PLC_基础与应用课件
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2020/4/6
第一节 概述
1. GM10条 2. PLC的产生 3. PLC定义 4. PLC的组成 5. PLC的一般特点 6. PLC的发展趋势 7. OMRON-PLC简介
2020/4/6
1. GM10条
① 编程简单，可在现场修改程序； ② 维护方便，最好是插件式； ③ 可靠性高于继电器控制柜； ④ 体积小于继电器控制柜； 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。
★ 第二代：70年代初期到70年代末期。其特点是：CPU采用微处理器，存储 器采用EPROM ；
★ 第三代：70年代末期到80年代中期。其特点是：CPU采用8位和16位微处 理器，有些还采用多微处理器结构，存储器采用EPROM、EAROM、 CMOSRAM等 ；
★ 第四代：80年代中期到90年代中期。PLC全面使用8位、16位微处理芯片 的位片式芯片，处理速度也达到1us/步 ；
2020/4/6
2. PLC的产生
❖ 1968年，美国通用汽车公司(GM)要求制造商为其装配线提供一种新型的通 用程序控制器
❖ 美国数字设备公司(DEC)经过一年多的努力，研制出第—台这种控制器 ★ 第一代：从第一台可编程控制器诞生到70年代初期。其特点是：CPU由中
小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器；
2020/4/6
1.什么是PLC？
全名：Programmable Logic Controller 中文名称：可编程序控制器 名称的演变：PLC→PC→PLC 易混名称：PC——Personal Computer
2020/4/6
2.典型PLC
OMRONCNC200H
★ 无底板模块式结构的小型机CQM1。CQM1控制I/O点数最多 可达256点。CQM1的指令已超过100种，基本指令执行时间为 0.5μs，比中型机C200H还要快。CQM1的DM区可达6K，比 中型机C200H的2K大很多。CQM1共有7种CPU单元，每种 CPU单元都带有16个输入点（称为内置输入点），有输入中 断功能，都可接增量式旋转编码器进行高速计数，计数频率 单相5kHz、两相2.5kHz。CQM1还有高速脉冲输出功能，标 准脉冲输出可达1kHz。此外，CPU42带有模拟量设定功能， CPU43有高速脉冲I/O端口，CPU44有绝对式旋转编码器端口， CPU45由A/D、D/A端口。CQM1虽然是小型机，但采用模块 式结构，像中型机一样，也有A/D、D/A、温控等特殊功能单 元和各种通信单元。CQM1的CPU单元除CPU11外都自带 RS232C通信口。
★ 第五代：90年代中期至今。PLC使用16位和32位的微处理器芯片，有的已 使用RISC芯片。
★ 我国于1974年开始研制，1977年开始工业应用
❖ 我校于1988年开始研究，并引入教学
2020/4/6
3. PLC的定义
➢ l987年2月，国际电工委员会颁布了可编程控制器标准草 案第三稿，该草案中对可编程控制器给出定义
PLC基础与应用
目录
绪论 第一章 PLC应用基础 第二章 PLC的结构及特点 第三章 PLC的基本指令及编程 第四章 PLC功能指令及应用 第五章 PLC联网与通信 第六章 PLC应用系统设计、调试及维护 总复习
2020/4/6
绪论
