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PLC培训
PLC基础知识培训
第一章PLC的基本概念
可编程控制器(ProgrammableController)是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的:
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLoSicController),简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展,这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围,因此,今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。
但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆,所以将可编程控制器简称PLC。
在60年代,汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。
当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。
随着生产的发展,汽车型号更新的周期愈来愈短,这样,继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装,十分费时、费工、费料,甚至阻碍了更新周期的缩短,为了改变这一现状,美国通用汽车公司在1969年公开招标,要求用新的控制装置取代继电器控制装置,并提出了十项招标指标,即:
1.编程方便,现场可修改程序;
2.维修方便,采用模块化结构;
3.可靠性高于继电器控制装置;
4.体积小于继电器控制装置;
5.数据可直接送入管理计算机;
6.成本可与继电器控制装置竞争;
7.输入可以是交流115V;
8.输出为交流115V,2A以上,能直接驱动电磁阀,接触器等;
9.在扩展时,原系统只要很小变更;
10.用户程序存储器容量至少能扩展到4K。
1969年,美国数字设备公司(DEC)研制出第一台PLC,在美国通用汽车自动装配线上试用,获得了成功。
这种新型的工业控制装置以其简单易懂,操作方便,可靠性高,通用灵活,体积小,使用寿命长等一系列优点,很快地在美国其他工业领域推广应用。
到l971年,已经成功地应用于食品,饮料,冶金,造纸等工业。
这一新型工业控制装置的出现,也受到了世界其他国家的高度重视。
1971日本从美国引进了这项新技术,很快研制出了日本第一台PLC。
1973年,西欧国家也研制出它们的第一台PLC。
我国从1974年开始研制。
于1977年开始工业应用。
PLC问世以来,尽管时间不长,但发展迅速。
为了使其生产和发展标准化,美国电气制造商协会NEMA(NationalElectricalManufactoryAssociation)经过四年的调查工作,于1984年首先将其正式命名为PC(ProgrammableController),并给PC作了如下定义:
“PC是一个数字式的电子装置,它使用了可编程序的记忆体储存指令。
用来执行诸如逻辑,顺序,计时,计数与演算等功能,并通过数字或类似的输入/输出模块,以控制各种机械或工作程序。
一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着,亦被视为PC,但不包括鼓式或类似的机械式/顷序控制器。
”
以后国际电工委员会(1EC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿,第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义:
“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
”
总之,可编程控制器是一台计算机,它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。
它具有丰富的输入/输出接口,并且具有较强的驱动能力。
但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用,在实际应用时,其硬件需根据实际需要进行选用配置,其软件需根据控制要求进行设计编制。
第二章PLC的特点
一.PLC的主要特点
(一)高可靠性
1.所有的I/O接口电路均采用光电隔离,使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。
2.各输入端均采用R-C滤波器,其滤波时间常数一般为10~20ms。
3.各模块均采用屏蔽措施,以防止辐射干扰。
4.采用性能良好的开关电源。
5.对采用的器件进行严格的筛选。
6.良好的自诊断功能,一旦电源或其他软,硬件发生异常情况,CPU立即采用有效措施,以防止故障扩大。
7.大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。
