《可编程序控制器》PPT课件.ppt

机电一体化系统与设计,第一章 机电一体化概论第二章 精密机械技术第三章 工业控制计算机第四章 基于单片机的控制器第五章 可编程序控制器第六章 传感器与计算机接口第七章 动力驱动及其计算机控制第八章 机电一体化系统设计方法与实例,控制器(IPC/PLC/MCU等),输入接口,输出接口,驱动执行机构(电机、电磁阀等),被控对象(各种机械参数),传感检测装置(各类传感器等),反馈量,被控量,设定值,机电一体化系统的组成,机电一体化系统的组成,第五章 可编程序控制器,顺序控制系统可编程序控制器基础LG可编程序控制器可编程序控制器的应用,控制系统按时间特性分类,连续量控制系统：在时间特性上表现为连续量，反馈控制是这类系统的主流，包括定值控制系统、随动系统等。离散量控制系统：在时间特性上表现为离散量，顺序控制是这类系统的主流。,顺序控制系统的定义,顺序控制是指按照预先确定的操作顺序使控制过程依次进行的一种控制。,顺序控制系统的分类,时间顺序控制：以执行时间为依据，每个设备的运行与停止都与时间严格有关。,例如：十字路口的交通信号灯南北向：绿灯亮（26S）、黄灯亮（4S）、红灯亮（30S）、绿灯亮（26S）东西向：红灯亮（30S）、绿灯亮（26S）、黄灯亮（4S）、红灯亮（30S）,例如：物料的多级输送过程中，为了防止物料的堵塞，启动：先启动后级输送带，再启动前级输送带，ABC停止：先停止前级输送带，再停止后级输送带，CBA,顺序控制系统的分类,例如：化学反应池中的液位控制反应初期，基料泵工作，基料进入，到达液位1后，启动搅拌机开始搅拌，当液位上升到液位2的位置，基料泵停止工作，辅料泵工作，辅料进入，当达到液位3时，辅料泵停止工作，加料完成，开始加热，进行化学反应。,逻辑顺序控制：按照逻辑先后关系顺序执行操作指令，与执行时间无严格关系。,顺序控制系统的分类,例如：电梯控制，某层乘客按了向上的按钮，根据电梯的当前层和乘客所在层的位置关系有：电梯在乘客层上：下降电梯在乘客层下：上升,条件顺序控制：根据条件是否满足执行相应的操作指令。,顺序控制系统的实现,继电接触器组成的逻辑控制系统(机械式开关)应用得最早，操作和逻辑关系由硬件(继电器的常开、常闭触点，时间继电器等)来完成。特点：机械触点，可靠性不高，使用寿命短，故障率高，更改逻辑关系不方便。晶体管组成的无触点顺序逻辑控制电路(电子式开关)用晶体管、晶闸管等半导体元件代替继电器，可靠性增强，寿命增长。可编程序控制器(软件开关)可编程控制器是在计算机技术的促进下发展起来的新一代顺序逻辑控制装置，由软件来完成逻辑功能，可实现对模拟量和开关量的控制。计算机组成的顺序逻辑控制系统应用在集散控制系统或工控机中实现逻辑控制功能，适合于大型系统。,第五章 可编程序控制器,顺序控制系统可编程序控制器基础LG可编程序控制器可编程序控制器的应用,第五章 可编程序控制器,顺序控制系统可编程序控制器基础可编程序控制器的定义、结构及分类可编程序控制器的输入/输出模块可编程序控制器的工作机制可编程序控制器的编程语言与其他控制系统的比较可编程序控制器的应用LG可编程序控制器可编程序控制器的应用,可编程序控制器的定义,国际电工委员会（International Electrical Committee，IEC）在1987年颁布的PLC标准中对PLC作了如下定义：可编程序控制器是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可编程序存储器作为内部指令记忆装置，具有逻辑、排序、定时、计数及算术运算等功能，并通过数字或模拟输入/输出模块控制各种类型的设备和生产过程。