可编程序控制器的基础知识

会计学1可编程序控制器的基础知识目录第2章　接线程序控制及存储程序控制的基本概念2.1可编程序控制器的组成结构2.2可编程序控制器的工作原理2.3可编程序控制器的编程语言第1页/共72页第2章　接线程序控制及存储程序控制的基本概念接线程序控制及存储程序控制的基本概念:在继电器控制系统和电子器件控制系统中，要完成一个控制任务，支配控制系统工作的“程序”是由各分立电器元件（继、接触器、电子元件等）用导线连接起来加以实现的，这样的控制系统称为接线程序控制系统。系统方框图如图1—1所示。第2页/共72页如果支配控制系统工作的程序是存放在存储器中，系统要完成的控制任务是通过存储器中的程序来实现，这样的控制系统称为存储程序控制系统。系统方框图如图1—2所示。输入设备程序存储器输出设备被控制的生产机械或生产过程图1—2存储程序控制系统第3页/共72页可编程控制器就是一种存储程序控制器。其输入设备和输出设备和继电器控制系统相同，但它们是直接接到可编程控制器的输入端和输出端的。控制程序是通过编程器而写到可编程控制器的程序存储器中，每个程序语句都有一个顺序，运行时依次读取存储中的程序语句，对他们的内容解释并加以执行，执行结果用以接通到输出设备，控制被控对象工作。在存储程序控制系统中，控制程序的修改不需要改变控制器内部的接线（即硬件），而只需通过编程器改变程序存储器中某些语句的内容。返回第4页/共72页2.1可编程序控制器的组成结构2.1.1中央处理器CPU2.1.2存储器2.1.3输入/输出模块2.1.4智能模块第5页/共72页2.1可编程序控制器的组成结构PLC实质上一种工业控制用的专用计算机，PLC系统的实际组成与微型计算机基本相同，它也是有硬件系统和软件系统组成。系统硬件见下图。一．PLC的硬件系统第6页/共72页PLC的硬件系统由主机，I/O扩展机及外部设备组成。主机内各部分均通过总线连PLC的硬件系统。总线分电源总线、控制总线、地址总线和数据总线。图2-1PLC的硬件系统简化图返回第7页/共72页2.1.1中央处理器CPUCPU在PLC控制系统中的作用类似于人体的神经中枢，它是PLC的运算、控制中心，用来实现逻辑运算，算术运算，并对全机进行控制，指挥PLC有条不紊的工作。其主要任务有：1.控制从编程器输入的用户程序和数据的接收与存储；2.用扫描方式通过I/O部件接收现场的状态与数据，并存入输入状态表或数据存储器中；第8页/共72页3.诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误；4.PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；5.根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出寄存器表的内容，再经由输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。6.接受中断请求并作处理2.1.1结束第9页/共72页2.1.2存储器存储器即内存，用来存储数据和程序。它包括可以随机存取的存取存储器（RAM，用户程序）和在工作中只能读出，不能写入的只读存储器（ROM或EPROM，系统程序）。注意：PLC中的系统程序关系到PLC的性能，不能由用户直接存取，因而PLC产品中所列存储器形式机器容量一般都是指RAM。如果容量不够，厂家提供了存储器扩展功能。2.1.2结束第10页/共72页2.1.3输入/输出模块I/O模块是CPU与现场I/O设备或其它外部设备之间的连接部件。1.输入部件输入部件是PLC与工业生产现场被控对象之间的连接部件，是现场信号进入PLC的桥梁。该部件接收由主令元件、检测元件来的信号。常见的主令元件:按钮开关常见的检测元件:行程开关、限位开关、光电检测开关、继电器触点及其它各类传感器。其功能是检测一些物理量（如距离、速度、位置、压力、流量、液位、温度、电压、电流等）在设备工作中的状态。输入方式有两种：数字量输入（开关量、接点），模拟量输入（电平输入），要经A/D转换才能进入PLC。第11页/共72页2）输出部件输出部件也是PLC与现场设备之间的连接部件。希望它能直接驱动执行元件，如电磁阀、微电机、接触器、灯和音响等。因此，输出部件中的输出级常是一些大功率器件，如机械触点式继电器、无触点交流开关（双向可控硅）及直流开关（晶体三极管）等。其功能是控制现场设备进行工作（如电动机的起、停，正/反转，阀门的开、关，设备的转动、移动、升降等）。第12页/共72页一般PLC配置I/O电平转换模块及电气隔离模块。电平转换模块(I/O接口实现）输入电平转换是用来将输入端不同电压或电流的信号源转换成微处理器所能接收的低电压信号。