《张伟的自动化控制PLC》课件

张伟的自动化控制系统教PLC程欢迎来到张伟的自动化控制系统教程本教程旨在全面介绍（可PLC PLC编程逻辑控制器）的基础知识、编程方法、系统应用以及维护保养通过本课程的学习，您将能够掌握的工作原理，熟练运用各种编程语言PLC，设计和调试自动化控制系统，解决实际工程问题让我们一起开启PLC的自动化控制之旅！课程目标与学习成果掌握基础知识熟悉编程语言PLC PLC12了解的定义、发展历史、主要功能和特点，掌握系掌握梯形图、功能块图、指令列表、结构化文本和顺序功PLC PLC统的基本组成部分能图等编程语言的基础知识掌握常用指令能够进行系统应用PLC PLC34熟悉基本逻辑指令、定时器指令、计数器指令、数据处理能够运用进行交通灯、水位、传送带、电机、温度和PLC指令、算术运算指令等常用指令的使用方法包装线等控制系统的设计和调试基础知识概述PLC什么是？的作用PLC PLC（），即可编程逻辑控制主要用于控制机械的生产过程早期的主要用来代替PLC ProgrammableLogic ControllerPLC PLC器，是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作继电器，实现逻辑控制随着技术发展，的功能越来越PLC的电子系统它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执强大，不仅可以实现逻辑控制，还可以实现模拟量控制、运行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指动控制、过程控制等令的发展历史PLC1960s1PLC的概念起源于美国通用汽车公司，为了适应汽车生产线的频繁变更，需要一种通用、易于编程的控制器来替代传统的继电器控制系统1970s2第一代PLC诞生，主要用于替代继电器控制，实现逻辑运算和顺序控制编程语言主要是梯形图1980s3PLC功能增强，增加了模拟量控制、通信功能和PID控制编程语言也更加多样化，出现了功能块图、指令列表等1990s-Present4PLC朝着小型化、模块化、网络化和智能化方向发展出现了各种高性能PLC，支持多种通信协议和编程语言，广泛应用于各个工业领域的主要功能和特点PLC可靠性高PLC采用工业级设计，具有抗干扰能力强、工作稳定可靠等特点，能够在恶劣的工业环境下长期稳定运行易于编程PLC支持多种编程语言，如梯形图、功能块图、指令列表等，易于学习和掌握，方便用户根据实际需求进行编程灵活性强PLC采用模块化结构，可以灵活配置各种输入输出模块和通信模块，满足不同应用场景的需求功能强大PLC不仅可以实现逻辑控制，还可以实现模拟量控制、运动控制、过程控制等，具有强大的控制功能系统的基本组成PLCCPU模块模块是的核心，负责执行程序、处理数据和控制整个系统CPU PLC输入输出模块输入输出模块是与外部设备的接口，用于接收输入信号和输出PLC控制信号电源模块电源模块为提供稳定的电源，保证的正常运行PLC PLC通信模块通信模块用于与其他设备进行通信，实现数据交换和远程控制PLC模块详解CPU的功能的组成CPU CPU模块是的大脑，负责执行用户程序、处理数据、进模块主要由微处理器、存储器、时钟电路、通信接口等CPU PLC“”CPU行逻辑运算和控制整个系统模块的性能直接影响组成微处理器是的核心，负责执行指令和处理数据CPU PLC