1. 什么是PLC？ 2. 典型PLC 3. PLC应用 4. 教材 5. 实验设备 6. 教学内容 7. 教学要求 8. 考核方法
★ 1999年，OMRON在中国市场上又推出比α机功能更加完美的CS1系列 机型 ，在小型机方面相继推出CPM2A/CPM2C/CPM2AE、CQM1H等 机型。CQM1H在三大性能方面作了重大的提升和充实：I/O控制点数、 程序容量和数据容量均比CQM1翻一番；提供多种先进的内装板，能 胜任更加复杂和柔性的控制任务；CQM1H可以加入Controller Link网， 还支持协议宏通信功能。
★ 另外，OMRON还开发出微型机SP20/SP16/SP10。这类机型点 数少，最少10点，但可自身联网（PLC Link），最多可达80点。 它的体积很小，功能单一，价格较低，特别适合于安装空间小、 点数要求不多的继电控制场合。
2020/4/6
90年代初期
★ CV系列，性能比C系列大型H机有显著的提高，它极大地提高 了OMRON在大型机方面的竞争实力。
2020/4/6
80年代后期
★ OMRON开发出H型机，大、中、小型对应由C2000H/C1000H、 C200H、C60H/C40H/C28H/C20H。
★ 大、中型机为模块式结构，小型机为整体式结构。H型机的指令 增加较多，有100多种，特别出现了指令的微分执行。大型H机 基本指令执行时间为0.4us，而C200H机也只有0.7us。H型机的 通信功能增强了，甚至小型H机也配有RS232C口。大型机 C2000H的CPU可进行热备配置，其一般的I/O单元还可在线插 拔。中型机C200H的特殊功能模块很丰富，结构合理，功能齐 全，为当时中型机中较优秀的机型，获得了非常广泛的应用。 C200H曾用于太空实验站，开创业界先例。
★ 2007年5月，CP1L出世，取代CPM2A。
2020/4/6
第二节 常用控制电器
★ 常用控制电器按其工作电压可分为低压电器和高压电器。 ★ 低压电器是指它的工作电压低于1200v的电器。 ★ 常用控制电器按其功能作用分为接触器、继电器、按钮、开关等。
一、接触器 二、继电器 三、主令电器 四、其他常用电器
包装切割机
旋转率设定
2020/4/6
电机控制装置
传感器
PG
IM
远程监控系统
GMWIN
GM4
GM4
RS-232C
IGS-50
RS-232C
IGS-50
RS-232C
韩国
Internet
中国
IGS-50
2020/4/6
汽车空调组装线
PLC(K200S)
PLC(K200S)
触摸屏 (PMU330)
2020/4/6
2020/4/6
一、接触器
1. 概念 2. 接触器的结构及工作原理 3. 接触器的型号 4. 接触器的图形符号和文字符号 5. 接触器的主要技术指标 6. 选择接触器 7. 典型接触器结构
2020/4/6
1.概念
★ 接触器是利用电磁吸力的作用使主触 点接通或断开电动机电路或其他负载 电路的控制电器。
通信、联网及集散控制
----利用PLC的强大的通信联网功能，把PLC分布到控制现场，并实现各站间的通信， 上、下层间的通信，达到分散控制、集中管理，即构成了现在的PCS系统。
2020/4/6
酒店控制系统
2020/4/6
前台
RS-232C
RS-485
控制室
인버터
Rnet
输入输出混合模块 Smart I/O
电源控制设备
家电产品
灯
传感器
无线接收器 遥控器
阀门控制器
客房
蘑菇栽培工厂加湿设备控制系统
2020/4/6
以太网
触摸屏
...... ...... ...... ...... ...... ......
