化学工业出版社
www.cip.com.cn
化工仪表及自动化第十六章 可编程控制器化学工业出版社
www.cip.com.cn内容提要
可编程控制器概述
可编程控制器 (PLC)的发展过程
可编程控制器的功能与特点
可编程控制器的基本构成及工作原理
可编程控制器的基本组成
可编程控制器的软件系统
可编程控制器的分类
1
化学工业出版社
www.cip.com.cn内容提要
OMRON C 系列 PLC
简介
OMRON PLC指令
应用实例
水箱液位控制
变量越限机警控制
自动包装机控制
2
化学工业出版社
www.cip.com.cn第一节 可编程序控制器概述
可编程控制器是一种以 CPU为核心的计算机工业控制装置,
由于其良好的性能价格比和稳定的工作状态以及简便的操作性。
可编程控制器是一种数字运算操作系统,专为工业环境应用而设计,有较强的抗干扰能力。
可编程控制器可以单独使用,也可以通过网络成为 DCS控制系统的一部分 。
3
化学工业出版社
www.cip.com.cn第一节 可编程序控制器概述
一、可编程控制器 (PLC)的发展过程
1969年美国研制出了第一台可编程序控制器。
从 1971年开始,各国相继开发了适于本国的 PLC,并推广使用。
20世纪 80年代末,PLC技术已经很成熟,并从开关量逻辑控制扩展到计算机数字控制 (CNC等 )领域。
近年生产的 PLC向电气控制、仪表控制、计算机控制一体化方向发展。
4
化学工业出版社
www.cip.com.cn第一节 可编程序控制器概述
二、可编程控制器的功能与特点
1.可编程控制器的功能
PLC可以进行各种复杂的开关量逻辑控制,且配置了计数器,定时器等指令,进一步丰富了逻辑控制功能,
同时可以完成各种类型的计数要求 。
PLC具有了 A/D,D/A转换的功能,丰富了控制手段和控制范围 。
PLC有了较强的通信功能,可以组成 PLC控制的计算机网络 。
5
化学工业出版社
www.cip.com.cn第一节 可编程序控制器概述
2.可编程控制器的特点
控制程序可编程
编程方便
扩展灵活
可靠性高
6
化学工业出版社
www.cip.com.cn第一节 可编程序控制器概述比较项目 继电接触控制 PLC控制功能 使用许多继电器才能进行复杂的控制无论控制多复杂,均用程序编制完成控制内容变更 需改变继电器和配线 只要改变程序即可自由完成控制速度 依靠触点机械动作实现,
工作频率低靠微处理器实现控制,速度极快计数控制 一般无此功能 具有计数功能安装施工 连线复杂,施工繁琐 安装容易,施工简便可靠性 触点多、连线多、体积大、寿命短、可靠性差采用集成元件,体积小、寿命长、
可靠性高可扩展性 扩展困难 在 I/O点允许情况下可自由扩充维护 需定期检验,查找故障困难,维护工作量大具有自诊断功能,查找故障迅速,
维护方便表 16-1 PLC控制与继电接触控制比较
7
化学工业出版社
www.cip.com.cn第一节 可编程序控制器概述集散控制系统侧重回路连续调节功能,在模拟量处理、反馈控制等方面具有明显优势;
可编程控制器侧重开关量顺序控制功能,在数字处理、顺序控制方面具有一定优势。
可编程控制器与集散控制系统比较发展初期
8
化学工业出版社
www.cip.com.cn第一节 可编程序控制器概述网络功能方面
DCS从一开始就十分重视网络通信,PLC也在不断增强网络通信功能 。
顺序控制功能方面
PLC优势强模拟量处理功能方面
DCS系统较完善
9
化学工业出版社
www.cip.com.cn第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理
一、可编程序控制器的基本组成
10
图 16-1 PLC的基本组成框图化学工业出版社
www.cip.com.cn第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理
11
1.中央处理器解释并执行用户及系统程序,通过运行用户及系统程序完成所有控制、处理、通信以及所赋予的其他功能,控制整个系统协调一致地工作。
主要有通用微处理器,单片机和双极型位片机 。
2.存储器
( 1) 存储器类型:
RAM,ROM,EPROM和 E2PROM,外存常用盒式磁带或磁盘等作用
( 2) 存储区分配图 16-2 简化的存储映像化学工业出版社
www.cip.com.cn第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理
12
3.输入输出模块
I/O模块是可编程序控制器与生产过程相联系的桥梁 。