输出电平转换是用来将微处理器控制的低电平信号转换成控制设备所需的电压或电流信号。电气隔离模块:PLC在微处理器部分与I/O回路之间采用了光电隔离 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ，这样能有效的隔离微处理器与I/O回路之间的联系，而不致引起PLC故障或误操作。以提高PLC的抗干扰能力。为了与现场信号连接，输入部件上设有输入接线端子排。为了滤除信号的噪声和便于PLC内部对信号的处理，其内部还有滤波、电平转换信号锁存电路。第13页/共72页CPU输出锁存器输出电路输出端子总线输出模块组成框图现场执行部件现场信号输入端子输入电路输入锁存器总线输入模块组成框图CPU第14页/共72页(1)开关量输入模块（P15）1）直流输入模块（图2.2）图2.2直流输入模块电路原理第15页/共72页2）交流输入模块（图2.3）图2.3交流汇点输入模块电路原理图第16页/共72页图2.4交流分隔输入方式电路原理图第17页/共72页3）交直流输入模块（图2.5）图2.5光电耦合器以上三种是PLC常用的I/O模块。第18页/共72页图2.6汇点式输入接线(a)直流模块；(b)交流模块图2.7分隔式输入接线第19页/共72页(2)开关量输出模块的基本原理：图2.8晶体管输出第20页/共72页图2.9可控硅输出第21页/共72页图2.10继电器输出第22页/共72页(3)模拟量输入模块的基本原理在选择使用模拟量输入模块时，主要应考虑如下几个技术要求：①输入量类型：电压，电流；②输入量程：常见为0~10V(4~20mA)；③输入极性：如±5V；④输入通路数：常见有单路、8路和16路；⑤转换精度：主要决定于A/D转换芯片规格，如8位、10位和12位；⑥转换速度：常见有10~100μs第23页/共72页图2.11模拟量输入模块结构框图1）输入信号处理2）A／D转换器3）输出信号处理4）故障检测5）控制逻辑6）光电隔离（抗干扰、不需公共点）第24页/共72页(4)模拟量输出模块的基本原理在选择使用模拟量输出模块时，主要考虑以下技术要求：①输出量类型：电压或电流(取决于输出驱动方式或连接方法)；②输出精度：主要取决于D/A转换器的精度，如8位或12位；③输出通道数：取决于输出转换开关，常见的有单路或8路；④输出幅度：决定于输出级；⑤输出极性：单向或双向。模拟量输出模块的基本结构如图2.12所示。第25页/共72页图2.12模拟量输出模块结构框图它是由输出锁存器、光电隔离、D/A转换器、输出多路开关和控制逻辑5部分组成。它的作用有两个：一是根据CPU送来的地址确定是否选中本模块；二是根据CPU送来的控制信号和输出通道地址，先将系统总线上的数据送入输出锁存器，然后启动D/A转换，最后接通相应通道的模拟开关，将D／A输出的电压信号输送到本通道的输出驱动器。2.1.3结束第26页/共72页2.1.4智能模块智能模块与一般的模块的不同点：*自身带有CPU、存储器、和系统程序。种类：PLC之间的通讯模块、PID调节的模拟量控制模块、高速计数器模块、数字位置译码模块、阀门控制模块等。第27页/共72页(1)通信模块1）FX—232ADP适配器图2.13FX—232ADP系统组成图为了适应可编程控制器网络化的要求，一般在小型可编程控制器上都设有RS422通讯接口或RS232C通讯接口；在中大型可编程控制器上都设有专用的通讯模块。如：三菱F、F1、F2系列都设有 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的RS422接口，FX系列设有RS232C通讯适配器FX-232ADP等。FX-232ADP能够与各种具有RS232C接口的通讯设备连接，实现数据交换。第28页/共72页#通信工作方式（一台PLC与一台PC机）：直接通过RS232口无需适配器的通信方式，这只适用于具有两个串口的PLC机型，它除了有一个RS422口可用于编程外，还带有一个RS232口。故用户可以利用RS232口直接与PC机的串口相连。通过RS422口和适配器与PC机通信的连接图。这种方式可以用于各种机型，但其缺点是必须配备一个RS422/RS232转换器（即适配器）。而且RS422口与适配器之间的连接电缆必须用其专用电缆，即编程电缆。第29页/共72页#1:N通信工作方式的连接图（多台PLC与一台PC机通信）：一台PC机最多可连接32台PLC，可构成现场控制网络。这种通信方式要求配备专用的通信模块FX—232ADP通讯适配器。与PC机相连的FX—232ADP模块使用RS232电缆与PC的串口相连，与PLC相连的FX—232ADP模块一般使用RS422电缆与PLC相连，而各个FX—232ADP间常采用RS485方式，只需用一根双绞线连接即可。