维修电工技师培训PLC讲义.doc
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1、维修电工技师培训PLC讲义(完整版)实用资料(可以直接使用,可编辑 完整版实用资料,欢迎下载)PLC 讲义(OMRON CPM2A 一、 PLC 基础知识(一 PLC 定义与实质国际电工委员会(IEC 于 1987年对 PLC 定义如下:PLC 是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置,是带有存储器、 可以编制程序的控制器。它能够存储和执行指令,进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和 算术等操作,并通过数字式和模拟式的输入输出,控制各种类型的机械和生产过程。 PC 及 其有关的外围设备,都应按易于与工业控制系统形成一体、易于扩展其功能的原则设计。 实质上, PLC 就是以嵌入式
2、CPU 为核心,配以输入、输出等模块,可以方便的应用于 工业控制领域的专用计算机系统。 PLC 的设计初衷是为了取代继电器控制系统。(二分类PLC 一般可按 I/O(输入 /输出 点数和结构形式分类1、按 I/O点数分类(1 I/O点数小于 32为微型 PLC 。(2 I/O点数在 32128之间为微小型 PLC 。(3 I/O点数在 128256之间为小型 PLC 。(4 I/O点数在 2561024之间为中型 PLC 。(5 I/O点数大于 1024为大型 PLC 。(6 I/O点数在 4000以上为超大型 PLC 。以上不包括模拟量 I/O点数,且划分也不是固定不变的。2、按结构形式分类
3、(1整体式 PLC整体式又称单元式或箱体式。整体式 PLC 是将电源、 CPU 、 I/O部件都集中装在一个机 箱内、 其结构紧凑、 体积小、 价格低, 一般小型 PLC 采用这种结构。 整体式 PLC 由不同 I/O点数的基本单元和扩展单元组成。(2模块式模块式结构是将 PLC 各部分分成若干个单独的模块,如 CPU 模块、 I/O模块、电源模 块和各种功能模块。模块式结构配置灵活,装配方便,便于扩展和维修,一般大、中型 PLC 采用模块式结构。(3 混合式(叠装式在混和式 PLC 中, PLC 是由主机和扩展模块组成。其中主机由 CPU 、存储器、通信电 路、基本输入输出电路组成,而扩展模
4、块可以是输入输出模块、模拟量模块、位置控制模块 等。其配制方式相对于整体式较为灵活 。(三 PLC 的基本结构无论何种结构的 PLC 其组成是相同的,均是由中央处理单元(CPU 、存储器、输入/输 出、电源、通信接口、特殊功能单元、编程器等几个主要部分组成。1. 由中央处理单元(CPUCPU 是 PLC 控制系统中的核心, 所有 PLC 的动作 (程序输入、 程序执行、 通信、 自检等 都需要 CPU 的参与。2. 存储器PLC 的存储器分为两部分:系统程序存储器(ROM型 、用户程序存储器(RAM型 。 3. I/O电路PLC 与工业现场设备联系是通过 I/O电路进行的, 现场的开关量信号通
5、过 I/O电路输入 到 PLC 中,而 PLC 输出的开关信号同样通过 I/O电路输出到工业设备。4. 电源模块PLC 电源常用的输入电压主要有交流 220V 和直流 24V 两种。由于 PLC 中的电源均为开 关式电源,所以在输入电压大幅波动时,PLC 仍能稳定工作。5. 通信接口现在几乎所有的 PLC 新产品都有通信联网功能,它通常采用 RS-232或 RS-485接口, 以双绞线、 同轴电缆或光缆进行连接, 可以在局域网或广域网内进行信息交换。 通信联网的 功能, 使 PLC 与 PLC 之间、 PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息, 形成一 个统一的整体,实现分散集中控
