【正文】 模塊一 PLC應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí) 課題一 PLC控制器概述 課題二 PLC的基本組成和工作原理 課題三 FX系列 PLC的操作 課題四 GX Develope編程軟件的應(yīng)用 課題一 PLC控制器概述 學(xué)習(xí)目標(biāo) 。 PLC的應(yīng)用場(chǎng)合。 PLC。 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 知識(shí)學(xué)習(xí) 一、可編程序控制器的產(chǎn)生 上世紀(jì) 60年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)已開始應(yīng)用于工業(yè)控制了。但由于計(jì)算機(jī)技術(shù)本身的復(fù)雜性，編程難度高、難以適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境以及價(jià)格昂貴等原因，未能在工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用。當(dāng)時(shí)的工業(yè)控制，主要還是以繼電器 —接觸器組成控制系統(tǒng)。 上一頁 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 1968年，美國最大的汽車制造商 ——通用汽車制造公司（ GM），為適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷翻新，試圖尋找一種新型的工業(yè)控制器，以盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換繼電器控制系統(tǒng)的硬件及接線、減少時(shí)間，降低成本。因而設(shè)想把計(jì)算機(jī)的完備功能、靈活及通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成一種適合于工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡化，用 “面向控制過程，面向?qū)ο蟆钡摹白匀徽Z言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。即：硬件減少，軟件靈活、簡單，針對(duì)上述設(shè)想，通用汽車公司提出了這種新型控制器所必須具備的十大條件： 上一頁 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 1. 編程簡單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序 。 2. 維護(hù)方便，最好是插件式 。 3. 可靠性高于繼電器控制柜 。 4. 體積小于繼電器控制柜 。 5. 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī) 。 6. 在成本上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng) 。 7. 輸入可以是市電 。 8. 輸出可驅(qū)動(dòng)市電 2A以下的負(fù)荷，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥 。 9. 在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只要很少變更 。 4K字節(jié)。 上一頁 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（ GEC）首先研制成功第一臺(tái)可編程序控制器，并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。接著，美國 MODICON公司也開發(fā)出可編程序控制器084。 1971年，日本從美國引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺(tái)可編程序控制器 DSC8。 1973年，西歐國家也研制出了他們的第一臺(tái)可編程序控制器。目前世界上眾多的 PLC生產(chǎn)廠家中，比較著名的公司有美國的羅克韋爾公司、哥德公司、 TI公司、通用電氣公司，德國的西門子公司，日本的三菱公司、東芝公司、富士公司和立石公司等，它們的產(chǎn)品控制著世界上大部分的 PLC市場(chǎng)。 上一頁 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 我國從 1974年開始研制， 1977年開始工業(yè)應(yīng)用。早期的可編程序控制器是為取代繼電器控制線路、存儲(chǔ)程序指令、完成順序控制而設(shè)計(jì)的。主要用于：邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制，均屬開關(guān)量控制。所以，通常稱為可編程序邏輯控制器（ PLC—Programmable Logic Controller）。 進(jìn)入 70年代，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展， PLC采用了通用微處理器，這種控制器就不再局限于當(dāng)初的邏輯運(yùn)算了，功能不斷增強(qiáng)。因此，實(shí)際上應(yīng)稱之為 PLC——可編程序控制器。至 80年代，隨大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展，以 16位和 32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化 PLC得到了驚人的發(fā)展。使 PLC在概念、設(shè)計(jì)、性能、價(jià)格以及應(yīng)用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強(qiáng)，功耗和體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測(cè)更為靈活方便，而且隨著遠(yuǎn)程 I/O和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及圖象顯示的發(fā)展，使 PLC向用于連續(xù)生產(chǎn)過程控制的方向發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一大支柱。 上一頁 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 二、可編程序控制器的定義 可編程序控制器一直在發(fā)展中，所以至今尚未對(duì)其下最后的定義。國際電工學(xué)會(huì)（ IEC）曾先后于 、 序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案的第一、二、三稿。在第三稿中，對(duì) PLC作了如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 上一頁 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 定義強(qiáng)調(diào)了 PLC是： 1. 數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng) ——也是一種計(jì)算機(jī)。 2. 專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 3. 面向用戶指令 ——編程方便。 4. 邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)計(jì)算和算術(shù)操作。 5. 數(shù)字量或模擬量輸入輸出控制。 6. 易與控制系統(tǒng)聯(lián)成一體。 7. 易于擴(kuò)充。 上一頁 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 三、 可編程序控制器的特點(diǎn) 為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較， PLC機(jī)有以下特點(diǎn)： 1. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 工業(yè)生產(chǎn)對(duì)控制設(shè)備的可靠性要求： （ 1）平均故障間隔時(shí)間長 （ 2）故障修復(fù)時(shí)間（平均修復(fù)時(shí)間）短，任何電子設(shè)備產(chǎn)生的故障，通常為兩種： 1）偶發(fā)性故障。由于外界惡劣環(huán)境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓、振動(dòng)等引起的故障。這類故障，只要不引起系統(tǒng)部件的損壞，一旦環(huán)境條件恢復(fù)正常，系統(tǒng)也隨之恢復(fù)正常。但對(duì) PLC而言，受外界影響后，內(nèi)部存儲(chǔ)的信息可能被破壞。 上一頁 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 2）永久性故障。由于元器件不可恢復(fù)的破壞而引起的故障。如果能限制偶發(fā)性故障的發(fā)生條件，如果能使 PLC在惡劣環(huán)境中不受影響或能把影響的后果限制在最小范圍，使 PLC在惡劣條件消失后自動(dòng)恢復(fù)正常，這樣就能提高平均故障間隔時(shí)間；如果能在 PLC上增加一些診斷措施和適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)手段，在永久性故障出現(xiàn)時(shí)，能很快查出故障發(fā)生點(diǎn)，并將故障限制在局部，就能降低 PLC的平均修復(fù)時(shí)間。為此，各 PLC的生產(chǎn)廠商在硬件和軟件方面采取了多種措施，使 PLC除了本身具有較強(qiáng)的自診斷能力，能及時(shí)給出出錯(cuò)信息，停止運(yùn)行等待修復(fù)外，還使 PLC具有了很強(qiáng)的抗干擾能力。 