工学电气与PL控制.pptx
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1、2012/5/261第一节 可编程控制器的基本概念一、可编程控制器的产生可编程序控制器问世于1969年。是美国汽车制造工业激烈竞争的结果。更新汽车型号必然要求加工生产线改变。正是从汽车制造业开始了对传统继电器控制的挑战。1968年美国General Motors(通用汽车)公司,要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控制器,并提出10项招标指标。这就是著名的GM 10条。2024/8/9 周五21.编程简单,可在现场修改程序;2.可靠性高于继电器控制柜;3.体积小于继电器控制柜;4.维护方便,最好是插件式;5.可将数据直接送入管理计算机;6.在成本上可与继电器控制柜竞争;7.输入可以是交流
2、115V;8.输出为交流115V、2A以上,能直接驱动电磁阀等;9.在扩展时,原系统只需很小变更;10.用户程序存贮器容量至少能扩展到4K。GM10条是可编程序控制器出现的直接原因:2024/8/9 周五3二、可编程控制器的发展及定义 1969年,美国数据设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器,并成功地应用在GM公司的生产线上。这一时期它主要用于顺序控制,只能进行逻辑运算,故称为可编程逻辑控制器,简称PLC(Programmable Logic Controller)PLC(Programmable Logic Controller)。70年代后期,随着微电子技术和计算机技术的迅猛发
3、展,使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制领域,真正成为一种电子计算机工业控制装置,故称为可编程控制器,简称PC(Programmable Controller)。但由于PC容易和个人计算机(Personal Computer)相混淆,故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。2024/8/9 周五4 可编程控制器图片2024/8/9 周五5 1985年1月国际电工委员会的定义国际电工委员会的定义:“可编程序控制器是一种数字运算的电子系统,专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器,用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式、
4、模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充的原则设计”。2024/8/9 周五6 一、一、PLCPLC的主要特点的主要特点1.可靠性高、抗干扰能力强。主要有以下几个方面:隔离隔离(采用光电耦合器采用光电耦合器 )滤波 对PLC的内部电源采取了屏蔽、稳压、保护等措施。设置了连锁、环境检测与诊断、Watchdog等电路。利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测。对用户程序及动态工作数据进行电池备份。采用密封、防尘、抗振的外壳封装结构。采用密封、防尘、抗振的外壳封装结构。以集成电路为基本元件,内部处理
5、过程不依赖于机械触点。采用循环扫描的工作方式采用循环扫描的工作方式,也提高了抗干扰能力。第二节第二节 可编程控制器的特点及应用可编程控制器的特点及应用2024/8/9 周五72.配套齐全,功能完善,适用性强 同一台PLC只需改变软件程序就可完成不同的控制,PLC功能模块品种多,可灵活组合成不同功能的控制装置。3.易学易用,深受工程技术人员欢迎 采用梯形图语言的图形符号和表达方式与继电器电路图非常相似,工程技术人员容易掌握。4.系统设计周期短,维护方便,改造容易5.体积小、重量轻、功耗低2024/8/9 周五8PLCPLC与其主要模块2024/8/9 周五92PLC的应用场合1.逻辑控制逻辑控制
6、:可取代传统继电器系统和顺序控制器。如各种机床、自动电梯、装配生产线、电镀流水线、运输和检测等的控制。2.模拟量控制:温度、压力、流量等模拟量的控制。3.运动控制运动控制:可用于精密金属切削机床、机械手、机器人等设备的控制。4.过程控制过程控制:通过配用AD、DA转换模块及智能PID模块实现对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行闭环调节控制。5.5.数据处理数据处理 6.通信及联网:利用PLC的网络通信功能模块及远程IO控制模块实现多台PLC之间、PLC与上位计算机的链接,以完成较大规模的复杂控制。2024/8/9 周五10 3.3.通讯接口模块通讯接口模块2024/8/9
7、 周五11PLCPLC通信联网2024/8/9 周五12第三节 可编程控制器的发展69年70年代中80年代初20世纪末第一台PLC诞生 实用化发展阶段广泛应用全面发展集成电路计算机技术成熟阶段向大型和超小型发展2024/8/9 周五13第四节 可编程控制器的组成及其部分功能 可编程控制器虽然外观各异,但硬件结构大体相同。由中央处理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出器件)I/O接口)、电源及编程设备几大部分构成。2024/8/9 周五14(一)(一)CPU诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。采集现场的状态或数据,并送人PLC的寄存器中。逐条读取指令,完成各种运