(二)丰富的I/O接口模块
PLC针对不同的工业现场信号,如:
●交流或直流;
●开关量或模拟量;
●电压或电流;
●脉冲或电位;
●强电或弱电等。
有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备,如:
●按钮
●行程开关
●接近开关
●传感器及变送器
●电磁线圈
●控制阀
直接连接。
另外为了提高操作性能,它还有多种人-机对话的接口模块;为了组成工业局部网络,它还有多种通讯联网的接口模块,等等。
(三)采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要,除了单元式的小型PLC以外,绝大多数PLC均采用模块化结构。
PLC的各个部件,包括CPU,电源,I/O等均采用模块化设计,由机架及电缆将各模块连接起来,系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
(四)编程简单易学
PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式,对使用者来说,不需要具备计算机的专门知识,因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。
(五)安装简单,维修方便
PLC不需要专门的机房,可以在各种工业环境下直接运行。
使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接,即可投入运行。
各种模块上均有运行和故障指示装置,便于用户了解运行情况和查找故障。
由于采用模块化结构,因此一旦某模块发生故障,用户可以通过更换模块的方法,使系统迅速恢复运行。
二.PLC的功能
(一)逻辑控制
(二)定时控制
(三)计数控制
(四)步进(顺序)控制
(五)PID控制
(六)数据控制
PLC具有数据处理能力
(七)通信和联网
(八)其它
PLC还有许多特殊功能模块,适用于各种特殊控制的要求,如:
定位控制模块,温度控制模块,PID控制模块等。
三.PLC的分类
(一)小型PLC
小型PLC的I/O点数一般在128点以下,其特点是体积小、结构紧凑,整个硬件融为一体,除了开关量I/O以外,还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。
它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。
(二)中型PLC
中型PLC采用模块化结构,其I/O点数一般在256-1024点之间。
I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外,还能采用直接处理方式,即在扫描用户程序的过程中,直接读输入.刷新输出。
它能联接各种特殊功能模块,通讯联网功能更强,指令系统更丰富,内存容量更大,扫描速度更快。
(三)大型PLC
一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。
大型PLC的软、硬件功能极强.具有极强的自诊断功能.通讯联网功能强,有各种通讯联网的模块,可以构成三级通讯网,实现工厂生产管理自动化.大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统,使机器的可靠性更高:
第三章PLC的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同,如图所示:
编程器
;
输输
入中央处理单元出
电(CPU)电
路路
系统程序存储器系统程序存储器电源
一.中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据:
检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误.当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内.等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性,近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统,或采用三CPU的表决式系统。
这样,即使某个CPU出现故障,整个系统仍能正常运行。
二.存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
(一)PLC常用的存储器类型
1.RAM(RandomAssessMemory)
这是一种读/写存储器(随机存储器),其存取速度最快,由锂电池支持。
2.EPROM(ErasableProgrammableReadOnlyMemofy)
这是一种可擦除的只读存储器:
在断电情况下,存储器内的所有内容保持不变。
(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。
