《可编程序控制器》PPT课件.ppt

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1、1.1 PLC概述及工作原理 1.2 PLC的编程元件及指令系统 1.3 梯形图的设计规则与设计方法 1.4 PLC应用实例,第1章 可编程序控制器,1.1 PLC概述及工作原理,1.1.1 PLC概述 1、可编程序控制器的定义 2、可编程序控制器的特点,功能强，性能价格比高 一台小型可编程序控制器内有成百上千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，它具有很高的性能价格比。可编程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制与集中管理。,硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 可编程序控制器产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，

2、用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。可编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。可编程序控制器有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。,系统的设计、安装、调试工作量少 可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。 可编程序控制器的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比继电器系统电路图的设计时间要少得多。 可编程序控制

3、器的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过可编程序控制器上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统要少得多。,体积小，能耗低 对于复杂的控制系统，使用可编程序控制器后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型可编程序控制器的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/21/10。 可编程序控制器的配线比继电器控制系统的配线少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，加上开关柜体积的缩小，可以节省大量的费用。,3、可编程序控制器的的分类

4、,按硬件的结构类型分类 为了便于在工业现场安装，便于扩展，方便接线，其结构与普通计算机有很大区别。通常从组成结构形式上将这些PLC分为两类：一类是一体化整体式PLC，另一类是结构化模块式PLC。,整体式结构 从结构上看，早期的可编程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及与编程器相连的接口、输入/输出端子、电源、指示灯等都装配在一起的整体装置。一个箱体就是一个完整的PLC。它的特点是结构紧凑，体积小，成本低，安装方便，缺点是输入/输出点数是固定的，不一定能适合具体的控制现场的需要。这类产品有OMRON公司的C20P、C40P、C60P，三菱公司的Fl系列，东芝公司的EX20/40系列等

5、。,模块式结构 模块式结构又叫积木式。这种结构形式的特点是把PLC的每个工作单元都制成独立的模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、通信模块等。另外，机器上有一块带有插槽的母板，实质上就是计算机总线。把这些模块按控制系统需要选取后，都插到母板上，就构成了一个完整的PLC。这种结构的PLC的特点是系统构成非常灵活，安装、扩展、维修都很方便，缺点是体积比较大。常见产品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西门子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。,按应用规模及功能分类 为了适应不同工业生产过程的应用要求，可编程序控制器能够处理的输入/输出信号数是不

6、一样的。一般将一路信号叫做一个点，将输入点数和输出点数的总和称为机器的点。按照点数的多少，可将PLC分为超小(微)、小、中、大、超大等五种类型。 (1) 超小型PLC：I/O点数小于64点，内存容量为256 B1 KB。 (2) 小型PLC：I/O点数为65128点，内存容量为13.6 KB。 小型及超小型PLC在结构上一般是一体化整体式的，主要用于中等容量的开关量控制，具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制、通信等功能。,(3) 中型PLC：I/O点数范围为129512点，内存容量为3.613 KB。 中型PLC除具有小型、超小型PLC的功能外，还增加了数据处理能力，适用于小规模的综合控制系统。

7、 (4) 大型PLC：I/O点数范围为513896点，内存容量为13 KB以上。 (5) 超大型PLC：I/O点数为896点以上，内存容量为13 KB以上。 随着PLC的不断发展，划分标准已有过多次的修改。,可编程序控制器还可以按功能分为低档机、中档机和高档机。低档机以逻辑运算为主，具有定时、计数、移位等功能。中档机一般有整数及浮点运算、数制转换、中断控制及联网功能，可用于复杂的逻辑运算及闭环控制场合。高档机具有更强的数字处理能力，可进行矩阵运算、函数运算，完成数据管理工作，有更强的通信能力，可以和其他计算机构成分布式生产过程综合控制管理系统。 可编程序控制器的按功能划分及按点数规模划分是有一

8、定联系的。一般来说，大型机、超大型机都是高档机。机型和机器的结构形式及内部存储器的容量一般也有一定的联系，大型机一般都是模块式机，都有很大的内存容量。,1.1.2 PLC的结构,PLC,主机,I/O模块,电源：为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源。,编程器：用于手持编程。可用它输入、检查、修改、调试程序，或用它监视PLC的工作情况。,I/O扩展接口：扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）联接在一起。,外设接口：将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应操作。,输入模块：接受输入设备的控制信号。,输出模块：输出控制信号。,CPU

9、：起总指挥的作用。,存储器：存储系统及用户程序和数据。,1.1.3 PLC的工作原理,1、PLC的继电器,PLC可看成是由普通继电器、定时器、计数器等组合而成的电气控制系统。注意，PLC内部的继电器实际上是指存储器中的存储单元，称为软继电器。当输入到存储单元的逻辑状态为1时，则表示相应继电器的线圈通电，其常开触点闭合，常闭触点断开；而当输入到存储单元的逻辑状态为0时，则表示相应继电器的线圈断电，其常开触点断开，常闭触点闭合。所以这些软继电器体积小、功耗低、无触点、速度快、寿命长，且具有无限多的常开、常闭触点供程序使用。,2、PLC的工作原理,直接起动控制电路采用PLC控制，其外部接线及内部等效