CPU的运行速度和控制能力存储器用于存储用户程序和数据输入输出模块介绍输入模块输出模块模块类型输入模块用于接收来输出模块用于将常见的输入输出模块CPU自外部设备的输入信处理后的控制信号输包括数字量输入模块号，如传感器信号、出到外部设备，如电、数字量输出模块、按钮信号等输入模机、阀门、指示灯等模拟量输入模块、模块将这些信号转换为输出模块将的拟量输出模块等CPU可以识别的数字数字信号转换为外部CPU信号，并将其传递给设备可以识别的信号进行处理，并控制外部设备的CPU运行电源模块的选择电源类型电压范围功率123常用的电源类型包括交流电电源模块的电压范围需要与电源模块的功率需要满足的PLC PLC PLC源和直流电源选择电源类型时的电压要求相匹配通常，功率需求在选择电源模块时，PLC，需要根据实际应用场景和电源的电源电压为、等需要计算的功率消耗，并选24VDC220VAC PLC条件进行选择择功率大于功率消耗的电源PLC模块通信模块应用PROFIBUS是一种高速工业通信协议，PROFIBUS2用于与现场设备进行通信，具有PLCMODBUS抗干扰能力强、传输速度快等特点是一种常用的工业通信协议MODBUS1，用于与各种设备进行通信，如PLC以太网触摸屏、变频器、传感器等以太网是一种常用的计算机网络通信协议，用于与上位机、服务器等PLC3进行通信，实现数据交换和远程控制的工作原理PLC输入采样在每个扫描周期开始时，读取所有输入模块的状态，PLC并将这些状态存储到输入映像寄存器中程序执行按照用户程序中的指令，从输入映像寄存器中读取数PLC据，进行逻辑运算和控制，并将结果存储到输出映像寄存器中输出刷新在每个扫描周期结束时，将输出映像寄存器中的数据PLC输出到输出模块，控制外部设备的运行的扫描周期PLC输出刷新1程序执行2输入采样3的扫描周期是指执行一次完整的输入采样、程序执行和输出刷新的时间扫描周期是的重要性能指标之一，直接影PLC PLC PLC响的响应速度和控制精度扫描周期越短，的响应速度越快，控制精度越高PLC PLC的编程语言类型PLC梯形图梯形图是一种图形化的编程语言，类似于继电器电路图，易于学习和掌握，适合于逻辑控制和顺序控制功能块图功能块图是一种模块化的编程语言，将程序分解为多个功能块，每个功能块实现特定的功能，适合于复杂的控制系统指令列表指令列表是一种文本化的编程语言，类似于汇编语言，具有较高的执行效率和灵活性，适合于对性能要求较高的控制系统结构化文本结构化文本是一种高级编程语言，类似于Pascal语言，具有强大的数据处理能力和程序控制能力，适合于复杂的算法和数据处理梯形图编程基础梯形图的组成梯形图的逻辑梯形图由母线、触点、线圈和功能块等组成母线是梯形图梯形图的逻辑与继电器电路图类似，触点串联表示逻辑与，的电源线，触点是梯形图的开关元件，线圈是梯形图的输出触点并联表示逻辑或，线圈表示输出结果元件，功能块是梯形图的功能模块功能块图编程基础功能块1功能块是功能块图的基本组成单元，每个功能块实现特定的功能，如逻辑运算、定时、计数、数据处理等输入输出2功能块具有输入和输出接口，用于接收输入数据和输出结果功能块之间通过连接线连接，实现数据传递和功能组合编程方法3功能块图的编程方法是将程序分解为多个功能块，然后将这些功能块连接起来，实现复杂的控制逻辑指令列表编程基础指令1指令是指令列表的基本组成单元，每个指令实现特定的操作，如逻辑运算、数据传送、程序跳转等操作数2指令需要指定操作数，操作数可以是变量、常量、地址等指令根据操作数进行操作，并得到结果编程方法3指令列表的编程方法是按照一定的顺序编写指令，实现特定的控制逻辑结构化文本编程基础变量控制语句函数变量用于存储数据，控制语句用于控制程函数用于实现特定的可以是数字、字符、序的执行流程，包括功能，可以接收输入布尔值等变量需要条件语句、循环语句参数，并返回结果定义数据类型和名称、跳转语句等函数可以被多次调用，提高代码的重用性顺序功能