3.EEPROM(ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemofy)
这是一种电可擦除的只读存储器。
使用编程器就能很容易地对其所存储的内容
进行修改。
(二)PLC存储空间的分配
虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同,但是根据PLC的工作原理其存储空间一般包括以下三个区域:
Ø系统程序存储区
Ø系统RAM存储区(包括I/O映象区和系统软设备等)
Ø用户程序存储区
1.系统程序存储区
在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。
包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。
由制造厂商将其固化在EPROM中,用户不能直接存取。
它和硬件一起决定了该PLC的性能。
2.系统RAM存储区
系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备,如:
Ø逻辑线圈
Ø数据寄存器
Ø计时器
Ø计数器
Ø变址寄存器
Ø累加器
等存储器。
(1)I/O映象区由于PLC投入运行后,只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据,在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。
因此,它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O的状态和数据,这些单元称作I/O映象区。
一个开关量I/O占用存储单元中的一个位(bit),一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字(16个bit)。
因此整个I/O映象区可看作两个部分组成:
Ø开关量I/O映象区
Ø模拟量I/O映象区
(2)系统软设备存储区
除了I/O映象区区以外,系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备(逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等)的存储区。
该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域,前者在PLC断电时,由内部的锂电池供电,数据不会遗失:
后者当PLC断电时,数据被清零。
a)、逻辑线圈
与开关输出一样,每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一个位,但不能直接驱动外设,只供用户在编程中使用,其作用类似于电器控制线路中的继电器。
另外,不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈,具有不同的功能。
b)、数据寄存器
与模拟量I/O一样,每个数据寄存器占用系统RAM存储区中的一个字(16bits)。
另外,PLC还提供数量不等的特殊数据寄存器,具有不同的功能:
c)、计时器
d)、计数器
3.用户程序存储区
用户程序存储区存放用户编制的用户程序。
不同类型的PLC,其存储容量各
三.电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。
如果没有一个良好的、可靠得电源系统是无法正常工作的,因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在:
±10%(±15%)范围内,可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
第四章OMRONPLC的存储器系统及指令
一、存储器系统
(一)I/O(输入/输出)
C200H底板上的每一个槽位都被指定了一个硬件的字号码(简称通道),这个字号码用做I/O的访问。
通常,标准的I/O单元可使用5点/8点/12点/16点四种型号。
当使用的单元I/O点数多于16点时,它所占的槽位上的字号码只能用作工作位。
CPU机架最左槽位的字号码是000,第一个扩展I/O机架的起始字号码是010。
机架底板上不用的I/O位可当做工作位使用。
模拟量模块不按底板槽位分配地址。
000通道:
地址为00000~00015
001通道:
地址为00100~00115
002通道:
地址为00200~00215
003通道:
地址为00300~00315
004通道:
地址为00400~00415
005通道:
地址为00500~00515
006通道:
地址为00600~00615
007通道:
地址为00700~00715
008通道:
地址为00800~00815
009通道:
地址为00900~00915
010通道:
地址为01000~01015
011通道:
地址为01100~01115
012通道:
地址为01200~01215
(二)IR(工作位)030~250
