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PLC基础知识大全

时间:2020-07-03 22:14来源:未知 作者:admin 点击:
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  PLC基础知识大全_电子/电路_工程科技_专业资料。PLC基础知识 基本内容: PLC简介、基本功能、特点、应用范围、工作方式。 重点: 定义、基本功能、工作方式。 难点: 工作方式、扫描时间。 第一节 PLC基础知识 一、 PLC的产生与历史

  PLC基础知识 基本内容: PLC简介、基本功能、特点、应用范围、工作方式。 重点: 定义、基本功能、工作方式。 难点: 工作方式、扫描时间。 第一节 PLC基础知识 一、 PLC的产生与历史 二、 可编程控制器的定义 三、 PLC的现状及发展趋势 四、PLC的特点 五 、PLC的基本功能 六、 PLC与其他工业控制系统的比较 一、 PLC的产生与历史 ? 世界上第一台PLC 1969年由美国数字设备公司(DEC)根据美国通用汽车 公司(GE)的要求研制成功。 ? 背景: 1968年美国通用汽车公司(GE),为了适应汽车型号 的不断更新,生产工艺不断变化的需要,实现小批量、多 品种生产,希望能有一种新型工业控制器,它能做到尽可 能减少重新设计和更换电器控制系统及接线,以降低成本, 缩短周期。 ? 设计思想: 吸取继电器和计算机两者的优点 ☆ 继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更 改、查找和排除故障困难,对生产工艺变化的适应性差,但 简单易懂、价格便宜; ☆ 计算机功能强大、灵活(可编程)、通用性好,但编程 困难; ☆ 采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程, 使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。(梯形图) ◆70年代初期: 仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能, 只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制 器(Programmable Logic Controller) ◆70年代中期: 微处理器技术应用到PLC中,使PLC不仅具有 逻辑控制功能,还增加了算术运算、数据传送和数据处理等 功能 ◆80年代以后:随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术 的迅速发展,16位和32位微处理器应用于PLC中,使PLC得 到迅速发展。PLC不仅控制功能增强,同时可靠性提高,功 耗、体积减小,成本降低,编程和故障检测更加灵活方便, 而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。 西门子PLC外形图 S7-200系列PLC S7-300系列PLC S7-400系列PLC 三菱PLC外形图 Q系列PLC FX2N系列PLC FX1N系列PLC FX1S系列PLC 欧姆龙PLC外形图 C200H系列PLC CPM1A、CPM2A系列PLC PLC的国内外状况 1974年我国开始仿制美国的第二代PLC产品,但因元器件 质量和技术问题等原因未能推广。直到1977年,我国才研制 出第一台具有实用价值的PLC,并开始批量生产和应用于工业 过程的控制。 主要厂家有:北京和利时,科迪纳,张前苏。洛阳易达, 无锡信捷,南京嘉华,兰州全志,广州科赛恩,中山智达, 恒日等。 PLC的发展趋势 ? (1)向高速度、大存储容量方向发展 (CPU处理速度nS级;内存2M字节) ? (2)向多品种方向发展和提高可靠性 (超大型和超小型) ? (3)产品更加规范化、标准化 (硬件、软件兼容的PLC) ? (4)分散型、智能型、与现场总线)加强联网和通信的能力 ? (6)控制的开放和模块化的体系结构OMAC(open Modular Architecture for Control) 五、PLC的基本功能 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 逻辑控制功能 定时控制功能 计数控制功能 步进控制功能 数据处理功能 回路控制功能 通讯联网功能 监控功能 停电记忆功能 故障诊断功能 PLC应用于步进电 机控制 第四章 PLC基础知识 Date: 5/5/2015 Page: 14 1 逻辑控制功能 逻辑控制功能是PLC最基本功能之一,是 PLC最基本的应用领域,可取代传统的继电 器控制系统,实现逻辑控制和顺序控制。 在单机控制、多机群控和自动生产线控 制方面都有很多成功的应用实例。 例如:机床电气控制、起重机、皮带运 输机和包装机械的控制、注塑机控制、电梯 控制、饮料灌装生产线、家用电器(电视机、 冰箱、洗衣机等)自动装配线控制、汽车、 化工、造纸、轧钢自动生产线 定时控制功能 定时控制功能是PLC的最基本功能之一。 PLC中有许多可供用户使用的定时器,功能类似 于继电器线路中的时间继电器。 定时器的设定值(定时时间)可以在编程时设定, 也可以在运动过程中根据需要进行修改,使用方便 灵活。 