上一頁 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 硬件措施： 主要模塊均采用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，大量開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器完成， I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)和信號(hào)調(diào)理電路。 ①屏蔽 ——對(duì)電源變壓器、 CPU、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。 ②濾波 ——對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，如 LC或 π型濾波網(wǎng)絡(luò)，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響。 上一頁 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 ③ 電源調(diào)整與保護(hù) ——對(duì)微處理器這個(gè)核心部件所需的 +5V電源，采用多級(jí)濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過電壓、欠電壓的影響。 ④隔離 ——在微處理器與 I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地隔離 I/O接口與 CPU之間電的聯(lián)系，減少故障和誤動(dòng)作；各 I/O口之間亦彼此隔離。 ⑤采用模塊式結(jié)構(gòu) ——這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時(shí)修復(fù)。一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作；同時(shí)也有助于加快查找故障原因。 上一頁 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 軟件措施： 有極強(qiáng)的自檢及保護(hù)功能。 ①故障檢測(cè) ——軟件定期地檢測(cè)外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強(qiáng)干擾信號(hào)等，以便及時(shí)進(jìn)行處理。 ②信息保護(hù)與恢復(fù) ——當(dāng)偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時(shí)，不破壞 PLC內(nèi)部的信息。一旦故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的程序工作。所以， PLC在檢測(cè)到故障條件時(shí)，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲(chǔ)器，軟件配合對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行封閉，禁止對(duì)存儲(chǔ)器的任何操作，以防存儲(chǔ)信息被沖掉。 上一頁 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 ③ 設(shè)置警戒時(shí)鐘 WDT（看門狗） ——如果程序每循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過了 WDT規(guī)定的時(shí)間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報(bào)警。 ④加強(qiáng)對(duì)程序的檢查和校驗(yàn) ——一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警，并停止執(zhí)行。 ⑤對(duì)程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備 ——停電后，利用后備電池供電，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會(huì)丟失。 PLC的出廠試驗(yàn)項(xiàng)目中，有一項(xiàng)就是抗干擾試驗(yàn)。它要求能承受幅值為 1000V，上升時(shí)間 1nS，脈沖寬度為 1μS的干擾脈沖。一般，平均故障間隔時(shí)間可達(dá)幾十萬～上千萬小時(shí)；制成系統(tǒng)亦可達(dá) 4～ 5萬小時(shí)甚至更長時(shí)間。 上一頁 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 ，控制程序可變，使用方便 PLC品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變 PLC的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求。因此， PLC除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在工廠自動(dòng)化中也被大量采用。 ，適應(yīng)面廣 現(xiàn)代 PLC不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個(gè)生產(chǎn)過程。 上一頁 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 ，容易掌握 目前，大多數(shù) PLC仍采用繼電器控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。通過閱讀 PLC的用戶手冊(cè)或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會(huì)用梯形圖編制控制程序。同時(shí)還提供了功能圖、語句表等編程語言。 PLC在執(zhí)行梯形圖程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語言然后執(zhí)行。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時(shí)間要長一些，但對(duì)于大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來說，是微不足道的，完全可以滿足控制要求。 上一頁 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 由于 PLC采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少。同時(shí)， PLC的用戶程序可以在實(shí)訓(xùn)室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作量。并且，由于 PLC的低故障率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。 、重量輕、功耗低、維護(hù)方便 PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固、體積小、重量輕、功耗低。以三菱公司的 F140M型 PLC為例：其外型尺寸僅為 305 110 110mm，重量 ，功耗小于 25VA；而且具有很好的抗振、適應(yīng)環(huán)境溫、濕度變化的能力?，F(xiàn)在三菱公司又有 FX系列 PLC，與其超小型品種 F1系列相比：面積為 47%,體積為 36%，在系統(tǒng)的配置上既固定又靈活，輸入輸出可達(dá) 24～ 128點(diǎn)。 上一頁 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 三、可編程序控制器的應(yīng)用 隨著 PLC的性能價(jià)格比的不斷提高：①微處理器的芯片及有關(guān)的元件價(jià)格大大降低， PLC的成本下降；② PLC的功能大大增強(qiáng)，因而 PLC的應(yīng)用日益廣泛。目前， PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保等各行各業(yè)。其應(yīng)用范圍大致可歸納為以下幾種： ——這是 PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。它取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制。開關(guān)量的邏輯控制可用于單機(jī)控制，也可用于多機(jī)群控，亦可用于自動(dòng)生產(chǎn)線的控制等等。 上一頁 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 ——PLC可用于直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制。早期直接用開關(guān)量 I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)械，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)模塊。目前，制造商已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。即：把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，模塊移動(dòng)一軸或多軸到目標(biāo)位置。當(dāng)每個(gè)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，確保運(yùn)動(dòng)平滑。運(yùn)動(dòng)的程序可用 PLC的語言完成，通過編程器輸入。 —PLC通過模擬量的 I/O模塊實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量的A/D、 D/A轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的PID控制。 上一頁 下一頁 返回 課題一 PLC控制器概述 —現(xiàn)代的 PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（包括矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算），數(shù)據(jù)傳遞、排序和查表、位操作等功能；可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。數(shù)據(jù)處