,可编程序控制器的结构,中央处理器（CPU）通用的字节处理器，如Z80、intel 8086、M68000、MS-8031系列等，位处理器，如AMD2900、AMD29033等等，大型PLC既具有字节处理器，又有位处理器（双或多处理器）。存储器分系统和用户程序存储器，分别用于存储、运行系统、用户程序。输入/输出（I/O）模块用于实现与工业现场各种设备接口。电源有交流型，也有24V直流。外部设备编程器显示终端，存储设备等 I/O扩展基本单元输入/输出点不够或需要扩展其他功能模块时使用，组成更为全面复杂的控制系统。如网络模块、温控模块等。,可编程序控制器的分类,按IO点规模,按结构箱体式,模块式,基板式,第五章 可编程序控制器,顺序控制系统可编程序控制器基础可编程控序制器的定义、结构及分类可编程序控制器的输入/输出模块可编程序控制器的工作机制可编程序控制器的编程语言与其他控制系统的比较可编程序控制器的应用LG可编程序控制器可编程序控制器的应用,可编程序控制器的输入/输出模块,作用：与生产过程控制现场的各种生产设备的连接接口。要求：很好的信号适应能力和抗干扰能力，一般配有电平转换、光电隔离和阻容滤波等。类型：1开关量输入模块2开关量输出模块3模拟量输入模块4模拟量输出模块,开关量输入模块,直流开关量输入 如右图所示：R1和R2构成分压器，R2、C构成阻容滤波，二极管D起保护作用（防止电源接反），发光二极管LED指示输入状态（亮表示现场开关合上），光耦实现输入电路的信号联接、电气隔离和电平转换。,漏入,源入,没有源入、漏入问题，且适合于直流的无方向接法,开关量输出模块,晶闸管输出 适合于大功率输出场合。,适合直流输出,适合直、交流输出,漏出,模拟量输入模块,模拟量输出模块,特殊模块,位置控制模块通信模块CRT/LCD显示驱动模块ASCII码显示单元PID控制模块存贮器卡与并行接口模块温度控制模块计数模块,这些特殊模块扩展了PLC的功能，如今的PLC不仅能实现顺序控制，还可以实现计算机控制的很多功能，如位置控制、PID等复杂控制，使PLC的应用得到了扩展与推广。,第五章 可编程序控制器,顺序控制系统可编程序控制器基础可编程控序制器的定义、结构及分类可编程序控制器的输入/输出模块可编程序控制器的工作机制可编程序控制器的编程语言与其他控制系统的比较可编程序控制器的应用LG可编程序控制器可编程序控制器的应用,可编程控制器的工作机制,周期循环扫描机制每个周期内对各种任务进行查询、判断和执行；一个循环扫描过程称为一个扫描周期，大约为几十到几百毫秒（根据任务的复杂程度和CPU的速度而不同）。总体来说，分为以下三个阶段：1输入采样阶段2程序执行阶段3输出阶段,可编程控制器的工作机制,输入映象寄存器,元件映象寄存器,输出映象寄存器,第五章 可编程序控制器,顺序控制系统可编程序控制器基础可编程控序制器的定义、结构及分类可编程序控制器的输入/输出模块可编程序控制器的工作机制可编程序控制器的编程语言与其他控制系统的比较可编程序控制器的应用LG可编程序控制器可编程序控制器的应用,可编程序控制器的编程语言,1梯形图2命令语句表达式（助记程序）3顺序功能图（SFC）4控制流程图5其他,梯形图,梯形图是在继电器、接触器控制系统的基础上发展而来的，二者具有很多的相似点：,电源线,母线,常开触点,线圈,线圈,常闭触点,常闭触点,常开触点,命令语句表达式（助记程序）,格式：操作码（命令语句）操作数LOAD NOT P0000MPUSHLOAD P0001OR P0040AND LOADAND NOT P0041OUT P0040MPOPLOAD P0002OR P0041AND LOADAND NOT P0040OUT P0041,操作数,操作码,MOV A,R0,INC A,顺序功能图（SFC）,顺序功能图又称为状态转移图或状态流程图，是适用于顺序控制的标准化语言。