6、制。6. 特殊功能模块常见的特殊功能模块有模拟 I/O模块、温度传感模块、温度控制模块、PID 控制模块、 位置控制模块、秤重模块等。具有何种功能模块反映了 PLC 的控制能力和可能的用途。 7. 外部设备虽然不是 PLC 工作所必备,但外部设备是 PLC 系统不可分割的一部分,主要用于 PLC 编程、 数据的读入、 显示、 存储及打印。 具体可分为 4大类编程设备、 监控设备、 存储设备、 输入输出设备。在计算机上安装相应软件并与 PLC 链接后,即可用计算机实现对 PLC 程序的编制、调 试、存储,同样也可实现 PLC 数据的显示、存储与打印等功能。因此,从某种意义上可以认 为计算机是 P
7、LC 最重要的一种外部设备。(四 PLC 工作原理与其它控制装置一样, PLC 根据输入信号的状态, 按照控制要求进行处理判断,产生控制输出。 PLC 采用循环扫描的工作方式,其过程分为输入、程序执行、写输出三 个阶段。整个过程进行一次所需要的时间成为扫描周期。1、 三个阶段的工作过程(1读输入(输入刷新阶段PLC 在读输入阶段,以扫描方式依次地读入所有输入信号的通 /断状态,并将他们存入 存储器输入暂存区的相应单元内, 这部分存储区也被特别的称为输入映像区。 在读输入结束 后, PLC 转入用户程序执行阶段。(2用户程序执行阶段PLC 在程序执行阶段,按照先后次序逐条执行用户程序指令,从输入
8、映像存储区读取 输入状态 外 部输 入输 入 端 子 输 入 光 耦 输 入 暂 存 区输 出 暂 存 区 输 入 状 态 锁 存 器 输 入 继 电 器 等 输 出 端子 输 入 刷 新 阶 段用 户 程 序 执 行 阶 段 输 出 刷 新 阶 段 P C 三 个 阶 段 的 工 作 过 程 (3用户程序执行阶段PLC 在程序执行阶段,按照先后次序逐条执行用户程序指令,从输入映像存储区读取 输入状态2、响应时间影响响应时间的相关因素:(1输入电路的时间常数(2输出电路的时间常数、(3用户语句的安排和指令的使用(4 PLC 的循环扫描时间(5 PLC 对 I/O的刷新方式。前三个因素可以通过选
9、用不同的模块和合理编制程序得到改善最短响应时间:最短响应时间 =输入延迟时间 +一个扫描周期 +输出延迟最长响应时间:最长响应时间 =输入延迟时间 +二个扫描周期 +输出延迟对于输入信号的持续时间是有要求的, 如果输入信号的持续时间不能大于一个扫描周期 (所谓窄脉冲 则输入就不能确保被采样也就不能被响应。在 PLC 中读输入和输出刷新时间基本固定不变,并且占扫描周期的份额较小,扫描周 期的长短主要由用户程序的执行的时间决定。用户程序执行时间取决于用户程序量和 CPU 的运算速度。同样情况下, PC 的扫描周期小于 100ms。 PC 采用循环扫描方式工作的原因。(1PLC 是为替代继电器控制系
10、统而设计(2继电器控制采用硬逻辑并行运行方式(3PLC 本质是工业计算机,串行工作方式(4为模拟机电气系统的工作方式,因此采用该工作方式在扫描过程足够短的情况下(100ms接近继电气系统的动作延迟,PLC 的处理结果与继 电气系统没有区别。(五 PLC 编程语言编程语言是 PLC 的重要组成部分, PLC 为用户提供了完整的编程语言,以适应编制用 户程序的需要。 EC61131-3提供了 5种 PLC 的标准编程语言,其中由三种图形语言,即梯 形图 (LD , Ladder Diagram 、 功能块图 (FBD , Function Block Diagram 和顺序功能图 (SFC , S
11、equential Function Chart ;两种文本语言,即结构化文本(ST , Structured Text 和指令表 (IL , Instruction List 。1、梯形图(LD 梯形图是是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的,它继承了继电器控制系统 中的基本工作原理和电气逻辑关系的表示方法, 梯形图与继电器控制系统梯形图的基本思想 是一致的, 只是在使用符号和表达方式上有一定区别, 所以在逻辑顺序控制系统中得到了广 泛的使用。图中是典型的梯形示意图。左右两条垂直的线称作母线。母线之间是触点的逻辑连接 和线圈的输出。 有的 PLC 的梯形图有两根母线, 但大部分 PLC