20台 RS-485
20台 RS-485
栽培室 #1 ..... ..... ..... ..... ...... ...... .... #10
DR6
DR6
Cnet
空调
空调
ID40
螺丝拧紧机
Cnet Pnet
ID40 螺丝拧紧机
PLC实验设备
2020/4/6
PLC教学内容
➢ 常用电器及典型线路 ➢ PLC硬件结构 ➢ PLC指令系统 ➢ PLC的联网及通信 ➢ PLC应用系统设计、调试及维护 ➢ 电气及PLC实验
2020/4/6
PLC教学要求
缺点：指令少，指令执行时间长，内存小，内部 器件有限，体积大。例如，C20仅20条指令， 基本指令执行时间为4us~80us。
上述产品目前已基本被淘汰。
2020/4/6
80年代中期
★ 小型机换代出现P型机，替代了C20机。 P型机I/O点数最多可达148点。指令增加 到37条，指令执行的速度加快了，基本 指令执行时间为4us，体积也明显缩小。 P型机有较高的性能价格比，且易于掌握 和使用，因而具有较强的竞争力，在当 时的小型机市场上独占鳌头。
2020/4/6
7.OMRON-PLC简介
★ 日本OMRON公司是世界上生产可编程序控制器 （PLC）的著名厂家之一
★ OMRON的大、中、小、微型机各具特色、各有 所长
★ 在中国市场上的占有率位居前列，在国内用户中 享有较高声誉
2020/4/6
80年代初期
OMRON的大、中、小型机分别为C系列的C2000、 C1000、C500、C120、C20等。
2020/4/6
4. PLC的组成
★ PLC是按继电-接触线路原理设计的，其等效的内部 电器及线路与继电接触线路相同。
2020/4/6
5. PLC的一般特点
★ 通用性强 ★ 编程方便 ★ 功能完善 ★ 扩展灵活 ★ 系统构成简单，安装调试容易 ★ 可靠性高
2020/4/6
6.PLC的发展趋势
1.标准化 2.小型化 3.模块化 4.低成本 5.高功能
OMRONCPM2A
西门子S7-200系列PLC
三菱FX2系列
2020/4/6
3.PLC的应用领域
开关量的逻辑控制
----开关量的逻辑控制是PLC的最基本控制功能。PLC首用的目标，就是用于开关 量的控制。
模拟量的闭环控制
---- PLC具有A/D、D/A转换及算术运算等功能，因此可以实现模拟量控制。
数字量的智能控制
----利用PLC能接受和输出高速脉冲的功能，在配备了相应的传感器（如旋转编码器） 或脉冲伺服装置（如环型分配器、功放、步进电机）就能实现数字量的智能控制。
数据采集与监控
----利用PLC自检信号多的特点实现自诊断的式的监控，减少系统的故障，提高累计 平均无故障运行时间，同时可减低故障修复时间，提高系统的可靠性。
2020/4/6
90年代中、后期
★ 1996年中型机从C200H发展到C200HS。 1997年全新的中型机C200Hα 及 P型机的升级产品，即小型机CPM1A出现。
★ C200Hα的性能显著提高。除基本性能比C200HS提高外，α机突出特点 是它的通信组网能力强，可加入OMRON的高层信息网Ethernet网，还 可加入中层控制网Controller Link网，而C200H、C200HS不可以。
★ 与P型机相比，CPM1A体积很小，只及同样I/O点数P型机的1/2，而功 能大大加强。
★ 1998年底，OMRON推出了CVM1D双极热备系统，它具有双CPU单元 和双电源单元，不仅CPU可热备，而且电源也可热备。CVM1D继承了 CV系列的各种功能，可以使用CV的I/O单元、特殊功能单元和通信单 元。CVM1D的I/O单元可在线插拔。
➢ 课堂教学与自学相结合 ➢ 理论与实践相结合 ➢ 课上与课下相结合
2020/4/6
考核方法
平时测验与期末考试相结合 作业：10% 平时测验：10% 实验：10% 期末考试：70%
2020/4/6
第一章 PLC应用基础
第一节 概述 第二节 常用控制电器 第三节 电气控制线路设计基础 第四节 典型继电接触控制线路 小结
2020/4/6
2005年以后