,控制流程图,或,与,非,其他,例如：Basic、Pascal、C等各种高级编程语言等。主要使用在PLC与计算机联合编程或通信等场合。,第五章 可编程序控制器,顺序控制系统可编程序控制器基础可编程控序制器的定义、结构及分类可编程序控制器的输入/输出模块可编程序控制器的工作机制可编程序控制器的编程语言与其他控制系统的比较可编程序控制器的应用LG可编程序控制器可编程序控制器的应用,PLC控制系统与继电器控制系统的比较,PLC控制系统与计算机控制系统的比较,第五章 可编程序控制器,顺序控制系统可编程序控制器基础可编程控序制器的定义、结构及分类可编程序控制器的输入/输出模块可编程序控制器的工作机制可编程序控制器的编程语言与其他控制系统的比较可编程序控制器的应用LG可编程序控制器可编程序控制器的应用,可编程序控制器的应用,1开关量的开环控制2模拟量的闭环控制3数字量的智能控制4数据采集与监控5联网、通信及集散控制6其他应用,第五章 可编程序控制器,顺序控制系统可编程序控制器基础LG可编程序控制器结构及特点输入/出接线软组件(内部继电器)指令系统可编程序控制器的应用,结构及特点,LS产电(http:/)PLCMASTER-K 系列一体式：MK10S1、MK10S、MK30S、MK60ST MK80S；模块式：MK200S和MK300S两种。XGT 系列XGK系列XGB系列,结构及特点,Master-K80S系列产品为CPU、输入输出、通信功能集成于一体的小型PLC，有20、30、40、60点几个机型，其中20点（K7M-DR20S）：输入点数：DC24V 12点输入输出点数：8点继电器输出处理速度：0.5ms/Step程序容量：7K 步,第五章 可编程序控制器,顺序控制系统可编程序控制器基础LG可编程序控制器结构及特点输入/出接线软组件(内部继电器)指令系统可编程序控制器的应用,输入接线,输出接线,第五章 可编程序控制器,顺序控制系统可编程序控制器基础LG可编程序控制器结构及特点输入/出接线软组件(内部继电器)指令系统可编程序控制器的应用,软组件（内部继电器）,I/O继电器P辅助继电器M计时继电器T计数继电器C其他继电器保护继电器K连接继电器L特殊继电器F步进控制器S数据寄存器D,I/O继电器P,作用用于PLC CPU和外部设备之间进行数据交换。类型输入继电器：位于输入映象寄存器中输出继电器：位于输出映象寄存器中由于继电器P的实质是存储器，其内部数据可无限次使用，相当于有无限个常开、常闭触点，不同于继电器接触器等可见触点。编号MK系列使用P区域作为输入和输出的共同区域。对于MK 80S基本单元，输入编号为P0000P000B（共12点），输出编号为P0040P0047（共8点）。如果加上扩展单元，可以达到80点。,I/O继电器P,输入/输出继电器的等效电路,可见部分，用于实际接线,不可见部分，用于编程,可见部分，用于实际接线,不可见部分，用于编程,I/O继电器P,输入更新：在程序执行之前从输入模块中分批读入输入数据且把它们存储到输入映象寄存器中。,当执行输入接触命令时：从输入映象寄存器中读取输入数据并把它们用做顺序程序的执行。,当执行输出接触命令时：从元件映象寄存器中读取输出数据并把它们用做顺序程序的执行。,当执行输出OUT指令时：运算结果被存在输出映象寄存器中。,输出更新：输出映象寄存器中的数据在END指令执行完后被分批输出到输出模块。,输入/输出过程,I/O继电器P,状态1,状态2,使用举例,软组件（内部继电器）,I/O继电器P辅助继电器M计时继电器T计数继电器C其他继电器保护继电器K连接继电器L特殊继电器F步进控制器S数据寄存器D,辅助继电器M,位置M继电器是被PLC CPU使用的内部继电器，不能直接同外部设备相连接。