最远传输距离可达1km，传输速率可达500kbps。第30页/共72页第31页/共72页2）FX2N—40AP/AW并联适配器传送信号:主→从100点（M800—M899）10点（D490—D499)从→主100点（M900—M999)10点（D500—D509） 利用光纤并行通信适配器FX2N一40AP和双绞线并行通信适配器FX2N-40AW，能够实现两系列PLC间的自动数据传送，达到两台PLC并联运行的目的。    主站与从站间的通信可以是l00/100点的0N/OFF信号和10点/l0点的l6位数据，用于通信的辅助继电器为M800～M999，数据寄存器为D490～D509。第32页/共72页图2.14FX—485ADP模块系统3）FX—485ADP适配器第33页/共72页第34页/共72页(2)闭环控制模块1.用软件的方法去实现PID闭环控制的方法；2.专门设计的闭环控制模块。第35页/共72页(3)高速计数模块为了满足工业控制中快速变化过程，高速计数模块一般具有以下功能：1）采样计数2）设定计数值3）计数方式设定4）数值比较5）输出控制厂家不同计数模块的频率、范围也不同，计数器数量也不同。第36页/共72页（4）编程器作用：1、输入和编辑用户程序；2、对程序进行编辑检查和修改；3、监视PLC运行时用户软件中各种编程软件中各种编程元件的工作状态。在程序输入、调试、检修时使用，多台PLC可以共用一台编程器。编程器分为以下3类：第37页/共72页三菱公司的FX-20P编程器分为以下3类：(1)简易编程器*直接插入PLC的专用接口，PLC提供电源，按键输入，数码管显示；*体积小，携带方便，价格便宜，使用小型的PLC。第38页/共72页三菱公司触摸屏(2)图形编程器*键盘有功能键、字符键、数字健、和显示屏控制键；*显示器多用液晶显示编程内容、继电器占用情况、程序容量、调试和执行时各种信号的状态和错误提示；*直接编辑梯形图，直观；*监视功能强，和打印机相连；*价格贵、使用与大、中型PLC的编程。第39页/共72页(3)工业控制计算机作为编程器以上两种是专用的编程器，不同的厂家是不同的。工业控制计算机作为编程器可以对不同的 型号 pcr仪的中文说明书矿用离心泵型号大全阀门型号表示含义汽车蓄电池车型适配表汉川数控铣床 、不同厂家，只要换编程软件。2.1.4结束第40页/共72页2.2可编程序控制器的工作原理2.2.1PLC的扫描2.2.2PLC的工作过程2.2.3PLC的输入/输出滞后现象第41页/共72页2.2可编程序控制器的工作原理2.2.1PLC的扫描当PLC运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但CPU是不能同时去执行多个操作的，它只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作。由于CPU的运算处理速度很高，使得外部出现的结果从宏观来看似乎是同时完成的。这种分时操作的过程为CPU对程序的扫描。扫描从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条扫描用户程序，即顺序逐条执行用户程序，直到程序结束。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期，然后再从头开始扫描，并周而复始地重复。扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配置及用户程序长短有关。第42页/共72页*继电器控制是按并行方式工作的，只要有电流通路，可能有几个电器动作；*PLC控制是按串行方式工作的，循环、顺序逐条执行用户程序，直到程序结束。但由于PLC的扫描速度快，通常PLC与电器控制装置在I/O的处理结果上并没有什么差别。第43页/共72页循环扫描的工作方式是PLC的一大特点，也可以说PLC是“串行”工作的，这和传统的继电器控制系统“并行”工作有质的区别，PLC的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。2.2.1结束第44页/共72页2.2.2PLC的工作过程PLC的工作过程就是程序执行过程，PLC投入运行后，便执行程序执行过程，它分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。图2.16PLC的扫描工作过程第45页/共72页（1）输入采样阶段在这个阶段，PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态读入到输入映像寄存器中寄存起来，称为对输入信号的采样，或称输入刷新。