★ 2005年，CP1H是欧姆龙最新的超高速的一体化 紧凑型PLC，它整合了CPM2A和CJ1系列PLC 的优点。内置功能，如数字I/O，高速计数、高 速脉冲输出、模拟输入和输出提供了极大的灵 活性。集成的通信网关功能使CP1H成为第一个 符合欧姆龙Smart Platform概念的紧凑型PLC。 只需要一个连接，使用CX-ONE软件包，所有 通过以太网、DeviceNet或者串行通信连接到 CP1H的设备都 能被配置、编程和监视。编程 电缆只需要标准的USB电缆，使用快捷、方便。
➢ 可编程控制器是一种数字运算操作系统，专为工业环境 下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其 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，并通过数字式或模拟式的输入和输 出，控制各种类型的生产机械和生产过程。可编程序控 制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个 整体、易于扩充其功能的原理设计。
第一节 概述
1. GM10条 2. PLC的产生 3. PLC定义 4. PLC的组成 5. PLC的一般特点 6. PLC的发展趋势 7. OMRON-PLC简介
2020/4/6
1. GM10条
① 编程简单，可在现场修改程序； ② 维护方便，最好是插件式； ③ 可靠性高于继电器控制柜； ④ 体积小于继电器控制柜； 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。
★ 第二代：70年代初期到70年代末期。其特点是：CPU采用微处理器，存储 器采用EPROM ；
★ 第三代：70年代末期到80年代中期。其特点是：CPU采用8位和16位微处 理器，有些还采用多微处理器结构，存储器采用EPROM、EAROM、 CMOSRAM等 ；
★ 第四代：80年代中期到90年代中期。PLC全面使用8位、16位微处理芯片 的位片式芯片，处理速度也达到1us/步 ；
2020/4/6
2. PLC的产生
❖ 1968年，美国通用汽车公司(GM)要求制造商为其装配线提供一种新型的通 用程序控制器
❖ 美国数字设备公司(DEC)经过一年多的努力，研制出第—台这种控制器 ★ 第一代：从第一台可编程控制器诞生到70年代初期。其特点是：CPU由中
小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器；
2020/4/6
1.什么是PLC？
全名：Programmable Logic Controller 中文名称：可编程序控制器 名称的演变：PLC→PC→PLC 易混名称：PC——Personal Computer
2020/4/6
2.典型PLC
OMRONCNC200H
★ 无底板模块式结构的小型机CQM1。CQM1控制I/O点数最多 可达256点。CQM1的指令已超过100种，基本指令执行时间为 0.5μs，比中型机C200H还要快。CQM1的DM区可达6K，比 中型机C200H的2K大很多。CQM1共有7种CPU单元，每种 CPU单元都带有16个输入点（称为内置输入点），有输入中 断功能，都可接增量式旋转编码器进行高速计数，计数频率 单相5kHz、两相2.5kHz。CQM1还有高速脉冲输出功能，标 准脉冲输出可达1kHz。此外，CPU42带有模拟量设定功能， CPU43有高速脉冲I/O端口，CPU44有绝对式旋转编码器端口， CPU45由A/D、D/A端口。CQM1虽然是小型机，但采用模块 式结构，像中型机一样，也有A/D、D/A、温控等特殊功能单 元和各种通信单元。CQM1的CPU单元除CPU11外都自带 RS232C通信口。
★ 第五代：90年代中期至今。PLC使用16位和32位的微处理器芯片，有的已 使用RISC芯片。
★ 我国于1974年开始研制，1977年开始工业应用
❖ 我校于1988年开始研究，并引入教学