10、电路如图所示。可将PLC分成3部分：输入部分、内部控制电路和输出部分。,梯形图：实际上就是用户所编写的应用程序等效于PLC内部的接线图。当用编程器将梯形图程序送入PLC内，PLC就可以按照预先制定的方案工作。,电路工作过程：当起动按钮SB1闭合，输入继电器X400接通，其常开触点X400闭合，输出继电器Y430接通，Y430的常开触点闭合自锁，同时外部常开触点闭合，使接触器线圈KM通电，电动机连续运行。停机时按停机按钮SB2，输入继电器X401接通，其常闭触点断开，线圈Y430断开，电动机停止运行。这里要注意，因与停机按钮相连的输入继电器X401采用的是常闭触点，所以停机按钮必须采用常开触点，

11、这与继电接触器控制电路不同。,3、PLC的工作方式,PLC是采用顺序扫描、不断循环的方式进行工作的。PLC的扫描工作过程可分为输入采样、程序执行和输出刷新3个阶段，并进行周期性循环。,1.2 PLC的编程元件与指令系统,6.2.1 PLC的编程元件,以F40M为例。F40M的元件编号采用8进制。,输入继电器：24个，编号为X400X407、X410X413、X500X507、X510X513。,输出继电器：16个，编号为Y430Y437、Y530Y537。,辅助继电器：M100M277，128点为普通型。M300M377，64点为断电保持型。,移位寄存器：由辅助继电器构成。可组成8位或16位的

12、移位寄存器。移位寄存器的第一个辅助继电器的代号，就是这个移位寄存器的代号。,图示是代号为M300的16位移位寄存器。 （1）输入：设置第一个辅助继电器的状态，由接在输入端的输入继电器X400的状态所决定，其操作如图所示。 （2）复位：当复位端的信号X402接通（1态）时，M300M317全部处于复位状态（0态）。因此，当移位寄存器按照移位方式工作时，复位输入（在此即指X402）应断开。 （3）移位：当移位输入端的信号X401接通（由0变1）一次，每个辅助继电器的状态（1或0）向右移一位，原M317的信号溢出。,计数器： 16个，编号为C460C467，C560C567。每个计数器的计数值K为1

13、999，在编程中设定。每个计数器均有断电保持功能。不需要断电保持时，可用初始化脉冲M71复位。,图示是无电源中断保持的减法计数器。运行开始时，M71将计数器C460复位，计数值等于设定值19。当复位输入断开，计数开始。X401接通一次（由0变1），计数值减1，直到减到0为止，此时C460的常开触点接通，使Y430接通。若再来计数脉冲，计数值仍保持为0，C460的常开触点一直保持接通。直到复位输入X400接通，C460断开，计数值恢复为设定值。,计数器也可作定时器用。图示是由计数器C461组成的60s定时器。X402接通，100ms的时钟脉冲M72使计数器C461计数，当计数值达到设定值600（

14、即0.1s600=60s）时，计数器C461的常开触点闭合，使输出继电器Y531接通。输入继电器X402断开时，其常闭触点闭合，使C461复位，其常开触点断开，从而使输出继电器Y531断开。利用此特点，可用计数器构成长延时定时器。,特殊辅助继电器： M70：运行监视。当PLC处于运行状态，M70接通。 M71：初始化脉冲。当M70接通，第一执行周期M71接通，可用作计数器、移位寄存器的初始化复位。 M72：100ms时钟。产生脉冲间隔为100ms的时钟。 M76：电池电压监视。锂电池电压下降到规定值时接通。可以用它的触点通过输出继电器接通指示灯，提醒操作者更换电池。 M77：禁止全部输出。若M

15、77的线圈接通，全部输出继电器的输出将自动断开，但辅助继电器、定时器及计数器仍继续工作。在紧急情况下，可用M77切断全部输出。,1.2.2 PLC的指令,输入、输出指令 LD：取指令。取与左母线相联的常开触点。 LDI：取反指令。取与左母线相联的常闭触点。 以上两条指令还可与ANB、ORB配合，用于分支电路的开始点 OUT：输出指令。用于驱动输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器，但不能用于输入继电器。对于定时器和计数器使用OUT指令后，必须设定常数K，常数K的设定也作为一条指令。,与指令 AND：常开触点串联联接指令。 ANI：常闭触点串联联接指令。,注意：AND指令和ANI指令只能用于一个

16、触点与前面的触点串联，不能用于两个及以上触点并联的电路块与前面的电路串联，并联电路块串联要使用ANB指令。,或指令 OR：常开触点并联联接指令。 ORI：常闭触点并联联接指令。,注意：OR指令和ORI指令只能用于一个触点与前面的电路并联，不能用于两个及以上触点串联的支路与前面的电路并联，串联支路并联要使用ORB指令。,电路块串联指令 ANB：将多个串联电路块并联的电路（亦称并联电路块）与前面的电路串联。 使用ANB指令的原则是： （1）先组块后串联； （2）在每一电路块开始时，须使用LD、LDI指令； （3）多个电路块组成的串联电路，在组成一个电路块后，紧跟一条ANB指令，则串联电路块的个数没