同时PLC还提供了高精度的时钟脉冲,用于准确 实时控制。 3 计数控制功能 计数控制功能是PLC的最基本功能之一。 PLC为用户提供许多计数器,计数器计数到某一数值时,产生一 个状态信号(计数值到),利用该状态信号实现对某个操作的计数控 制。 计数器的设定值可以在编程时设定,也可以在运行过程中根据 需要进行修改。 计数输入 00000 00001 00002 输入复位 传感器 旋转编码器 变频器等 5 数据处理功能 PLC大部分都具有数据处理功能,可以实现算术运算、数据比较、数据 传送、数据移位、数制转换译码编码等操作。中、大型PLC数据处理功能更 加齐全,可完成开方、PID运算、浮点运算等操作,还可以和CRT、打印机 相联,实现程序、数据的显示和打印。 8 监控功能 PLC设置了较强的监控功能。 利用编程器或监视器,操作人员可以对PLC有关部分的 运行状态进行监视。 利用编程器,可以调整定时器、计数器的设定值和当前 值,并可以根据需要改变PLC内部逻辑信号的状态及数据区 的数据内容,为调整和维护提供了极大的方便。 9 停电记忆功能 PLC内部的部分存储器所使用的RAM设置了停电保持器 件(备用电池等),以保证断电后这部分存储器中的信息 能够长期保存。 利用某些记忆指令,可以对工作状态进行记忆,以保 持PLC断电后的数据内容不变。 PLC电源恢复后,可以在原工作基础上继续工作。 10 故障诊断功能 PLC可以对系统构成、某些硬件状态、指令的合法性等 进行自诊断,发现异常情况,发出报警并显示错误类型, 如属严重错误则自动中止运行。 PLC的故障自诊断功能,大大提高了PLC控制系统的安全 和可维护性。 六、PLC与其他工业控制系统的比较 与工业计算机比较 PLC与继电器控制系统比较 ? 工业控制机控制要求开发人员具有 ? 继电器控制采用硬接线方式装配而 较高的计算机专业知识和微机软件 成,只能完成既定的功能。 编程的能力。 ? PLC控制只要改变程序并改动少量 ? PLC采用了采用面向控制过程、面 的接线端子,就可适应生产工艺的 向问题的“自然语言”进行编程, 改变。 使不熟悉计算机的人也能很快掌握 ? 从适应性、可靠性及设计、安装、 使用 ,便于推广应用。 维护等各方面进行比较。传统的继 ? PLC是专为工业现场应用而设计的, 电器控制大多数将被PLC所取代。 具有更高的可靠性。 ? 在模型复杂、计算量大且较难、实 时性要求较高的环境中,工业控制 机则更能发挥其专长。 第二节 ? ? ? PLC基本原理 2.1 PLC内部硬件框图及各部分作用 2.2 PLC工作过程特点及主要性能指标 2.4 PLC分类 2.1 PLC内部硬件框图及各部分作用 2.1.1 PLC的组成 PLC由四部分组成 :中央处理单元(CPU板)、输入输出 (I/O)部件和电源部件。 ? PLC的基本组成与一般的微机系统类似:是一种 以微处理器为核心的、用于控制的特殊计算机 ? PLC的基本组成包括硬件与软件两部分 ? PLC的硬件:中央处理器(CPU)、存储器、输入 接口、输出接口、通信接口、电源等 ? PLC的软件:系统程序和用户程序 2.1.2 PLC内部主要部件功能 1. PLC中的CPU作用及分类 CPU的作用:按系统程序赋予的功能,指挥PLC有条不紊地进行工作。 归纳起来主要有以下五个方面: 1)接收并存储编程器或其它外设输入的用户程序或数据 2)诊断电源、PLC内部电路故障和编程中的语法错误等 3)接收并存储从输入单元(接口)得到现场输入状态或数据 4)逐条读取并执行存储器中的用户程序,将运算结果存入存储器 5)根据运算结果,更新有关标志位和输出内容,通过输出接口实 现控制、制表打印或数据通讯等功能 2.系统程序存贮器 ? 存储器的作用: PLC中,存储器主要用于系统程序、用户程序、数据 ? 存储器的类型: ① ② 可读/写操作的随机存储器RAM 只读存储器ROM、PROM、EPROM、E2PROM 4. 输入/输出接口(I/O模块) ? 输入/输出接口通常也称I / O 单元或I / O 模块,是PLC与工业 生产现场之间的连接通道。 ? PLC输入接口-----用户设备需输入PLC的各种控制信号,如限位 开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其它一些传感器输出 的开关量或模拟量(要通过模数变换进入机内)等,通过输入接口 电路将这些信号转换成中央处理单元能够接收和处理的信号,用 这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据。 ? PLC输出接口-----路将中央处理单元送出的弱电控制信号转换成 现场需要的强电信号输出,以驱动电磁阀、接触器、电机等被控 设备的执行元件。 ◆ I / O 接口的作用: ? 电平转换功能:由于外部输入设备和输出设备所需的信号 电平是多种多样的,而PLC内部CPU的处理的信号是标准电 平信号。 ? 光电隔离和滤波功能,以提高 PLC 的抗干扰能力,通常还 有状态指示,工作状况直观,便于维护。 ? I / O 接口的类型: 开关量输入/输出接口 模拟量输入/输出接口 ◆ 输入/输出(I/O)点数: ? PLC的I/O点数是指PLC的I/O接口所能接受的输入信号个数 和输出信号个数的总和。 ? I/O点数是选择PLC的重要依据之一。 ? 