(三)SR(特殊继电器)251~255`
(四)TC(计数器,计时器)TM000~TM511
(五)DM(数据存储器)DM0000~DM9999读/写DM1000~DM199
二、逻辑指令系统
1.LD、OUT、AND、OR、NOT和END(01)这6条指令几乎是任何程序都不可缺少的,其功能如下。
END指令是作为特殊功能指令来对待的,其代码为01。
2.连锁IL(02)与连锁清除ILC(03)
IL(连锁)总是与ILC(连锁清除)一起使用。
如果IL的条件是OFF(即IL支路前面的位刚好是OFF),那么在IL和ILC之间的那一部分程序就不执行。
如果IL的条件是OFF,在IL和ILC之间的那部分程序中,输出状态如下所示:
关断:
所有输出位。
复位:
所有计时器。
不变化:
所有计数器、移位寄存器、锁存继电器
IL和ILC指令的编程举例如图4—28所示。
如果00000(1L的条件)是ON,IL和ILC之间的程序正常执行。
分支指令还可以多个联用,如图4—29为两个IL指令联用的编程举例。
当第一个IL条件是OFF时,输出00500、00501和00502都是OFF并且计数器CNT010保持它的当前计数值。
当第一个IL条件是ON,并且第二个IL条件变为OFF时,输出00500的状态与位00000相匹配,而输出00501和00502变为OFF并且计数器保持它的当前值。
当两个几条件都是ON,且发生在同一时间时,程序的执行与没有它们在那里时是一样的。
如上所示,多于一个的IL可以与一个单独的ILC一起使用。
虽然在执行程序检查时,这会引起一个IL-ILC出错信息发生,但是却不影响执行的效果。
不管怎样,所有的IL都必须在ILC之前清除。
不允许把IL/ILC套起来使用(例如:
IL-IL-ILC-ILC)。
3.暂存继电器TR
一个TR位可以用在具有一个以上输出分支的地方做为一个暂存工作位。
当一个梯形图程序不能用IL或ILC编程时,可以使用TR。
共有8个TR位可供使用,即:
TR0到TR7。
在一个程序中,这些位的使用次数没有限制,但是在同一个块中不能重复使用。
TR不是独立的编程指令,必须和LD或OUT等基本指令一起使用。
TR位使用方法和编程举例如图4—30所示。
4.条转JMP(04)和跳转结束JME(05)
JMP和JME指令用于控制程序的跳转。
当JMP条件(即JMP输入的状态)是OFF时,使用JMP和JME的分支程序就转向控制JME后面的第一条指令,也就是说跳过了JMP和JME之间的程序。
当一个程序中有多个跳转时,就用跳转编号N来区分不同的JMP/JME对。
在00和99之间的任何一个两位数都可以做为一个跳转编号。
然而JMP00是一个特殊情况。
当JMP00和JME00之间的指令被跳过时,这些指令仍被处理但是不被执行,这样就需要处理时间。
另一方面,在具有00以外跳转编号的JMP和JME之间的指令都不需要处理时间并且可以全部跳过。
JMPOO-JMEOO可以多次被编程使用,但是非零跳转编号在程序中只能使用一次。
JMP/JME指令的编程举例如图4—31所示。
在上面这段程序中,00000和00001是JMP的条件,当它们均为ON时,JMP和JME之间的程序正常执行,一旦JMP条件为OFF(即不论00000还是00001为OFF,或二者同为OFF),则JMP和JME之间的程序都不执行,但是所有输出(和定时器)的状态都保持不变。
JMP-JMP-JME多于一个的JMP00可以同一个JME00一起使用。
在执行程序检查时,这会引起一个JMP-JME出错信息产生,但是程序却正常执行。
图4-32示出了两个JMP共用一个JME的情况。
当第一个JMP条件是OFF时,输出00500、00501和00502及计数器都保持它们的状态。
当第一个JMP条件是ON并且第二个JMP条件是OFF时,输出00500的ON/OFF状态取决于00001和00002的状态,而输出00501和00502及计数器仍保持它们的状态。
当两个JMP在同一时间其条件都是ON时,程序的执行与没有JMP在那里一样。
JMP与连锁比较由于JMP/JME分支起作用时,I/O位、计时器等的状态被保持,所以JMP/JME用于控制需要一个持续输出的设备(例如:
气动装置和液压装置)。
另一方面,IL/ILC分支用于控制那些不需要一个持续输出的设备,例如电子仪器。
5.锁存继电器KEEP(11)
KEEP用来做为一个锁存。
它维持一个ON或OFF状态直到它的两个输入之一把它置位或复位。
可以用来做为锁存的位,来自那些IR、HR、AR和LR数据区。
如果使用一个HR位或使用一个AR位做为一个锁存,那么被锁存的数据就被保持,甚至在一个电源故障时仍被保持。
当编一个锁存程序时,在输入功能码以前,首先装入一个置位输入,然后装入复位输入。
图4-33示出了KEEP指令应用编程的例子。
当置位输入是ON时,锁存状态将维持,一直到一个复位信号把它变为OFF。
由于复位的优先权较高,所以当两个输入都是ON时,它将优先。
图4-34所示为一自锁电路的两种编程方法。
如果这两段程序分别用于IL和ILC块中,且IL条件变为OFF时,KEEP00500将保持为原来的状态,而未使用KEEP指令的00500输出将变为OFF状态。