2020/4/6
3. PLC的定义
➢ l987年2月，国际电工委员会颁布了可编程控制器标准草 案第三稿，该草案中对可编程控制器给出定义
PLC基础与应用
目录
绪论 第一章 PLC应用基础 第二章 PLC的结构及特点 第三章 PLC的基本指令及编程 第四章 PLC功能指令及应用 第五章 PLC联网与通信 第六章 PLC应用系统设计、调试及维护 总复习
2020/4/6
绪论
1. 什么是PLC？ 2. 典型PLC 3. PLC应用 4. 教材 5. 实验设备 6. 教学内容 7. 教学要求 8. 考核方法
★ 1999年，OMRON在中国市场上又推出比α机功能更加完美的CS1系列 机型 ，在小型机方面相继推出CPM2A/CPM2C/CPM2AE、CQM1H等 机型。CQM1H在三大性能方面作了重大的提升和充实：I/O控制点数、 程序容量和数据容量均比CQM1翻一番；提供多种先进的内装板，能 胜任更加复杂和柔性的控制任务；CQM1H可以加入Controller Link网， 还支持协议宏通信功能。
★ 另外，OMRON还开发出微型机SP20/SP16/SP10。这类机型点 数少，最少10点，但可自身联网（PLC Link），最多可达80点。 它的体积很小，功能单一，价格较低，特别适合于安装空间小、 点数要求不多的继电控制场合。
2020/4/6
90年代初期
★ CV系列，性能比C系列大型H机有显著的提高，它极大地提高 了OMRON在大型机方面的竞争实力。
2020/4/6
80年代后期
★ OMRON开发出H型机，大、中、小型对应由C2000H/C1000H、 C200H、C60H/C40H/C28H/C20H。
★ 大、中型机为模块式结构，小型机为整体式结构。H型机的指令 增加较多，有100多种，特别出现了指令的微分执行。大型H机 基本指令执行时间为0.4us，而C200H机也只有0.7us。H型机的 通信功能增强了，甚至小型H机也配有RS232C口。大型机 C2000H的CPU可进行热备配置，其一般的I/O单元还可在线插 拔。中型机C200H的特殊功能模块很丰富，结构合理，功能齐 全，为当时中型机中较优秀的机型，获得了非常广泛的应用。 C200H曾用于太空实验站，开创业界先例。
★ 2007年5月，CP1L出世，取代CPM2A。
2020/4/6
第二节 常用控制电器
★ 常用控制电器按其工作电压可分为低压电器和高压电器。 ★ 低压电器是指它的工作电压低于1200v的电器。 ★ 常用控制电器按其功能作用分为接触器、继电器、按钮、开关等。
一、接触器 二、继电器 三、主令电器 四、其他常用电器
包装切割机
旋转率设定
2020/4/6
电机控制装置
传感器
PG
IM
远程监控系统
GMWIN
GM4
GM4
RS-232C
IGS-50
RS-232C
IGS-50
RS-232C
韩国
Internet
中国
IGS-50
2020/4/6
汽车空调组装线
PLC(K200S)
PLC(K200S)
触摸屏 (PMU330)
2020/4/6
2020/4/6
一、接触器
1. 概念 2. 接触器的结构及工作原理 3. 接触器的型号 4. 接触器的图形符号和文字符号 5. 接触器的主要技术指标 6. 选择接触器 7. 典型接触器结构
2020/4/6
1.概念
★ 接触器是利用电磁吸力的作用使主触 点接通或断开电动机电路或其他负载 电路的控制电器。
通信、联网及集散控制
----利用PLC的强大的通信联网功能，把PLC分布到控制现场，并实现各站间的通信， 上、下层间的通信，达到分散控制、集中管理，即构成了现在的PCS系统。
2020/4/6
酒店控制系统
2020/4/6
前台
RS-232C
RS-485
控制室
인버터
Rnet
输入输出混合模块 Smart I/O
电源控制设备
家电产品
灯
传感器
无线接收器 遥控器
阀门控制器
客房
蘑菇栽培工厂加湿设备控制系统
2020/4/6
以太网
触摸屏
...... ...... ...... ...... ...... ......