作用辅助继电器M相当于中间继电器，常用作中间转换单元。编号对于MK 80S，辅助继电器M编号为M0000M191F（共19216（F）3072点）。,辅助继电器M,使用举例,不能接外部设备,软组件（内部继电器）,I/O继电器P辅助继电器M计时继电器T计数继电器C其他继电器保护继电器K连接继电器L特殊继电器F步进控制器S数据寄存器D,计时继电器T,作用及类型Master-k系列有100ms和10ms两种计时器。计时的方法根据计时器指令的不同而不同（TON、TOFF、TMR、TMON、TRTG）。计时的时间计时器的最大设定值用十六进制表示为hFFFF，用十进制表示为65535。例如：选用100ms 计时器，计时器值为600，则能计时0.1(S)600=60（S）。编号100ms的计时器的编号为：T000T191（共192点）。10ms的计时器的编号为：T192T255（共64点）。,计时继电器T,使用举例,计时器的启动条件,计时器指令,计时器编号,计时器设定值,软组件（内部继电器）,I/O继电器P辅助继电器M计时继电器T计数继电器C其他继电器保护继电器K连接继电器L特殊继电器F步进控制器S数据寄存器D,计数继电器C,作用及类型计数器计数脉冲的上升沿驱动输入信号，当输入信号从断开到启动时只计数一次。计数的方法根据计数器指令的不同而不同（CTU、CTD、CTUD、CTR）。计数值最大计数设定值是hFFFF（65535）。编号对于MK 80S，计数器继电器C编号为C000C255（共256点）。,计数继电器C,使用举例,计数脉冲,复位信号,计数器指令,计时器编号,计数器的设定值,软组件（内部继电器）,I/O继电器P辅助继电器M计时器继电器T计数器继电器C其他继电器保护继电器K连接继电器L特殊继电器F步进控制器S数据寄存器D,第五章 可编程序控制器,顺序控制系统可编程序控制器基础LG可编程序控制器结构及特点输入/出接线软组件(内部继电器)指令系统可编程序控制器的应用,指令系统,MK 80S指令系统基本指令30条应用指令218条,基本指令,基本指令：触点指令连接指令定时器指令计数器指令反转指令输出指令空运算指令主控指令步进控制器指令END指令,触点指令,触点指令（LOAD、LOAD NOT、OUT）,LOAD：读取常开触点的值；LOAD NOT：读取常闭触点的值；OUT：输出运算结果到指定的设备。,第一个常开触点,继电器线圈,第一个常闭触点,触点指令（LOAD、LOAD NOT、OUT）,第一个常开触点,继电器线圈,第一个常闭触点,触点指令（AND、AND NOT）,AND：常开触点串联；AND NOT：常闭触点串联。,串联的第二个常开触点,串联的第二个常闭触点,触点指令（AND、AND NOT）,串联的第二个常开触点,串联的第三个常闭触点,触点指令（OR、OR NOT）,OR：常开触点并联；OR NOT：常闭触点并联。,并联的第一个常开触点,并联的第二个常闭触点,触点指令（OR、OR NOT）,并联的第一个常开触点,触点指令应用举例：电动机正反转控制（联锁）,动作：有三个按钮操作的开关PB0、PB1和PB2。当PB1按下后，电动机开始正转。当PB2按下后，电动机开始反转。PB0是紧急停止开关，当它按下时，电动机将会停止运行。（正反转切换时须先停车！）,此程序具有以下特点：正反转之间须先停车；通过P0040和P0041的常开触点实现自锁；通过P0040和P0041的常闭触点实现联锁，提高了可靠性；思考：如何实现正反转直接切换？接线要不要变化？如果用继电器来实现，接线要不要变化？