第6章 可编程控制器PLC.docx
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第6章可编程控制器PLC
第6章可编程控制器(PLC)
学习目标:
1.了解可编程控制器的结构和工作原理。
2.了解可编程控制器的几种基本编程方法。
3.熟悉常用的编程指令。
4.学会使用梯形图编制简单的程序。
6.1可编程控制器的结构和工作原理
前言:
可编程控制器是以自动控制技术、薇计算机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置。
1.可编程控制器的定义
1.早期的可编程控制器被称为可编程逻辑控制器,简称PLC。
2.随着技术的发展,国外一些厂家采用微处理器作为中央处理单元,使其功能大大增强。
PLC这一名称已不能准确反映它的特性。
3.1980年,美国电器制造商协会将它命名为可编辑控制器(PC),为避免混淆,可编辑控制器仍称(PLC)。
4.1987年,国际电工委员会(IEC)的定义。
5.总之,可编辑控制器是一种以微处理器为核心、带有指令存储器和I/O接口。
2.PLC的产生与发展
1.PLC的产生
(1)继电器接触器控制系统的特点与缺点。
(2)对于日新月异的工业发展,人们寻求一种新型的通用控制设备,取代原有的继电器接触器系统。
2.PLC的发展
(1)CPU由中、小规模数字集成电路组成,控制功能比较简单,能完成定时、计数及逻辑控制。
(2)CPU采用微处理器,数据处理能力获得很大提高,增加了数据运算、传送、比较等功能,实现了对模拟量的控制。
(3)CPU开始采用8位和16位微处理器,使数据处理能力和速度大大提高,PLC开始具有了一定的通信能力。
(4)CPU开始采用了32位微处理器,数学运算、数据处理能力大大增强,增加了运动控制、模拟量PID控制器,联网通信能力进一步加强。
(5)20世纪90年代中期至今。
CPU使用16位和32位微处理器,运行速度更快,功能更强。
出现了智能化模块。
编程语言还增加了高级语言。
3.PLC的发展趋势
1.方便灵活和小型化
(1)是实现机电一体化的理想控制设备。
(2)在结构上,一些小型机采用框架和模块的组合方式,使用户方便灵活的构成所需要的系统。
2.高功能和大型化。
(1)对钢铁工业,化工业等大型企业实施生产过程的自动控制一般比较复杂。
(2)不久的将来,大型PLC会全部使用64位芯片。
4.PLC的特点及应用领域
PLC的特点
1.可靠性高。
(1)大量的开关动体由无触点的半导体集成电路完成。
(2)制造工艺采取了抗干扰措施。
(3)PLC具有完善的自诊断功能。
(4)特殊的外壳封装结构。
2.编程简单:
梯形图语言是面向用户的高级语言。
3.通用性好
(1)PLC是通过软件来实现控制的。
(2)同一系列PLC,不同功能机型基本相同,可以互换。
4.功能强大
(1)PLC最广泛的应用是对开关量进行逻辑运算和顺序控制,同时还可以对模拟量
进行控制。
(2)PLC可以控制一台单机、一条生产线、还可以控制一个机群,可以现场控制也
可以远距离控制。
5.体积小,功耗低
(1)采用半导体集成电路。
(2)设计结构紧凑。
6.设计施工周期短:
硬软件同时进行。
5..PLC的应用领域
1、开关量的逻辑控制:
从十几个到成千上万个点。
2、模拟量控制:
温度、压力、流量、液面高度等。
3、机械运动控制:
对伺服电机和步进电机控制。
4.通信、联网及集散控制:
可使整个工厂实现生产自动化。
5、数据处理:
较复杂的数据处理一般应用在大、中型控制系统。
6.1PLC的一般构成
1
、CPU:
它是PLC的核心和控制指导中心
(1)CPU通过三总线与存储器、I/O接口电路相连接,完成信息传递转换等。
(2)CPU的主要功能:
接受输入信号并存入存储器,读出执行指令,将结果输出,处理中断请求,准备下一条指令。
2、存储器
(1)系统程序存储器:
系统程序固化在ROM中。
(2)用户程序存储器:
可读写,存放在RAM中。
3、输入、输出接口电路
(1)输入接口电路
开关量输入单元多为直流输入单元。
一般PLC内部提供24V直流电源,用户只需将开关接在输入端子和公共端子之间即可,这就是所谓无源式直流输入单图中只画出对应于一个输入点的输入电路,个个输入点所对应的输入电路均相同。
(2)输出接口电路:
a.继电器输出型:
有触点的输出方式,可用于直流或低频交流负载。
b.晶体管输出型:
无触点输出方式,适用于高速、小功率负载。
c.晶闸管输出型:
无触点输出方式,适用于高速、大功率负载。
4、电源为保证plc可靠,大多采用开关型稳压电源;
有的plc还向外部提供24v直流电源。
5、外部接口
(1)每台plc都有外设端口,对称外设接口、外接接口。
它是在主机外壳上与外部设备配接口插座。
(2)同过电缆线可配接偏移器、计算机、其他plc、打印机等。
6、I/O扩展器
(1)通过I/O扩展器端口连接I/O扩展单元来增加I/O点。
(2)A/D和D/A单元一般也通过该接口与主机连接。
(3)各种智能单元链接单元。
(4)设有I/O扩展端口的PLC不能进行I/O点扩展。
7.PLC的基本工作过程
PLC的工作过程大致分为3个阶段,PLC重复执行上述3个阶段,周而复始。
每重复一次的时间成为一个扫描周期。
PLC的工作方式万恶循环扫描方式。
1.输入采样:
在执行用户程序的过程中,输入映象寄存器的状态不变。
2.程序执行:
执行程序时所需的信号,是在输入寄存器状态和其它一些编程原件状态中取得的。
3.输出刷新:
输出锁存器的内容要等到下一个扫描周期的输出阶段才会被刷新。
8.可编程控制器的编程语言
◆可编程控制器是通过程序对系统进行控制的,所以各种机型的plc都有自己的编程语言。
◆plc通常不采用激素及编程语言,而采用梯形图语言和助记语言。
梯形图语言
电气符号
(1)物理继电器与“软”继电器
(2)“硬接线”与“软接线”
(3)“概念”电流
线圈
(1)继电器接触器线路图中的线圈
(2)Plc梯形图中的继电器线圈是广义的。
触电
物理继电器的触点格数是有限的,会接触不良。
Plc的每一个继电器都对应着内部的一个寄存器位,可以反复使用,没有使用寿命限制。
工作方式
(1)继电器是并行各自方式。
(2)Plc梯形图是串行工作方式。
助记符语言
LD00000助记符语言包括两部分
OR01000操作码:
指令
ANDNOT00001操作数:
地址或设定的值
OUT01000
1.助记符语言类似于计算机的汇编语言。
2.语句表编程语言不如梯形图形象、直观,但是在使用简易编程器输入用户程序时,必须采用。
3.助记符语言与梯形图语言相互对应、相互转换。
逻辑功能图:
高级语言:
方便的与计算机通信联网。
9.PLC重要性能指标和分类。
plc的主要性能指标
1.I/O点数:
衡量PLC性能的主要指标之一。
I/O点数计PLC面板上的输入、输出端子的个数。
PLC的I/O点数一般包括主机I/O点数和扩展单元I/O点数。
2.程序容量
(1)程序容量指的是用户程序存储器的容量。
(2)在PLC中程序是按“步”存放的,以不占用一个地址单元,一个地址单元占2个字节。
1000步的PLC为2K字节。
(3)中、小型PLC程序容量一般在8K以下。
3.扫描速度
(1)指执行程序的速度。
一般的扫描1K字(2K字节,1000步)所用的时间来衡量扫描速度。
(2)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执行相同操作所用的时间来衡量扫描速度的快慢。
4.指令条数:
变成指令种类及条数越多,功能越强。
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。
6.扩展能力:
包括I/O扩展及各种功能模块的功能扩展。
PLC的分类:
一般按外部特征进行分类
1.按结构形式分类
(1)整体式结构:
小型PLC常采用
(2)模块式结构:
一般大中型PLC采用
(3)分散式结构:
CPU、电源、存储器集中放置在控制室
2.按I/O点数分类
(1)微型机:
I/O点数<64点,程序存储量<1K字节
(2)小型机:
64~256点,程序存储量<3.6KB
(3)中型机:
256~2048点,程序存储量<13KB
(4)大型机:
>2048点,程序存储量>13KB
3.按功能分类
(1)低档机:
一般用于单机或小规模生产过程。
(2)中档机:
小型连续生产过程的复杂逻辑控制和闭环调节控制。
(3)高档机:
大规模的过程控制。
RUN(绿):
PLC的工作状态指示运行监控时亮编程、运行异常时,灭
ERR(红):
严重错误指示,常亮,PLC停止工作
ALM(红):