20台 RS-485
20台 RS-485
栽培室 #1 ..... ..... ..... ..... ...... ...... .... #10
DR6
DR6
Cnet
空调
空调
ID40
螺丝拧紧机
Cnet Pnet
ID40 螺丝拧紧机
PLC实验设备
2020/4/6
PLC教学内容
➢ 常用电器及典型线路 ➢ PLC硬件结构 ➢ PLC指令系统 ➢ PLC的联网及通信 ➢ PLC应用系统设计、调试及维护 ➢ 电气及PLC实验
2020/4/6
PLC教学要求
缺点：指令少，指令执行时间长，内存小，内部 器件有限，体积大。例如，C20仅20条指令， 基本指令执行时间为4us~80us。
上述产品目前已基本被淘汰。
2020/4/6
80年代中期
★ 小型机换代出现P型机，替代了C20机。 P型机I/O点数最多可达148点。指令增加 到37条，指令执行的速度加快了，基本 指令执行时间为4us，体积也明显缩小。 P型机有较高的性能价格比，且易于掌握 和使用，因而具有较强的竞争力，在当 时的小型机市场上独占鳌头。
2020/4/6
7.OMRON-PLC简介
★ 日本OMRON公司是世界上生产可编程序控制器 （PLC）的著名厂家之一
★ OMRON的大、中、小、微型机各具特色、各有 所长
★ 在中国市场上的占有率位居前列，在国内用户中 享有较高声誉
2020/4/6
80年代初期
OMRON的大、中、小型机分别为C系列的C2000、 C1000、C500、C120、C20等。
2020/4/6
4. PLC的组成
★ PLC是按继电-接触线路原理设计的，其等效的内部 电器及线路与继电接触线路相同。
2020/4/6
5. PLC的一般特点
★ 通用性强 ★ 编程方便 ★ 功能完善 ★ 扩展灵活 ★ 系统构成简单，安装调试容易 ★ 可靠性高
2020/4/6
6.PLC的发展趋势
1.标准化 2.小型化 3.模块化 4.低成本 5.高功能
OMRONCPM2A
西门子S7-200系列PLC
三菱FX2系列
2020/4/6
3.PLC的应用领域
开关量的逻辑控制
----开关量的逻辑控制是PLC的最基本控制功能。PLC首用的目标，就是用于开关 量的控制。
模拟量的闭环控制
---- PLC具有A/D、D/A转换及算术运算等功能，因此可以实现模拟量控制。
数字量的智能控制
----利用PLC能接受和输出高速脉冲的功能，在配备了相应的传感器（如旋转编码器） 或脉冲伺服装置（如环型分配器、功放、步进电机）就能实现数字量的智能控制。
数据采集与监控
----利用PLC自检信号多的特点实现自诊断的式的监控，减少系统的故障，提高累计 平均无故障运行时间，同时可减低故障修复时间，提高系统的可靠性。
2020/4/6
90年代中、后期
★ 1996年中型机从C200H发展到C200HS。 1997年全新的中型机C200Hα 及 P型机的升级产品，即小型机CPM1A出现。
★ C200Hα的性能显著提高。除基本性能比C200HS提高外，α机突出特点 是它的通信组网能力强，可加入OMRON的高层信息网Ethernet网，还 可加入中层控制网Controller Link网，而C200H、C200HS不可以。
★ 与P型机相比，CPM1A体积很小，只及同样I/O点数P型机的1/2，而功 能大大加强。
★ 1998年底，OMRON推出了CVM1D双极热备系统，它具有双CPU单元 和双电源单元，不仅CPU可热备，而且电源也可热备。CVM1D继承了 CV系列的各种功能，可以使用CV的I/O单元、特殊功能单元和通信单 元。CVM1D的I/O单元可在线插拔。
➢ 课堂教学与自学相结合 ➢ 理论与实践相结合 ➢ 课上与课下相结合
2020/4/6
考核方法
平时测验与期末考试相结合 作业：10% 平时测验：10% 实验：10% 期末考试：70%
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第一章 PLC应用基础
第一节 概述 第二节 常用控制电器 第三节 电气控制线路设计基础 第四节 典型继电接触控制线路 小结
2020/4/6
2005年以后
★ 2005年，CP1H是欧姆龙最新的超高速的一体化 紧凑型PLC，它整合了CPM2A和CJ1系列PLC 的优点。内置功能，如数字I/O，高速计数、高 速脉冲输出、模拟输入和输出提供了极大的灵 活性。集成的通信网关功能使CP1H成为第一个 符合欧姆龙Smart Platform概念的紧凑型PLC。 只需要一个连接，使用CX-ONE软件包，所有 通过以太网、DeviceNet或者串行通信连接到 CP1H的设备都 能被配置、编程和监视。编程 电缆只需要标准的USB电缆，使用快捷、方便。
➢ 可编程控制器是一种数字运算操作系统，专为工业环境 下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其 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，并通过数字式或模拟式的输入和输 出，控制各种类型的生产机械和生产过程。可编程序控 制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个 整体、易于扩充其功能的原理设计。