PLC连接的过程变量按信号类型可分为开关量 ( 即数字量 ),模拟量和脉冲量等,相应输入输出模块可分为开关量输入模块,开关量输出模块,模拟量输入模块,
模拟量输出模块和脉冲量输入模块等 。
化学工业出版社
www.cip.com.cn第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理
4.编程器功能编程器是 PLC必不可少的重要外部设备 。
编程器将用户所希望的功能通过编程语言送到
PLC的用户程序存储器 。
编程器不仅能对程序进行写入,读出,修改,还能对 PLC的工作状态进行监控,同时也是用户与
PLC之间进行人机界面 。
13
化学工业出版社
www.cip.com.cn第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理
14
工作方式编程器与 PLC上的专用插座相连,或通过专用接口相连,程序可直接写入 PLC的用户程序存储器中,
也可先在编程器的存储器内存放,然后再下装到
PLC中 。
离线 ( 脱机 ) 编程方式编程器先不与 PLC相连,编制的程序先存放在编程器的存储器中,程序编写完毕,再与 PLC连接,
将程序送到 PLC存储器中 。
在线 ( 联机 ) 编程方式分类 便携式编程器和通用计算机。
化学工业出版社
www.cip.com.cn第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理
二、可编程序控制器的软件系统
15
(1)梯形图语言目前常用的编程语言有:
梯形图语言助记符语言功能表图某些高级语言
1.可编程控制器的编程语言梯形图的表达式沿用了原电气控制系统中的继电接触控制电路图的形式,二者的基本构思是一致的,只是使用符号和表达方式有所区别 。
化学工业出版社
www.cip.com.cn第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理
16
举例 例 16-1 某一过程控制系统,工艺要求开关 1闭合 40s
后,指示灯亮,按下开关 2后灯熄灭 。
图 16-3 ( a ) 为 实 现 这 一 功 能 的 一 种 梯 形 图 程 序
( OMRON PLC),它是由若干个梯级组成的,每一个输出元素构成一个梯级,而每个梯级可由多条支路组成 。
图 16-3 梯形图程序化学工业出版社
www.cip.com.cn第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理
17
(2)助记符语言又称为命令语句表达式语言,常用一些助记符来表示
PLC的某种操作 。
助记符语言类似微机中的汇编语言,但比汇编语言更直观易懂 。
图 16-3( b) 为梯形图对应的用助记符表示的指令表 。
不同厂家生产的 PLC所使用的助记符各不相同,因此同一梯形图写成的助记符语句不相同 。 用户在梯形图转换为助记符时,必须先弄清 PLC的型号及内部各器件编号,使用范围和每一条助记符的使用方法 。
注意!
化学工业出版社
www.cip.com.cn第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理
2.可编程控制器的工作过程读入现场信号自诊断与编程器、计算机等通信执行用户程序输出结果图 16-4 PLC工作过程框图
PLC对用户程序的执行分三个阶段:
输入扫描程序执行输出刷新
18
化学工业出版社
www.cip.com.cn第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理
19
1.按容量分
( 1) 小型 PLC I/O点总数一般为 20~ 128点 。
主要功能 逻辑运算,定时计数,移位处理等,采用专用简易编程器 。
( 2) 中 型 PLC
其 I/O点总数通常为 129~ 512点,内存在8 K以下,适合开关量逻辑控制和过程变量检测及连续控制 。
主要功能 除有小型 PLC的功能外,还有算术运算,数据处理及 A/D,D/A转换,联网通信,远程 I/O
等功能,可用于比较复杂过程的控制 。
三,可编程控制器的分类化学工业出版社
www.cip.com.cn第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理
20
( 3) 大 型 PLC
其 I/O点总数在 513点以上。
主要功能 除了具有中小型 PLC的功能外,还具有 PLD
运算及高速计数等功能,用于机床控制时,
具有增加刀具精确定位,机床速度和阀门控制等功能,配有 CRT显示及常规的计算机键盘,与工业控制计算机相似 。