当I/O点数不够时,可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行 扩展。 PLC的编程语言 在 PLC 系统结构不断发展的同时, PLC 的编程语言也越来越丰 富,功能也不断提高。 程序的表达方式基本有四种:梯形图、指令表、逻辑功能图 和高级语言。梯形图是当前使用最广泛的一种编程方法。 除了的梯形图语言外,为了适应各种控制要求,出现了面向 顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计 算机兼容的高级语言(BASIC、C语言等)等。 多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。 1. 梯形图编程语言 梯形图(Ladder diagram)编程语言是一种图形语言 ,类似于继 电器控制线路图的一种编程语言,它面向控制过程,直观易懂, 是PLC编程语言中应用最多的一种语言。 物理继电器 线 圈 PLC继电器 触 点 常开 常闭 两种梯形图的继电器符号图对照 (1)名词解释——软继电器 PC的继电器不是物理的电器,它是PC内部的寄存器位,因 为它具有与物理继电器相似的功能,常称之为“软继电器”。 说明: 线圈 常开触点 常闭触点 PLC每一个继电器都对应着内部的一个寄存器位,该位为 “1”态时,相当于继电器接通;为“0”态时,则相当于继 电器断开。 (2)两种控制的梯形图比较 SB1 SB2 KM 线圈 继电器 控 制 KM 常开触点 00001 01000 常闭触点 00000 线) 两种控制中继电器的区别 物理继电器 继电器需硬接线连接 触点个数有限 继电器的接线改变——控制功能改变 PLC继电器 继电器用程序软连接 触点个数无限 PLC的用户程序改变—— 控制功能改变 Q FU KM KR 例 如 继电器控制接线 KM KH 主电路 相同 KM PLC控制外部接线 KM 输出设 备 M 3~ 输入设 备 SB1 PLC KR 欲改变控制功能: ~ 用继电器控制——要改变控制电路的实际接线。 用PLC控制——外部接线不变,改变用户程序。 2、语句表编程语言 用助记符表示指令的功能 指令语句是PLC用户程序的基础元素 多条指令语句的组合构成了语句表 程序 00000 00001 01000 LD OR 01000 00000,表示逻辑操作开始 01000 ;表示常开触点01000与前面的触点并联 AND NOT 00001; 表示常闭触点00101与前面的触点串联 OUT END 01000;表示前面的逻辑运算结果输出给01000 ;表示程序结束 END 梯形图程序 语句表程序 2.2 可编程控制器工作过程特点及主要性能指标 2.2.1 循环扫描工作方式 ? 当PLC运行时,需要进行众多的操作,而PLC的CPU不可 能同时去执行多个操作, 每一刻只能执行一个操作。 ? 解决的办法:采用分时操作原理 ? 扫描工作方式:由于CPU的运算处理速度很快,所以从 宏观上来看,PLC外部出现的结果似乎是同时完成的, 这种分时操作的方法称为扫描工作方式。 PLC采用“顺序扫描、不断循环”工作方式,这个过程可分 输入采样,程序执行、输出刷新三个阶段,整个过程扫描并执 行一次所需的时间称为扫描周期。 输 入 端 子 输 入 锁 存 器 输 输 写 出 入 程 状 读 序 状 态 态 执 读 寄 寄 行 存 存 器 器 程序执行 输 出 锁 存 器 输 出 端 子 输入采样 输出刷新 2.2.2 PLC扫描工作各环节的功能 ① PLC上电后,首先检查硬件是否正常。 若正常,则进行下一步;若不正常,则报警并作处理。 ② 按自上而下的顺序,逐条读用户程序并执行。 对输入的数据进行处理, 将结果存入元件映象寄存器。 ③ 计算扫描周期。 00002 0000 00002 01000 1 01000 母线. PLC执行用户程序的特点 ① 按梯形图自左向右、自上而下逐次执行程序 ② 执行程序时所需数据取自于: 输入映像寄存器 元件映像寄存器 ③ 输入映像寄存器和元件映像寄存器中的数据 输入映像寄存器:在一个扫描周期中保持不变 元件映像寄存器:在一个扫描周期中可读可写 ④ 每个扫描周期I/O刷新阶段集中读入/读出数据 (3)PC的循环扫描工作过程(信号传递过程) 从输入端子到输出端子的信号传递过程 00000 00001 01000 用 户 输 入 设 备 输读 入 映读 像 寄 存 01000 器 写 读 元 件 映 像 寄 存 器 用 户 输 出 设 备 输 入 端 子 输 入 电 路 01001 写 输 出 锁 存 器 输 出 电 路 输 出 端 子 I/O刷新 执行用户程序 I/O刷新 第四章 PLC基础知识 练习一、补充控 制线 第四章 PLC基础知识 练习二、将继电器电路转 变为PLC控制电路 Date: 5/5/2015 Page: 44 第四章 PLC基础知识 练习三、补充控 制线 第四章 PLC基础知识 练习四、 将继电器 电路转变 为PLC控 制电路 Date: 5/5/2015 Page: 46 第四章 PLC基础知识 Date: 5/5/2015 Page: 47 第四章 PLC基础知识 Date: 5/5/2015 Page: 48

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