图编程基础步步是顺序功能图的基本组成单元，每个步代表一个特定的状态或阶段转换转换是连接步的条件，当满足转换条件时，程序从一个步转移到另一个步动作动作是在步中执行的操作，如输出信号、启动定时器等常用指令系统介绍逻辑指令定时器指令计数器指令逻辑指令用于实现逻辑运算，如与、定时器指令用于实现定时功能，可以计数器指令用于实现计数功能，可以或、非、异或等逻辑指令是编程设置定时时间，当定时时间到达时，设置计数目标值，当计数次数达到目PLC的基础，用于实现各种逻辑控制输出信号定时器指令常用于延时控标值时，输出信号计数器指令常用制和周期控制于计数控制和流量控制基本逻辑指令与指令AND1当所有输入都为真时，输出才为真或指令OR2当至少一个输入为真时，输出就为真非指令NOT3输入为真时，输出为假；输入为假时，输出为真异或指令XOR4当输入不同时，输出为真；当输入相同时，输出为假定时器指令详解TOF Off-Delay Timer2当输入为假时，开始计时，当计时时间到达时，输出为假TON On-Delay Timer1当输入为真时，开始计时，当计时时间到达时，输出为真TP PulseTimer当输入为真时，输出为真，并开始计3时，当计时时间到达时，输出为假计数器指令应用CTU UpCounter每当输入信号上升沿到来时，计数器加，当计数值达到1预设值时，输出信号为真CTD Down Counter每当输入信号上升沿到来时，计数器减，当计数值达到10时，输出信号为真CTUD Up/DownCounter具有加计数和减计数功能，可以根据输入信号进行加计数或减计数数据处理指令MOV MoveSWAP Swap将数据从一个地址移动到另一交换两个字节的数据个地址CONV Convert将数据从一种数据类型转换为另一种数据类型算术运算指令加法指令减法指令乘法指令除法指令ADD SUBMUL DIV将两个数相加，并将结果将两个数相减，并将结果将两个数相乘，并将结果将两个数相除，并将结果存储到指定地址存储到指定地址存储到指定地址存储到指定地址数据传送指令MOVE1用于将数据从一个存储单元复制到另一个存储单元可以用于传送单个数据，也可以用于传送多个数据LOAD2用于将数据从存储单元加载到的寄存器中CPUSTORE3用于将的寄存器中的数据存储到存储单元中CPU比较指令使用方法等于不等于大于EQ NEGT当两个操作数相等时当两个操作数不相等当第一个操作数大于，输出为真时，输出为真第二个操作数时，输出为真程序控制指令JMP Jump1无条件跳转到指定标签JMPC JumpConditional2当条件满足时，跳转到指定标签CALL Call3调用子程序程序控制指令用于控制程序的执行流程，可以实现程序的跳转、循环和子程序调用等功能编程软件介绍PLCSiemens STEP7Rockwell RSLogix5000Mitsubishi GX Works2是西门子的编程软是罗克韦尔是三菱的编程Siemens STEP7PLC RockwellRSLogix5000PLC MitsubishiGXWorks2PLC件，功能强大，界面友好，支持多种的编程软件，具有良好的兼容性和可软件，易于学习和掌握，适合于小型编程语言扩展性，适合于大型控制系统控制系统软件界面操作指南项目创建程序编写编译下载创建新的项目，选择在程序编辑器中编写程将编写好的程序编译成将编译好的程序下载到PLC PLC PLC PLC PLC型号和编程语言序，包括逻辑控制、数据处可以执行的机器码中理和通信等程序编写步骤需求分析1明确控制系统的需求，包括输入信号、输出信号和控制逻辑程序设计2根据需求分析，设计程序，包括逻辑控制、数据处理和通信等PLC程序编写3使用编程软件编写程序PLC