编程可采用梯形图,功能表图及高级语言等多种方式 。
化学工业出版社
www.cip.com.cn第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理
21
2,按硬件结构分
( 1) 整体式 PLC
它将 PLC各组成部分集装在一个机壳内,输入,输出接线端子及电源进线分别在机箱的上,下两侧,并有相应的发光二极管显示输入 /输出状态 。 面板上留有编程器的插座,EPROM存储器插座,扩展单元的接口插座等 。
优点具有这种结构的可编程序控制器结构紧凑,体积小,价格低 。
图 16-5 SIMENS SIMATIC S7-200的外形图化学工业出版社
www.cip.com.cn第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理
22
( 2) 模块式 PLC
输入 /输出点数较多的大型,中型和部分小型 PLC采用模块式结构 。 其优点为:
图 16-6 SIMENS SIMATIC
S7-300的外形图采用积木搭接的方式组成系统,便于扩展,
其 CPU,输入,输出等都是独立的模块,有的 PLC的电源包含在 CPU模块之中 。
品种多,硬件配臵灵活,更换模块方便 。
( 3) 叠装式 PLC
它吸收了整体式和模块式 PLC的优点,其基本单元,
扩展单元等高等宽,它们不用基板,仅用扁平电缆连接,紧密拼装后组成一个整齐的体积小巧的长方体,
而且输入,输出点数的配臵也相当灵活 。
化学工业出版社
www.cip.com.cn第三节 OMRON C 系列 PLC
一,简介
23
OMRON C 系列 PLC有微型,小型,中型和大型四大类十几种型号 。
微型 PLC以 C20P和 C40H为代表,是整体结构,I/O容量为几十点,最多可扩至 120点 。
小型 PLC分为 C120和 C200H两种,C120最多可扩展 256
点 I/O,是紧凑型整体结构 。
化学工业出版社
www.cip.com.cn第三节 OMRON C 系列 PLC
中型 PLC有 C500和 C1000H两种,I/0容量分别为 512点和
1024点 。
大型 PLC有 C2000H,I/O点数可达 2048点,同时多处理器和双冗余结构使得 C2000H不仅功能全,容量大,而且速度快,由于也是模块化结构,外形与 C200H相近 。
24
化学工业出版社
www.cip.com.cn
图 16-7SYSMAC C28H外形示意图 图 16-9C200H外观示意图
25
图 16-8CPM1AC * * P外观图化学工业出版社
www.cip.com.cn第三节 OMRON C 系列 PLC
二,OMRON PLC 指令指令大多数是按照 位 ( bit) 寻址,个别指令按照 通道寻址 。 按位寻址的地址编号为:通道号 。 位号,如 0.00表示 0通道的第 0位,位的表示采用十进制数,范围为 0~ 15。
在 OMRON PLC中,对于输入,输出等继电器的编号不用加字母 。 小型整体 PLC的输入,输出编号是固定不变的,使用者可以按照 PLC主机标注编号编程;对于模块式
PLC则根据输入或输出模块安装位臵决定其编号 。
26
化学工业出版社
www.cip.com.cn第三节 OMRON C 系列 PLC
按功能分类基本指令特殊功能指令构成助记符,表示指令要完成的功能 。
操作数,指出了要操作的对象 。
27
化学工业出版社
www.cip.com.cn第三节 OMRON C 系列 PLC
图 16-10OMRON PLC的 基本指令应用示例
(1) LD和 LD NOT指令
(2) OUT和 OUT NOT指令
(3) AND和 AND NOT指令
(4) OR和 OR NOT指令
(5) AND LD指令
(6) OR LD指令
(7) END指令
28
1.OMRON PLC的基本指令化学工业出版社
www.cip.com.cn第三节 OMRON C 系列 PLC
29
2,几个功能指令
( 1) 保持指令 KEEP( 11) 它执行继电器保持操作,可保持为
ON或 OFF状态,直到它的两个输入端之一使它复位或置位 。
图 16-11 电机启动,停止控制化学工业出版社
www.cip.com.cn第三节 OMRON C 系列 PLC
30
( 2)微分指令 DIFU( 13)和 DIFD( 14)
微分指令在执行条件满足后第一次扫描时才执行,且只执行一次;若执行条件解除后再次满足,则再执行 。 DIFU是上升沿微分指令,DIFD是下降沿微分指令 。