12、现在只保留左边的母 线。在梯形图中,触点代表逻辑“输入条件” , 如开关、 按钮和内部条件等; 线圈通常代表逻辑“输出” 结果,如灯、电动机、接触器、中间继电器等。梯形图语言简单明了,易于理解,是所有编程语言的首选 2、功能块图(FBD 功能块图是一种基于电子器件门电路逻辑运算形式的编程语言, 利用 FBD 可以查看到 像普通逻辑门图形的逻辑盒指令。 它没有梯形图编程器中的触点和线圈, 但有与之等价的指 令,这些指令是作为盒指令出现的,程序逻辑由这些盒指令之间的连接决定。3、顺序功能图(SFC 顺序功能图,亦称功能图。 SFC 是一种真正的图形化的编程方法。使用它可以对具有 并发、选择等复杂结
13、构的系统进行编程,特别适合在复杂的顺序控制系统中使用。在 CPM2系列 PLC 中顺序功能图并不是一种编程语言,而只是提供了几条指令,使用这些指令可以 完成一般的功能图程序的设计。4. 结构化文本(ST ST 是一种用于 PLC 的结构化方式编程的语言。 使用 ST 可以编制出非常复杂的数据处 理或逻辑控制程序。随着 IEC61131-3的推广和发展,相信使用 ST 的人会越来越多。 5、指令表(IL 指令表使用一些逻辑和功能指令的缩略语来表示相应的指令功能,类似于计算及中的 助记符语言,是用一个或几个容易记忆的字符来代表 PLC 的某种操作功能,按照一定的语 法和句法编写出一行一行的程序,来
14、实现所要求的控制任务的逻辑关系或运算。 IL 就像我 们学习的汇编语言一样,及其的编码效率较高,但理解起来不方便。M E Q 线母 线 图 1-5 梯 形 图 举 例二、OMRON CPM1A/CPM2A系列编程基础(一CPM1A/CPM2A的继电器区及数据区1、内部继电器区(IRIR 区分为两个部分:(1供输入点/输出点用的,称为输入/输出继电器区(2供 PLC 内部程序使用的,称为内部辅助继电器区CPM1A/CPM2A中的数据,使用通道或继电器号的进行操作。通道一般用 3位数字表示, 称为通道号。一个通道内有 16位用 0015两位数字表示。通道号加位号称为继电器号。 可 以对数据以位为单
15、位进行操作。输入继电器区有 10个通道 000009,其中,000、001用于 CPU 单元输入通道,002 009通道用于 CPU 单元连接的扩展单元的输入通道。输出继电器区有 10个通道 010019,其中,010、011用于 CPU 单元输出通道,012 019通道用于 CPU 单元连接的扩展单元的输出通道。CPM1A 内部辅助继电器区有 32个通道 200231。 (CPM2A 为 IR 049和 IR200227 输入/输出继电器区中未使用的通道也可作内部辅助继电器使用。2、 特殊辅助继电器区(SR特殊辅助继电器区共有 24个通道 232255。 SR 区主要用于存储系统工作状态和提
16、供一 些系统功能给用户使用,用户程序通常只能利用其状态而不能改变其状态。(125313、2531425313为常 ON 继电器,25313为常 OFF 继电器 。(22531525315常作为初始化脉冲,它在 PLC 运行的第一个扫描周期,处于 ON 状态,然后处于 OFF 状态。(3时钟标志 2540025401,2550025502时钟标志为占空比 1:1的方波。25400:一分钟时钟脉冲。25401:0.02秒时钟脉冲。当扫描时间 T 0.01秒时,该时钟无法正常使用。25500:0.1秒时钟脉冲。当扫描时间 T 0.05秒时,该时钟无法正常使用。25501:0.2秒时钟脉冲。当扫描时间
17、 T 0.1秒时,该时钟无法使用。255.2:一秒钟时钟脉冲(4运算标志位 2550425507进位标志位 CY,25504:运算结果有进位或借位时,该位为 ON。可用 STC 指令将其置为 ON,CLC 指令将其置为 OFF。大于标志位 GR,25505:执行比较指令时,第一个操作数大于第二个操作数时,该位为ON。相等标志位 EQ,25506:执行比较指令时,当两个操作数相等时,该位为 ON。小于标志位 LE,25507:执行比较指令时,第一个操作数小于第二个操作数时,该位为 ON。3、 暂存继电器区(TR暂存继电器用于暂存复杂梯形图中分支点的 ON/OFF状态,在语句标编程时使用。 CPM