警告性错误指示
10.常用的基本指令
1.LD、LDNOT、AND、ANDNOT、OR、ORNOT、OUT、OUTNOT指令:
LD00000
OR01000
ANDNOT00001
OUT01000
LDNOT00002
ORNOT00003
AND01000
OUTNOT01001
△在分析稀行图时,常开和常闭触点的状态是由它对应的继电器的状态来确定的。
△图中,常闭触点0100也为ON时,则输出继电器01001为OFF,否则01001为ON。
显然,OUTNOT指令是把前面计算的结果取反再送到继电器01001中。
2.END指令
LD00000
ANDNOT00001
ORNOT00003
AND00002
OR00004
OUT01002
END
1.NOP指令
2.ANDLD指令和ORLD指令
方法1方法2
LD00000LD00000
ANDNOT00001ANDNOT00001
LDNOT00002LDNOT00002
AND20005AND20005
ORLDLD01004
LD01004AND00003
AND00003ORLD
ORLDORLD
OUT01100OUT01100
3.SET和RESET指令
4.KEEP指令
5.DIFU和DIFD指令
练习1:
练习2:
两种启停保持电路
第一种:
LD00002第二种:
LD00002
ORHR000LD00003
ANDNOT00003KEEPHR0000
OVTHR0000
6.2可编程控制器的程序编制
1.PLC梯形图编程格式
(1)每个输出单元构成一个梯级。
(条的概念)
(2)左侧半排触点,右侧半排输出单元。
2.基本编程规则
(1)触点可串可并无限制。
(2).线圈或指令不能直接与左侧母线连接。
△极少数没有执行条件的指令除外。
△必要时
(3)线圈不能重复使用。
(4)触点多上并左:
△上重下轻
△左重右轻
(5)触点应画在水平线上,不能画在垂直线上。
(6)程序结束时一定要安排END指令。
3.基本编程方法
(1)两个以上的线圈或指令可以并联输出。
LD00002
ANDNOT00003
OUT01000
OVT01001
OUT20000
TIM000
#0100
(2)连续输出
LD00002
ANDNOT00003
OUT01000
ANDTIM000
OUT01001
(4)分支输出
◆每条支路到线圈之间至少有一个或一个以上的触点。
◆处理分支方法:
TR,IL/ILC
(5)如果一条指令只需在PLC上电之初执行一次,可以用SR25315作为执行条件。
LD2315
DIFV20000
LD20000
LD00001
KEEP01000
◆这种用法多出现在PLC初始化程序段上。
6.3可编程控制器应用举例
1.PLC控制系统设计的步骤
2.程序设计技巧
1.梯形图应体现“左重右轻”“上重下轻”的原则
2.尽量避免出现分支点梯形图
3.将多层控制转化为多分支控制
4.桥式电路无法进行直接编程
5.避免输入对输出响应的滞后
3.电动机正、反转控制
1.控制要求
(1)可正转,也可反转
(2)转向前先行转,再换向启动
2.I/0分配:
3个输入,2个输出,一个热继电器过载保护
输入:
正转启动按钮SB1,00000
反转启动按钮SB2,00001
停止按钮SB3,00002
输出:
正转交流接触器KM1,01000
反转交流接触器KM2,01001
注:
对热继电器的处理
PLC输入点较富裕:
FR常闭点占用PLC输入点
PLC输入点较紧张:
直接接在外部控制电路中
3.实际接线图
注意:
用PLC控制时,启动和停止一般都用常开处理。
4.梯形图程序设计
4.三相异步电动机的点动、首动控制
1.控制要求:
(1)电动机可实现长动、也可以实现点动;通过转换开关选择
(2)具有短路、光压、欠压和过载保护功能
提示与补充:
熔断器、短路保护、自动开关(低压短路器)具有过载、短路、欠压、失压保护作用。
热继电器:
过载及断相保护
2.I/O分配:
4入1出
输入:
停止按钮SB100000
长动启动按钮SB200001
点动启动按钮SB300002
转换开关SA00003
输出:
交流接触器KM101000
3.实际接线图
4.梯形图程序设计
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