图 16-12 微分指令应用示例化学工业出版社
www.cip.com.cn第三节 OMRON C 系列 PLC
31
( 3) 定时器定时器为递减型,有低速 TIM和高速 TIMH( 15) 两种 。 定时器的操作数包括定时器编号 ( N) 和设定值 ( SV) 两个数据 。
( 4)计数器计数器包括单向递减型 CNT和双向可逆型 CNTR( 12) 两种,其操作数包括计数器编号和设定值两个数据 。
图 16-13 计数包装控制程序化学工业出版社
www.cip.com.cn第四节 应用实例
一、水箱液位控制
32
输入,输出点分配如下:
上限检测开关 0.00;下限检测开关 0.01平; 电磁阀 10.00
图 16-14 水箱液位控制示意图为了保证水箱液位保持在一定范围,
分别在控制的 上限和下限设臵检测传感器,用 PLC控制注入水电磁阀 。
当液位低于下限时,下限检测开关断开,打开电磁阀开始注水;当注水达到上限位臵时,上限检测开关闭合,切断电磁阀 。
PLC采用 OMRON的 CPM2A-60CDR。
工艺要求如图 16-14所示 。
化学工业出版社
www.cip.com.cn第四节 应用实例
33
控制接线如图 16-15所示,图 16-16为液位控制梯形图 。
当低于液位下限时,下 限开关与上限开 关均断开,
0.00与 0.01常闭触点闭合,使输出继电器 10.00导通,注水电磁阀打开;一旦超过下限液位,虽然 0.01触点断开,但由于 10.00触点的自锁作用,仍保证注水阀打开,直至上限检测开关闭合,0.00的常闭触点断开,输出继电器 10.00
断开,注水阀关闭 。
化学工业出版社
www.cip.com.cn第四节 应用实例图 16-15 控制接线示意图 图 16-16 液位控制梯形图
34
化学工业出版社
www.cip.com.cn第四节 应用实例
35
二,变量越限报警控制
1.基本控制环节
② 在实际中往往要求一旦变量超限,即使恢复到正常值,
仍然进行声光报警,直到操作人员按下确定按钮后,报警才解除 。
③ 在 ② 的要求基础上,要求一旦报警,指示灯是闪亮的 。
④ 在 ③ 的要求基础上,如果允许按下消音按钮 ( 点动 ),
则电笛断开,灯变成平光 。
① 工艺要求过程变量越限后立即用指示灯和电笛报警,
当工艺变量恢复到正常之后,报警自动解除 。
化学工业出版社
www.cip.com.cn第四节 应用实例报警梯形图
36
化学工业出版社
www.cip.com.cn第四节 应用实例
37
2.闪光报警系统图 16-21 加热炉的安全联锁保护系统三个联锁报警点燃料流量下限原料流量下限火焰检测要求用三个指示灯指示三个报警点 。
在整个系统中有三个工艺检测输入,
一个复位按钮,一个实验按钮和一个消音按钮,输出有三个指示灯和一个电磁阀 。
化学工业出版社
www.cip.com.cn第四节 应用实例
38
采用 OMRON CPM2A-60CDR PLC控制,输入,输出点分配见下表输入 输出燃料流量下限检测 FL1 00001 燃料流量下限报警指示灯 L1 01001
原料流量下限检测 FL2 00002 原料流量下限报警指示灯 L2 01002
火焰检测 BS 00003 火焰熄灭报警指示灯 L3 01003
消音按钮 AN1 00000 电磁阀 V 01000
复位按钮 AN2 00004 蜂鸣器 D 01004
实验按钮 AN3 00005
表 16-2 输入,输出点分配表化学工业出版社
www.cip.com.cn第四节 应用实例
39
图 16-22 系统接线示意图化学工业出版社
www.cip.com.cn第四节 应用实例
40
三,自动包装机控制图 16-23 双秤包装机工作流程图采用可编程序控制器来实现包装过程,可延长设备的寿命,提高包装的精度 。
图 16-23 自动包装机控制流程图化学工业出版社
www.cip.com.cn第四节 应用实例
41
输入 输出输入端子 对应元件 输出端子 对应元件
00000 A料斗光电开关 1 01000 A秤振荡器
00001 A料斗光电开关 2 01001 B秤振荡器
00002 B料斗光电开关 1 01002 A秤电磁阀
00003 B料斗光电开关 2 01003 B秤电磁阀
00004 夹袋按钮 01004 A秤挡板电磁阀
00005 计数器复位按钮 01005 B秤挡板电磁阀
00005 A秤故障开关 01006 夹袋电磁阀
00006 B秤故障开关 01007 外部计数器表 16-13 自动包装机 PLC的输入,输出点分配表化学工业出版社
www.cip.com.cn