指PLC执行程序的速度，是衡量PLC性能的重要指标。一般以扫描1K字所用的时间来衡量扫描速度。PLC用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种PLC执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。,4.编程指令的种类和条数,这也是衡量PLC能力强弱的主要指标。编程指令种类及条数越多，其功能就越强，即处理能力、控制能力越强。,5.内部器件的种类和数量,内部器件包括各种继电器、计数器/定时器、数据存储器等。其种类越多、数量越大，存储备种信息的能力和控制能力就越强。,6.扩展能力,PLC的扩展能力表现在以下几个方面。大部分PLC可以用I/O扩展单元进行I/O点数的扩展：有的PLC可以便用各种功能模块进行功能扩展等。,可编程序控制器的基础知识,7.智能单元的数量,PLC不仅能完成开关量的逻辑控制，而且利用智能单元可完成模拟量控制、位置和速度控制以及通信联网等功能。智能单元种类的多少和功能的强弱是衡量PLC产品水平高低的一个重要指标。各个生产厂家都非常重视智能单元的开发，近年来智能单元的种类日益增多，功能越来越强。,返回,1 可编程控制器的应用,目前，PLC在国内外已广泛应用于冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活相关的机器、与环境相关的机器。从PLC应用类型看，大致可归纳为以下几个方面。,3.6可编程控制器应用及发展,1）开关量逻辑控制 是PLC最基本、也是最广泛的应用领域，它取代了传统的继电器顺序控制，从单机控制、多机群控到自动生产线的控制，都可以找见它的身影。如专用机床、电梯、装配生产线等。,2）过程控制 PLC通过PID指令或PID模块，甚至模糊控制模块，及A/D、D/A转换模块，易于实现温度、压力、流量等模拟量的闭环控制，从而达到过程控制的要求。,3）运动控制 PLC通过定位模块，可实现单轴或多轴的位置控制功能，从而实现定位、插补等简易CNC的功能，达到运动控制的要求。,4）数据处理 目前已经出现了将支持顺序控制的PLC和计算机数字控制的CNC组合在一起的趋势，从CNC内置PLC和PLC内置CNC两个方面相互融合。另外，应用组态技术也易于组成以PLC为主体的控制和管理系统。PLC通过定位模块，可实现单轴或多轴的位置控制功能，从而实现定位、插补等简易CNC的功能，达到运动控制的要求。,PLC的通信包括PLC之间、PLC与上位IPC及其他智能控制设备(如VVVF、CNC等)之间的通信。为了适应工厂自动化(FA)系统、柔性制造系统(FMS)等的发展需要，各PLC制造厂商都在致力于提高PLC的通信联网能力，纷纷推出各具特色的PLC现场总线系统(FCS系统)，如西门子公司的PROFIBUS、三菱公司的CC-LINK系列等，从而用网络联络构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统(DCS)。值得注意的是，随着PLC、DCS的相互渗透，二者的界线也日趋模糊，PLC已从传统的应用于离散的制造业向应用于连续的流程工业扩展。,5）通信联网(构成DCS、FCS系统),2、可编程控制器的发展趋势,1）向微型化、专业化的方向发展2）向大型化、高速度、高性能方向发展3）编程语言日趋标准4）与其他工业控制产品更加融合（1）PLC与PC的融合（2）PLC与DCS的融合（3）PLC与CNC的融合5）与现场总线相结合6）通讯联网能力增强,本章小结,本章主要叙述了PLC的产生与发展过程，分析了可编程控制器编程语言的特点，叙述了常见的五种编程语言：梯形图，指令表，功能块图，顺序功能图，结构文本。最后本章分析了PLC的应用前景以及发展趋势。,