PLC程序调试技巧断点调试在程序中设置断点，程序执行到断点2时停止，可以观察程序的中间结果单步调试1逐条执行程序，观察程序的执行结果，找出错误所在在线监控在线监控程序的运行状态，可以PLC观察变量的值、输入输出信号的状态3等在线监控功能变量监控输入输出监控可以实时观察程序中变量可以实时观察程序的输入PLC PLC的值，了解程序的运行状态输出信号的状态，了解外部设备的运行状态程序执行状态监控可以实时观察程序的执行状态，了解程序的执行流程PLC故障诊断方法硬件故障软件故障外部设备故障检查的硬件设备，如模块、输检查的程序，看是否有逻辑错误、检查与连接的外部设备，如传感器PLC CPUPLC PLC入输出模块、电源模块等，看是否有数据错误或通信错误、电机、阀门等，看是否有损坏或连损坏或连接不良接不良通信协议PLC以太网12PROFIBUS3MODBUS通信协议用于与其他设备进行通信，实现数据交换和远程控制常用的通信协议包括、和以太网PLC PLC PLC MODBUS PROFIBUS等协议详解MODBUSMODBUS TCPMODBUS RTUMODBUS ASCII基于以太网的协议，使用基于串口的协议，使用基于串口的协议，使用码MODBUS MODBUSRS-232MODBUS ASCII协议进行数据传输或接口进行数据传输进行数据传输TCP/IP RS-485协议应用PROFIBUSPROFIBUS DP用于与现场设备进行通信，具有传输速度快、抗干扰PLC能力强等特点PROFIBUS PA用于与过程控制设备进行通信，具有本质安全、抗干PLC扰能力强等特点PROFIBUS FMS用于与上位机进行通信，实现数据交换和远程控制PLC以太网通信配置地址子网掩码IP12为配置地址，确保配置的子网掩码，用于PLC IP PLC PLC与上位机在同一网段区分网络地址和主机地址网关3配置的网关，用于与外部网络进行通信PLC PLC系统安装步骤PLC安装PLC1将安装到控制柜中，并固定好PLC接线2按照接线图，将输入输出信号线连接到的输入输出模块PLC上电3为接通电源，检查是否正常工作PLC PLC接线方式和注意事项输入输出信号线输入输出信号线需要按照接线图连接2到的输入输出模块，并注意信号PLC电源线线的极性1电源线需要使用符合要求的电缆，并正确连接到的电源模块PLC接地线需要可靠接地，以保证的正常PLC PLC3运行和安全系统调试方法硬件调试检查的硬件设备是否正常工作，输入输出信号是否正PLC确软件调试调试程序，检查程序的逻辑是否正确，数据是否正确PLC联调将与外部设备连接起来，进行联调，检查整个控制系PLC统是否正常工作常见故障排除无法启动输入输出信号错误PLC检查电源是否正常，的硬检查输入输出信号线是否连接PLC件设备是否损坏正确，传感器是否正常工作程序运行错误检查程序是否逻辑错误，数据是否错误PLC实例交通灯控制需求程序调试设计一个交通灯控制系统，控制红灯使用编程软件编写程序，控制将程序下载到中，进行调试，PLC PLC PLC PLC、绿灯和黄灯的亮灭，实现交通的有红灯、绿灯和黄灯的亮灭确保交通灯控制系统正常工作序通行实例水位控制需求程序调试设计一个水位控制系统，控制水泵的使用编程软件编写程序，控制将程序下载到中，进行调试，PLC PLC PLC PLC启停，保持水位在一定范围内水泵的启停确保水位控制系统正常工作实例传送带控制需求1设计一个传送带控制系统，控制传送带的启停和速度，实现物料的自动输送程序2使用编程软件编写程序，控制传送带的启停和速度PLC PLC调试3将程序下载到中，进行调试，确保传送带控制系统PLC