,基本指令,基本指令：触点指令连接指令定时器指令计数器指令反转指令输出指令空运算指令主控指令步进控制器指令END指令,连接指令,连接指令（AND LOAD）,AND LOAD：执行块A与块B的串联；AND LOAD最多可连续使用7次。,块A与块B是串联关系,连接指令（AND LOAD）,块A与块B串联,连接指令（AND LOAD）,块A块BAND LOAD块CAND LOAD块DAND LOAD,块A块B块C块DAND LOADAND LOADAND LOAD,程序不易读，劣,程序易读，优,比较下面两段程序：,连接指令（OR LOAD）,OR LOAD：执行块A与块B的并联；OR LOAD最多可连续使用7次。,块A与块B是并联关系,连接指令（OR LOAD）,块A与块B并联,连接指令（OR LOAD）,块A块BOR LOAD块COR LOAD块DOR LOAD,块A块B块C块DOR LOADOR LOADOR LOAD,程序不易读，劣,程序易读，优,比较下面两段程序：,连接指令（MPUSH、MLOAD、MPOP）,MPUSH：存储运算结果（On/Off）。MLOAD：读取MPUSH指令存储的运算结果。MPOP：读取MPUSH指令存储的运算结果；清除由MPUSH指令存储的运算结果。MPUSH指令可以至多连续使用8次。如果在其中有一个MLOAD 指令，从使用的MPS 指令数目中减去1。,连接指令（MPUSH、MLOAD、MPOP）,MPUSH,MLOAD,MLOAD,MPOP,基本指令,基本指令：触点指令连接指令定时器指令计数器指令反转指令输出指令空运算指令主控指令步进控制器指令END指令,定时器指令,定时器指令（TON）,注意：对于TON，得电后（上升沿），其常开触点是延时闭合，常闭触点延时断开，失电后（下降沿），其常开触点是立即断开，常闭触点立即闭合。,得电后开始计时,计时结束，计时器线圈得电,定时器指令TON应用举例：一个闪烁的灯,动作：通过2个定时器，P0000启动灯将周期性闪烁。,亮与暗的时间各是多少呢？,暗1秒,亮1.5秒,定时器指令（TOFF）,注意：对于TOFF，得电后（上升沿），其常开触点是立即闭合，常闭触点立即断开，失电后（下降沿），其常开触点是延时断开，常闭触点延时闭合。,失电后开始计时,计时结束，计时器线圈得电,定时器指令TOFF应用举例：传送带控制,动作：通过使用TOFF定时器按顺序操作3台传送带（A，B，C）。每条传送带之间的时间间隔为5秒，开始：ABC，停止：CBA。,A传送带,B传送带,C传送带,定时器指令TOFF应用举例：传送带控制,C启动,B启动,A启动,C停止,B停止,A停止,定时器指令（TMR）,注意：对于TMR，得电后（上升沿），其常开触点是（累积）延时闭合，常闭触点（累积）延时断开，失电后（下降沿），其常开触点依旧闭合，常闭触点依旧断开，除非复位。,开始计时,计时暂停,继续计时,计时结束,定时器指令TMR应用举例：钻头替换报警,动作：加工中心的钻头的总的使用时间由PLC计数。如果总使用时间超过钻头的使用寿命（100小时），PLC输出一个钻头需要替换的报警信号。,替换完成解除报警,基本指令,基本指令：触点指令连接指令定时器指令计数器指令反转指令输出指令空运算指令主控指令步进控制器指令END指令,计数器指令,计数器指令（CTU）,当在计数脉冲输入检测到一个上升沿的时候，当前值加1（Up计数器）。在计数器触点变成on后，当前值持续增加直到最大值（65535）。,开始计数,结束计数，计数器线圈得电,计数值继续增加,计数器指令（CTD）,当在计数脉冲输入检测到一个上升沿的时候，当前值减1（Down计数器）。,开始计数,结束计数，计数器线圈得电,计数器指令（CTUD）,当从Up计数脉冲输入检测到一个上升沿的时候，当前值加1。当从Down计数脉冲输入检测到一个上升沿的时候，当前值减1。