（2）程序执行阶段在此阶段，PLC对程序按顺序进行扫描。如果程序用梯形图表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行扫描。（3）输出刷新阶段当程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，将元素映像寄存器中所有输出继电器状态转存到输出锁存电路，再去驱动用户输出设备（负载），这就是PLC的实际输出。第46页/共72页PLC重复地执行上述三个阶段，每重复一次就是一个工作周期（或扫描周期）。工作周期的长短与程序的长短（即组成程序的语句多少、CPU运行速度、PLC硬件配置）有关，但CPU控制器控制读取指令、解释指令及执行指令的工作节奏由震荡信号控制。例如FX2N系列PLC:基本指令0.08微秒/指令;应用指令1.52微秒/指令～数百微秒/指令PLC在每次扫描中，对输入信号采样一次，对输出刷新一次，就保证了PLC在执行程序阶段，输入映像寄存器和输出锁存电路的内容或数据保持不变。第47页/共72页第48页/共72页第49页/共72页*PLC对I/O的处理规则I/O处理规则执行过程如下图所示。1．输入映像寄存器的数据，取决于输入端子在上个工作周期的输入采样阶段所刷新的状态。2．输出映像寄存器的状态，由程序中输出指令的执行结果决定。3．输出锁存电路中的数据，由上一个工作周期的输出刷新阶段存入到输出锁存电路中的数据来确定。4．输出端子上的输出状态，由输出锁存电路中数据来确定。5．程序执行中所需的输入，输出状态数据由输入映像寄存器和输出映像寄存器读出。第50页/共72页*信息刷新方式信息刷新方式有很多种，一般来说，输入刷新是在输入采样阶段进行，输出刷新是在输出采样阶段进行。2.2.2结束第51页/共72页2.2.3PLC的输入/输出滞后现象PLC有很多优越之处，但也有不足之处，其中最显著的使I/O有响应滞后现象。对于一般工业设备来说，这些滞后现象是完全允许的。但对于某些设备，应尽量减少滞后时间。当PLC的输入端有一个输入信号发生变化到PLC输出端对输入变化作出反应，需要一段时间。这个时间是响应时间或滞后时间。第52页/共72页图2.17程序执行过程中各元素的时序图(a)梯形图；(b)时序图第53页/共72页产生I/O响应滞后的原因一般是：1）执行程序按工作周期进行，每一工作周期又分输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段进行。2）产生输入/输出响应滞后的其他原因还有输入滤波器电路的滞后作用、输出继电器的机械滞后作用。2.2.3结束第54页/共72页2.3可编程序控制器的编程语言2.3.1梯形图2.3.2语句表2.3.3其他编程语言第55页/共72页2.3可编程序控制器的编程语言PLC是专为工业自动控制而开发的装置，其只要使用对象是广大电气技术人员及操作维护人员。为了满足他们的传统习惯和掌握能力，通常PLC不采用微机的编程语言，而常常采用面向控制过程，面向问题的“自然语言”编程，有梯形图LAD，语句表STL（助记符），控制系统 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图，逻辑方程式或布尔代数式等。下面介绍5个概念：第56页/共72页1、指令系统：一个PLC所具有的指令的全体称为该PLC的指令系统。它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着PLC的功能和性能。一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。我们在编程之前必须弄清PLC的指令系统2、程序：PLC指令的有序集合，PLC运行它，可进行相应的工作，当然，这里的程序是指PLC的用户程序。用户程序一般由用户设计，PLC的厂家或代销商不提供。用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂的程序，更难读，所以多数程序用梯形图表达。第57页/共72页3、梯形图：梯形图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连接图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序。它与电气原理图很相似。4、梯形图与助记符的对应关系：助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，有了梯形图就可将其翻译成助记符程序，反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图。即梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入，后输出（含其他处理）；先上，后下；先左，后右。第58页/共72页5、梯形图与电气原理图的关系：如果仅考虑逻辑控制，梯形图与电气原理图也可建立起一定的对应关系。如梯形图的输出（OUT）指令，对应于继电器的线圈，而输入指令（如LD，AND，OR）对应于接点，等等。这样，原有的继电控制逻辑，经转换即可变成梯形图，再进一步转换，即可变成语句表程序。有了这个对应关系，用PLC程序代表继电逻辑是很容易的。这也是PLC技术对传统继电控制技术的继承。下面介绍梯形图、语句表，通过介绍这两个内容进一步理解上面五点。返回第59页/共72页2.3.1梯形图梯形图在形式上类似于继电器控制电路，如图2.18所示。它是用图形符号等连接而成，这些符号依次为常开接点，常闭接点，并联接点，串联接点，继电器线圈等。每一接点和线圈均对应一个编号。不同机型的ＰLＣ，其编号方法不一。第60页/共72页输出继电器线圈KMSB1SB2KM梯形图中用表示PLC编程元件的动合触点动断触点线圈()连动线路梯形图PLC输入继电器动断触点(END)动合触点X2X1Y1Y1动合触点()第61页/共72页梯形图的特点：1）梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列。每个继电器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。每一逻辑行起于左母线，然后是接点的各种连接，最后终于继电器线圈。整个图形呈阶梯形。2）梯形图中的继电器不是继电器控制电路中的物理继电器，它实质上存储器中的每位触发器，因此称为“软继电器”，相应位的触发器为“1”态，表示继电器线圈通电，常开接点闭合，常闭接点打开。第62页/共72页3）梯形图中，一般情况下某个编号的继电器线圈只能出现一次，而继电器接点则可无限引用，既可是常开接点，又可是常闭接点。4）梯形图是PLC形象化的编程手段，其两端的母线是没有任何电流可接的。梯形图中并没有真实的物理电流流动，而仅只能是“概念”电流，是用户程序运算中满足输出执行条件的形象表示方法。‘概念“电流只能从左到右流动，层次改变只能先上后下。第63页/共72页5）输入继电器供PLC接受外部输入信号，而不能由内部其他继电器的接点驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的接点，而不出现其线圈，其接点表示相应的输入信号。6）输出继电器供PLC作输出控制用。它通过开关量输出模块对应的输出开关（晶体管，双向可控硅或继电器触点）去驱动外部负载。因此，当梯形图中输出继电器线圈满足接通条件时，就表示在对应的输出点有输出信号。第64页/共72页7）PLC的内部继电器不能作输出控制用，其接点只能供PLC内部使用。8）当PLC处于运行状态时，PLC就开始按照梯形图符号排列的先后顺序（从上到下，从左到右）逐一处理，也就是说，PLC对梯形图是按扫描方式顺序执行程序。因此不存在几条并行支路同时动作的因素，这在设计梯形图时可减少许多约束关系的连锁电路，从而使电路设计大大简化。2.3.1结束第65页/共72页2.3.2语句表语句表类似于计算机汇编语言的形式，它是用指令的助记符来编程的。不同的PLC，语句表使用的助记符不相同，以FX—2N型PLC为例，对应于P61页图的语句表为：LDX0（表示逻辑操作开始，常开接点X0与母线连接）ORX2（常开接点并联）ANIX1（常闭接点串联）OUTY4（输出）LDX3OUTY6可见，语句表是由若干条语句组成的程序。语句是程序的最小独立单元，每个操作功能由一条或几条语句来执行。每条语句表示给CPU一条指令，规定CPU如何操作。第66页/共72页操作码操作数操作码用助记符表示，它表明CPU要完成的某种操作功能，又称编程指令或编程命令。PLC全部编程指令的集合称为指令系统。操作数包括了为执行某种操作所必须的信息，告诉CPU用什么东西来执行此种操作。2.3.2结束第67页/共72页2.3.3其他编程语言(1)功能块图使用逻辑框图表示各种控制条件，指令以方框图的形式出现的。第68页/共72页FX2N系列PLC采用状态器S进行机械手动作控制顺序功能图第69页/共72页(2)逻辑方程式或布尔代数式对应于左图的逻辑方程式为：(3)高级语言各类PLC同时具备两种或两种以上的编程语言，梯形图和语句表是都有的，厂家不同表示方法不同，但其编程的基本原理是相同的，只要掌握一种型号的PLC编程语言和方法，再去学习其他的类型的PLC编程语言和方法容易得多。2.3.3结束第70页/共72页谢谢!第71页/共72页