PLC正常工作实例电机控制程序2使用编程软件编写程序，控制PLC PLC电机的启停、正反转和速度需求1设计一个电机控制系统，控制电机的启停、正反转和速度，实现电机的各种控制功能调试将程序下载到中，进行调试，PLC PLC3确保电机控制系统正常工作实例温度控制需求设计一个温度控制系统，控制加热器或冷却器的启停，保持温度在一定范围内1程序2使用编程软件编写程序，控制加热器或冷却器的启停PLC PLC调试3将程序下载到中，进行调试，确保温度控制系统正PLC PLC常工作实例包装线控制需求程序调试设计一个包装线控制系统，控制各使用编程软件编写程序，控将程序下载到中，进行调试PLC PLC PLCPLC个环节的动作，实现自动包装制各个环节的动作，确保包装线控制系统正常工作与变频器连接PLC接线参数设置调试将的输出信号线连接到变频器的控设置变频器的参数，使其与的控制调试程序和变频器，确保电机能够PLCPLCPLC制端子，控制变频器的启停、正反转信号相匹配按照的控制信号运行PLC和速度与触摸屏连接PLC通信协议地址配置IP选择与触摸屏的为和触摸屏配置在触摸屏上配置PLCPLCIPPLC通信协议，如地址，确保它们在同的地址和通信参数IP、一网段，使其能够与进MODBUSPROFIBUSPLC或以太网行通信与传感器连接PLC传感器类型根据实际需求选择合适的传感器，如接近传感器、光电传感器、压力传感器等信号类型了解传感器的信号类型，如数字信号、模拟信号等接线将传感器连接到的输入模块，并注意信号线的极性PLC系统维护保养PLC清洁2定期清洁的硬件设备，去除灰尘PLC和污垢，保持的良好散热PLC定期检查1定期检查的硬件设备，如模PLCCPU块、输入输出模块、电源模块等，看是否有损坏或连接不良备份定期备份的程序，以防止程序丢PLC3失或损坏系统备份与恢复备份恢复12使用编程软件将程当程序丢失或损坏时，PLCPLCPLC序备份到计算机中，并妥善可以使用编程软件将备PLC保存份的程序恢复到中PLC版本控制3对程序进行版本控制，记录每次修改的内容和时间，方便程PLC序管理和维护预防性维护措施定期更换防雷定期更换的易损件，如电安装防雷设备，防止雷击损坏PLC池、风扇等，以保证的正的硬件设备PLCPLC常运行防尘在控制柜中安装防尘装置，防止灰尘进入的硬件设备PLC安全操作规程断电接地防护在进行的维护保养或故障排除时，必须可靠接地，以保证的正常在操作时，需要佩戴防护眼镜和手PLCPLCPLCPLC必须先断电，以防止触电事故运行和安全套，以防止意外伤害系统升级方案评估1评估现有系统的性能和功能，确定是否需要升级选择2选择合适的型号和编程软件，满足系统升级的需求PLC实施3将现有系统迁移到新的平台，并进行调试，确保系统PLC正常运行项目设计方法论计划设计实施制定详细的项目计划，包括项目范围、设计控制系统，包括硬件选型、软安装系统，编写程序，进行系统PLCPLCPLC时间安排和资源分配件设计和通信配置调试需求分析技巧用户访谈与用户进行访谈，了解用户的需求和期望现场调研进行现场调研，了解控制系统的实际情况需求文档编写需求文档，明确控制系统的需求和功能系统设计原则可靠性1保证控制系统的稳定性和可靠性安全性2保证控制系统的安全运行，防止意外事故发生易维护性3方便控制系统的维护和保养文档管理要求完整性准确性文档需要包含所有必要的信息文档需要准确反映系统的实际，如系统设计文档、程序文档情况，避免出现错误或遗漏、操作手册等可追溯性文档需要具有可追溯性，方便查找和修改测试验收标准功能测试性能测试可靠性测试测试控制系统的各项功能是否正常工测试控制系统的性能指标，如响应速进行长时间的可靠性测试，验证控制作，是否满足需求度、控制精度等系统的稳定性和可靠性。