8、算和操作。将处理结果送至输出端。响应各种外部设备的工作请求。2024/8/9 周五15(二)存储器(二)存储器 系统程序存储器系统程序存储器:用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据。PLC出厂前已将其固化在只读存储器ROM或EPROM中,用户不能更改。用户存储器:用户存储器:包括用户程序存储区及工作数据存储区。这类存储器一般由低功耗的CMOS-RAM构成,其中的存储内容可读出并更改。注意:注意:PLC产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。2024/8/9 周五16 (三)输入(三)输入/输出接口输出接口 作用:作用:完成CPU与现场设备及其他外部设备间的
9、连接。输入输入/输出模块的种类:输出模块的种类:电平转换模块电气隔离模块。输入电平转换模块:将输入端不同电压或电流信号源转 换成CPU能接受的低压电平。输出电平转换模块:将CPU控制的低电平转换为控制设 备所需的电压或电流信号。电气隔离模块:将CPU信号与输入和输出端信号通过光 电耦合进行传递,增强抗干扰能力同时 也保护CPU。注意:注意:输入/输出模块既可以与CPU放置在一起 又可远程放置,通过专门的通讯线接受 CPU控制。2024/8/9 周五171、开关量输入接口 通常PLC的输入类型可以是直流、交流和交直流。输入电路的电源可由外部供给,有的也可由PLC内部提供。输入接口电路输入接口电路
10、:采用光电耦合电路,将限位开关、手动开关、编码器、传感器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。2024/8/9 周五182开关量输出输出接口电路:输出接口电路:采用光电耦合电路,将将CPUCPU处理过的信处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出,号转换成现场需要的强电信号输出,以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。有三种类型:继电器输出型继电器输出型继电器输出型:为有触点输出方式,用于接通或断开开关频率较低的开关频率较低的直流负载直流负载或或交流负载交流负载回路回路。2024/8/9 周五19(b)晶闸管输出型(c)晶体管输出型(NPN集电极开路)(d)晶体管输出型(
11、PNP集电极开路)晶体管输出型晶体管输出型:为无触点输出方式,用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。晶闸管输出型:晶闸管输出型:为无触点输出方式,用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载。2024/8/9 周五203、模拟量输入接口模拟量输入接口 将现场连续变化的模拟标准信号转换成数字信号。接受模拟电压或电流信号均可。工业现场中模拟信号的变化一般是不标准的,在送入模拟量接口时一般需经过变送处理才能使用。如图5-6,模拟信号经运算放大器放大后进行A/D转换:2024/8/9 周五21 A/D A/D模块:把模拟量(温度、压力等)转换成数字量。模块:把模拟量(温度、压力等)转换成数字量。D/A
12、D/A模块:把模块:把PLCPLC输出的数字量变换模拟输出的数字量变换模拟量。量。每块模拟量每块模拟量I/OI/O模块有模块有2/4/82/4/8路输入或输出通道,每路通道路输入或输出通道,每路通道 I/OI/O信号电平为信号电平为1 15V/05V/010V/-1010V/-10+10V+10V,电流为,电流为4 420mA20mA。2024/8/9 周五22(四)电源(四)电源 PLC内部配有一个内部配有一个专用开关式用开关式稳压电源,可将源,可将PLC外部外部连接的接的电源源电压转化化为CPU、存、存储器、器、输入入输出接口等出接口等电路工作所需的直流路工作所需的直流电源,并源,并为外部
13、外部输入元件提供入元件提供24V直流直流电源。需要注意的是,源。需要注意的是,PLC负载的的电源是由用源是由用户另外提供的。另外提供的。2024/8/9 周五23(五)外部设备五)外部设备 1 1、编程器:专用编程器;个人计算机、编程器:专用编程器;个人计算机 手持编程器采用助记符语言编程助记符语言编程,具有编辑、检索、修改程序、进行系统设置、内存监控等功能。可一机多用,具有使用方便、价格低廉的特点。缺点:缺点:不够直观不够直观 可通过PLC的RS232外设通讯口(或RS422口配以适配器)与计算机联机,利用专用工具软件利用专用工具软件(FXGPWIN GX Developer)对对PLCPL
14、C进行编程和监控进行编程和监控。利用计算机进行编程和监控比手持编程工具更加直观和方便。2024/8/9 周五24 2 2、其他外部设备、其他外部设备 (1 1)盒式磁带机)盒式磁带机:记录程序或信息。记录程序或信息。(2 2)打印机)打印机:打印程序盒制表打印程序盒制表。(3 3)EPROMEPROM写入器写入器:将程序写入用户的将程序写入用户的 EPROMEPROM卡中。卡中。(4 4)高分辨率监控系统)高分辨率监控系统 显示或监控控制系统中有关部分的显示或监控控制系统中有关部分的 运行状态运行状态2024/8/9 周五25第五节 可编程控制器的结构及软件一、可编程控制器的结构(一)按硬件的
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