,达到设定值，计数器线圈得电,低于设定值，计数器线圈失电,计数器指令CTUD应用举例：电动机动作的控制电路,动作：通过PLC控制4台电动机。当按钮PB1按下时，运行的电动机数目加1。当按钮PB2按下时，运行的电动机数目减1。当4台电动机全部运行时按下PB1，所有的电动机都将停止。,计数器指令CTUD应用举例：电动机动作的控制电路,基本指令,基本指令：触点指令连接指令定时器指令计数器指令反转指令输出指令空运算指令主控指令步进控制器指令END指令,反转指令,比较下面两个程序：,P0040P0000P0001P0002,基本指令,基本指令：触点指令连接指令定时器指令计数器指令反转指令输出指令空运算指令主控指令步进控制器指令END指令,输出指令,基本指令,基本指令：触点指令连接指令定时器指令计数器指令反转指令输出指令空运算指令主控指令步进控制器指令END指令,空运算指令,基本指令,基本指令：触点指令连接指令定时器指令计数器指令反转指令输出指令空运算指令主控指令步进控制器指令END指令,主控指令,基本指令,基本指令：触点指令连接指令定时器指令计数器指令反转指令输出指令空运算指令主控指令步进控制器指令END指令,步进控制器指令,基本指令,基本指令：触点指令连接指令定时器指令计数器指令反转指令输出指令空运算指令主控指令步进控制器指令END指令,END指令,END指令表示顺序程序的结束。当CPU遇到第一个END 指令，它将停止顺序程序的执行转入输出刷新。在END指令之后的所有指令（除了子程序和中断程序外）都将被忽略且不被执行。如果没有END指令，程序将出现错误。,第五章 可编程序控制器,顺序控制系统可编程序控制器基础LG可编程序控制器可编程序控制器的应用,综合举例,某搬运机械手机构：,下降P0040,上升P0042,下降P0040,上升P0042,左行P0044,右行P0043,夹紧P0041,松开P0041,综合举例,1要求画出功能顺序图。2设计转移条件。当某转移条件的转移条件不止一个时，用逻辑关系来表示有效的转移条件。例如：夹紧的条件很简单，只要左、下限行程按钮都被碰下就可以，同时启动1秒延时。下降的条件相对比较复杂，分左边下降和右边下降两种：左下降：左、上限行程按钮都被碰下，夹子处于松开状态，还要考虑到动作的衔接性，就变成（P0004P0041P0001P0002）。右下降：右、上限行程按钮都被碰下，夹子处于夹紧状态，还要考虑到动作的衔接性，就变成（P0003P0041P0001P0002）。3按工艺要求，配上其他条件(例如自锁、互锁等)，画出梯形图。,作业2,用组态软件(MCGS)+PLC(LG)实现交通信号灯的控制与显示，要求：画出控制系统的电路图；系统的控制过程分析；给出PLC梯形图及程序；给出组态程序。,作业2,用组态软件(MCGS)+PLC(LG)实现搬运机械手的控制与模拟显示，要求：画出控制系统的电路图；系统的控制过程分析；给出PLC梯形图及程序；给出组态程序。,作业2,用组态软件(MCGS)+PLC(LG)实现三路智力抢答器的控制与模拟显示，要求：画出控制系统的电路图；系统的控制过程分析；给出PLC梯形图及程序；给出组态程序。控制要求：第1路抢答器有两个按钮，是串联关系(全按有效)，第2路抢答器有两个按钮，是并联关系(大于1个有效)，第3路抢答器只有1个按钮。哪组先有效，先亮哪盏灯，同时设有复位按钮。,作业2,用组态软件(MCGS)+PLC(LG)实现霓虹灯(4个)的控制与模拟显示，要求：画出控制系统的电路图；系统的控制过程分析；给出PLC梯形图及程序；给出组态程序。控制要求：L1亮1秒L2亮1秒L3亮1秒L4亮1秒全暗1秒全亮1秒全暗1秒 L4亮1秒L3亮1秒L2亮1秒L1亮1秒全暗1秒全亮1秒全暗1秒(下一个周期),