18、1A/CPM2A具有 8个暂存继电器, 其范围为 TR0TR7。 暂存继电器在同一程序段内不能重 复使用,在不同的程序段可重复使用。4、 保持继电器区(HR保持继电器有断电保持功能,当系统掉电后,该继电器区的所有数据保持掉电前状态。 保持继电器以 HR 标识,有 20个通道 HR00HR19。保持继电器的使用方法同内部辅助继电 器一样。5、辅助记忆继电器区(AR辅助记忆继电器区共有 16个通道 AR00AR15,具有断电保持功能。AR 区用来存储 PLC 的工作状态信息。用户可根据其状态了解系统运行状态。6、链接继电器区(LR链接继电器区共有 16个通道 LR00LR15。用于 1:1链接时交
19、换数据用。不进行 1:1链 接时,可做内部辅助继电器使用。7、 定时器/计数器区(TIM/CNT定时器和计数器的统一编号称为 TC 号。CPM1A 共有 128个定时器和计数器,其 TC 号为 000127(CPM2A为 256个,TC 号 000255 。定时器分为普通定时器、高速定时器;计数器分为普通计数器、可逆计数器。每一 TC 号均可作为四种用途的任意一种,但不可复用。当系统断电时,定时器复位,计数器保持断 电前的状态。8、 数据存储区(DM数据存储区用来存储数据,只能以字为单位使用,不能以位为单位使用。利用 DM 区可 进行间接寻址。DM 区有断电保持功能。CPM1A 中 DM000
20、00999、DM10221023(CPM2A中 DM00001999、DM20222047为程 序可读写区,用户程序可自由读写其内容。DM 区其他部分为各种系统设定。(二CPM1A/CPM2A的指令系统PLC 中的指令根据功能分为:基本指令和应用指令两大类基本指令:直接对输入/输出点进行操作,包括输入、输出和逻辑“与” 、 “或” 、 “非” 基本运算等。应用指令:实现基本指令无法实现的功能的指令,如数据比较、传送、运算、高速计数器、脉冲输出、中断、步进指令等。指令格式:助记符(指令码 操作数 1操作数 2操作数 3助记符表示指令的功能。 指令码是指令的代码, 用两位数字表示。 有些基本指令没
21、有指 令码, 所有的应用指令都有指令码。 在手持式编程器中, 只有最基本指令的助记符有相应按 键。对于没有相应按键的指令,可按下“FUN”键,再键入其指令码。操作数:继电器号、通道号、常数指令的形式:(1 微分型:助记符前面加。凡微分指令仅在执行条件由 OFF 变为 ON 时才执行一次。 执行条件不变或上一循环从 ON 变为 OFF 时违反指令不执行。(2 非微分型:只要执行条件为 ON,指令在每个循环周期都会被执行。(一基本指令在指令的说明中用 N 来表示操作数取值范围。 基本指令均只能以位为单位进行操作且指 令的操作不影响标志位。1、 LD 和 LD NOT 指令功能:LD指令表示常开触点
22、与左侧母线连接;LD NOT 指令表示常闭触点与左侧母线连 接。N N2、OUT 和 OUTNOT 指令功能:OUT 指令输出逻辑运算结果。 OUTNOT 指令将指令的操作不影响标志位运算结果取 反后输出。 若输出位为 PLC 的输出点, 则运算结果输出到 PLC 的外部; 否则则逻辑运算结果 为中间结果,不输出到 PLC 外部 。 N 说明:(1 IR 区中已用作输入通道的位不能作为 OUT、OUTNOT 的输出位(2 OUT、OUTNOT 指令常用于一条梯形图支路的最后,但有时也用于分支点 N:继电器编号IR,SR,HR,AR,LR,TC,TRN:继电器编号IR,SR,HR,AR,LR,T
23、RLD 00000OUT 01000OUT NOT 01001LD NOT 00001OUT 01002(3 线圈并联输出时,可连续使用 OUT、OUT NOT 指令3、AND 和 AND NOT 指令功能:AND指令表示常开触点与前面的触点电路相串联,或 AND 后面的位与其前面的状 态进行逻辑“与”运算;AND NOT 表示常闭触点与前面的触点电路相串联,或 ANDNOT 后面 的位取“反”后在与前面的状态进行逻辑“与”运算。NN 说明:(1 串联的个数没有限制 (2 N:IR、SR、HR、AR、LR、TC (3 OR 和 ORNOT 指令功能:OR指令表示常开触点与前面的触点电路相并联,
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