图4-35的KEEP指令应用举例中,锁存继电器HR0000的置位输入为三种异常条件,当某一异常条件有效时,HR0000将被置位,从而接通报警指示灯00500进行报警,直到有复位输入时,HR0000才被复位,报警才能解除。
6.微分指令DIFU(13)和DIFD(14)
DIFU和DIFD变为ON的时间只维持一次扫描时间。
当微分指令(即那些前面有一个@指令不能使用),但又需要有一个特定的指令只执行一次扫描的时间,那么就可使用这些微分指令。
DIFU输出为ON的条件是:
当它在它的输入信号中发现一个OFF→ON的转变时;
DIFD输出为ON的条件是:
当它在它的输入信号中发现一个ON→OFF的转变时。
IR,HR,AR和LR区的位都可以作为微分指令的输出位。
微分指令的编程举例如图4-36所示。
在此例中,输入00000从OFF→ON的跳变将22500位置为ON,但只在一个扫描周期内有效,因此MOV指令也只执行一次。
输入00000从ON→OFF的跳变将22501位置为ON,也只在一个扫描周期内只在一个扫描周期内有效,因此BSET指令也只执行一次。
此例执行时序如图4—37所示。
在一个程序中最多可用512对DIFU和DIFD。
如果使用超过512对,则编程器屏幕上显示错误信息“DIFOVER”,并且将第513个DIFU或DIFD以及其后的DIFU或DIFD作为NOP处理(不操作指令)。
6.定时器和计数器指令
定时器指令有低速TIM和高速TIMH两种。
它们都是递减型的。
每个定时器都有定时器编号和设定值SV两个操作数。
当输入条件满足时,定时器开始计时,当到达定时时间时其输出为ON。
计数器有单向递减计数器CNT和双向可逆计数器CNTR两种。
其操作数都由计数器编号和设定值SV两部分组成。
定时器和计数器指令的编号都与TC区的一个实际地址相对应,编号不可重复。
其设定值可以取自IR、HR、AR、LR、DM、*DM以及立即数,设定值必须以BCD码表示,当SV不是BCD或者用于间接寻址的DM通道实际不存在时,指令将使ER标志位置位。
1)、低速定时器指令TIMTIM是以0.1s为单位计时的,其设定值SV的范围为0~999.9s,具有土0.1s的精确度。
其梯形图符号和编程举例如图4—38所示。
当IL条件变为OFF时,在一个IL/ILC回路内的计时器都将被复位。
一旦电源故障,也会使计时器复位。
当电源有一个故障时,作为防止一个计时器复位的措施,可以用一个计数器和一个内部时钟来组成一个计时器,如图4—39所示。
这种计时器能够维持计时器的当前值。
定时器的输出为ON的条件是其定时时间到且其输入也为ON。
当其输入为OFF时,其输出也为OFF,,且定时器复位,下次定时从SV开始计时。
2)、高速定时器指令TIMH(15)TIMH以0.01s为单位进行计时,设定值范围为0.00~99.99s,精度为土0.01s。
扫描时间对定时器048~511的高速定时有影响,当扫描时间大于10ms时,它们的定时可能不准。
TIMH的操作与TIM的操作相同,如图4-40所示。
3)、计数器指令CNTCNT是一个预置递减计数器,其梯形图符号如图4—41所示。
CNT
的计数范围为0000-9999当计数输入信号CP发生一次OFF—ON变化时,计数器的当前计数值PV减1,当PV值减为0时,计数器输出变为ON状态,并一直保持到复位输入端Rt变为ON。
在IL/ILC块内的CNT当IL条件为OFF时,其PV值保持不变。
当Rt输入为ON时,CNT的PV值变为SV,且不响应CP的OFF—ON计数输入,CNT的输出为OFF。
CNT指令的应用举例,如图4—41和图4—42所示。
图4-42CNT应用举例
4)、可逆计数器指令CNTRCNTR的梯形图符号如图4—43所示。
它有加、减两个计数方法,由递增输入Ⅱ和递减输入DI控制。
当Ⅱ和DI中的一个发生一次OFF→ON变化时,CNTR产生一次加l或减1计数,当II和DI同时为ON时不进行记数操作,PV值保持不变。
CNTR的复位输入与CNT的操作相同。
当PV值为0000时,若发生减1操作,则PV值将变为SV,同时计数器输出为ON。
当PV值为SV时,若发生加1操作,则PV值将变为0,同时计数器输出为ON。
SV的设定范围为0000~9999。
CNTR的应用举例及其时序分别如图4—43、图4—44和图4—45所示。
图4-44CNTR应用举例
2)输出继电器其示意图如图2-8所示:
在主体箱和扩展箱中都有两排输入、输出端子,其中两个是电源输入端子,可直接接AC220V,电源波动土10%不会影响正常工作。
还有两个是DC24V输出端子,最大可输出0.2A(C20P、C28P、40P)、0.3A(C60P),主要供本机输入端使用。
2、P型机的继电器及其地址编号
PLC是通过微处理器和存储器来实现控制功能的它可为用户提供许多适用于电气控制的逻辑部件,如输入输出继电器,内部辅助继电器、保持继电器、定时器、移位继电器等。
PLC与继电一接触器控制的根本区别在于它采用“软器件”,
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