17、有限制，这种编程方式较好。也可以在所有的电路块组成之后，集中写若干条ANB指令，但这种写法串联电路块不能超过8个，是不好的编程方式。,脉冲指令 PLS：用于产生脉冲信号。 PLS指令只能用于M100M377。,在X400的上升沿（由0变1）M101产生一个宽度为一个工作周期的脉冲。工作周期是从程序执行开始到程序执行结束（END）之间所需要的时间。,计数器和移位寄存器的复位、移位寄存器的移位通常需要这种脉冲。图示为继电器脉冲输出用于计数器复位的例子。,空操作指令 NOP：使该步为空操作。 若在程序中写入NOP指令，可使变更和增加程序时，步序号变更最小。但需注意，若将程序中的LD、LDI、ANB、

18、ORB等指令改为NOP指令，会引起电路结构的重大变化，如图所示。因此，NOP指令的使用应慎重。,10结束指令 END：程序结束时写入END指令。 调试程序时，若在每个程序块的末尾写上END指令，检查每一个程序块的运行情况时就可以减少调试时间，检查完毕后，再将各个END指令删去。,1.3 梯形图的设计规则与设计方法,1.3.1 梯形图的设计规则,梯形图：是由表示PLC内部编程元件的图形符号所组成的阶梯状图形。绘制梯形图时应遵循以下几条规则：,规则1：梯形图按从左到右，自上而下的顺序绘制（指令编程亦应从左到右，自上而下）。每个编程元件线圈为一逻辑行。元件线圈与右母线直接相联。两线圈不能串联，也不能

19、在线圈与右母线之间接其他元件，线圈一般也不允许直接与左母线相联。,规则2：除有跳转指令外，一般某编号的线圈在梯形图中只能出现一次。 规则3：在梯形图中的触点应画在水平线上，不应画在垂直线上，这是因为这种形式的梯形图无法用指令语句编程，应改画成能够编程的形式。,规则4：绘制梯形图时，应按照“上重下轻、左重右轻”的原则进行。即当几条支路并联时，串联触点多的应画在上面；几个电路块串联时，并联触点多的电路块应画在左边。按照这个原则绘制的梯形图符合“从左到右、自上而下” 的程序执行顺序，并易于用指令语句编程。,规则5：输入继电器的线圈由输入端子上的外部信号驱动，因而输入继电器的线圈不应出现在梯形图中。梯

20、形图中输入继电器触点的通断取决于外部信号。,1.3.2 梯形图的经验设计法,经验设计法是沿用设计继电接触器控制电路的方法来设计梯形图，即在一些典型的继电接触器控制电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断修改和完善梯形图。经验设计法在设计时无普遍规律可循，设计的质量与设计者的经验有很大的关系。经验设计法可用于较简单的梯形图设计，如一些继电接触器基本控制电路的设计。,图示为电动机直接起动控制的梯形图及输入输出波形图。按下起动按钮，输入继电器X400接通，其常开触点闭合，输出继电器Y430接通，Y430的常开触点闭合自锁。按下停机按钮，输入继电器X401接通，其常闭触点断开，输出继电器Y

21、430断开。,图示为电动机正反转控制的PLC端子分配、外部接线及梯形图。SB1、SB2和SB3分别是正反转起动和停机按钮。FR是热继电器的保护触点，用它在PLC外端直接通断正反转接触器KM1、KM2的电源更为可靠。X400和X401的常闭触点用来实现按钮联锁，Y430和Y431的常闭触点用来实现Y430和Y431的联锁。为确保在任何情况下两个接触器都不会同时接通，除以上的软件联锁外，还在PLC的外部设置了由KM1和KM2常闭触点实现的硬件联锁。,在电动机正反转控制梯形图的基础上，很容易设计出电动机的正反转控制且能实现Y降压起动控制的梯形图，如图所示。,当正反转起动时由Y430和Y431的触点并

22、联接通Y432，使KM3通电，实现电动机绕组的Y形联接。同时，T450线圈接通开始延时，当延时时间到2s时，T450输出，其常闭触点打开，断开Y432而使KM3断电；T450常开触点闭合，接通Y433而使KM4通电，电动机转为形联接运行。梯形图中用Y432和Y433的常闭触点实现软件联锁。由于Y430和Y431有自锁，T450线圈接通后不会断开，能维持输出，因而Y433不用自锁。,1.4 PLC应用实例,PLC应用控制系统设计的一般步骤为： （1）分析控制任务，确定控制方案。 （2）选择PLC机型。 （3）系统设计。系统设计包括硬件设计和软件设计。 （4）系统调试。,9.4.1 异步电动机Y-换接起动控制,I/O端子分配,外部接线,梯形图,LDX400OUTT451 OR M100 K 1 ANIX401LDM100 OUTM100ANIT450 OUTT450ANIY432 K10OUTY431 LDM100LDT451 OUTY430ANIY431 LDT450OUTY432,程序,