《PLC技术教程》课件

技术教程PLC欢迎学习可编程逻辑控制器（PLC）技术课程本课程将系统性地介绍PLC技术在工业自动化中的应用，从基础理论到实际项目应用，帮助学员掌握现代工业控制系统的核心技术通过理论学习与实践操作相结合的方式，培养具备工业自动化系统设计、编程、调试和维护能力的专业技术人才课程概述工业自动化核心技术理论与实践并重PLC作为现代工业自动化的课程采用理论教学与实践操作核心设备，在制造业、能源、相结合的方式，通过大量实际交通等领域发挥着关键作用案例和动手实验，确保学员能掌握PLC技术是成为工业自够真正掌握PLC技术的精动化工程师的必备技能髓配合电工考证1+X课程内容与国家1+X职业技能等级证书要求相匹配，帮助学员在学习专业技能的同时，获得权威认证什么是？PLC定义与特点与传统控制系统对比PLC可编程逻辑控制器（PLC）是一种专门为在工业环境下应用而设相比传统的继电器控制系统，PLC具有显著优势体积小、功耗计的数字运算操作电子装置它采用可编程的存储器，用来在其低、可靠性高、编程灵活、扩展性强传统继电器系统接线复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杂、故障率高、维护困难，而PLC系统通过软件编程实现控制逻作的指令辑，大大提高了系统的灵活性和可维护性PLC具有可靠性高、编程简单、维护方便、抗干扰能力强等特点，广泛应用于各种工业控制场合的发展历史PLC1第一代年代PLC1970美国通用汽车公司为了适应汽车型号的不断更新而提出PLC概念早期PLC主要用于替代继电器控制系统，功能相对简单2第二代年代PLC1980增加了数据处理、PID控制、通信功能等，硬件和软件都有了很大改进，开始在各个工业领域广泛应用3第三代年代PLC1990发展成为真正的工业控制计算机，具有更强的数据处理能力、网络通信能力和人机交互功能4现代年至今PLC2000集成了先进的网络技术、信息技术，支持工业以太网、无线通信，向智能化、网络化方向发展的分类方式PLC按规模分类按结构分类按功能分类•小型PLC I/O点数少于256点•整体式CPU、I/O、电源集成在一•基本型具备基本逻辑控制功能个机箱内•中型PLC I/O点数256-2048点•高性能型支持复杂运算、通信、•模块式各功能单元独立，可灵活运动控制•大型PLC I/O点数大于2048点组合根据应用需求选择合适的功能级别，平规模大小主要根据控制点数、内存容整体式结构紧凑，成本低；模块式扩展衡性能与成本量、处理速度来划分性强，维护方便的基本结构PLC单元输入输出模块电源模块CPU中央处理器是PLC的核I/O模块是PLC与外部设备为整个系统提供稳定的直心，负责执行用户程序、的接口，包括数字量输入/流电源，具有过载保护、协调各部分工作、处理通输出、模拟量输入/输出等短路保护等功能部分信等现代PLC的CPU处类型提供信号调理、光PLC还配有后备电池，确理速度不断提升，支持更电隔离、驱动等功能保断电时数据不丢失复杂的控制算法通信模块支持多种通信协议和接口，实现PLC与上位机、HMI、其他PLC之间的数据交换和远程监控功能的工作原理PLC输入采样程序执行PLC首先读取所有输入端子的状态，将CPU按照用户程序的逻辑顺序，逐条执外部信号转换为内部数字信号，存储在行梯形图或其他编程语言编写的指令，输入映像寄存器中，为程序执行提供数进行逻辑运算、数据处理等操作据基础循环扫描输出刷新PLC不断重复执行上述三个步骤，形成程序执行完毕后，将输出映像寄存器中循环扫描工作方式扫描周期的长短直的数据传送到输出端子，驱动外部负载接影响系统的实时性和响应速度工作，完成一个完整的扫描周期工作方式PLC输入信号采集传感器、开关等外部设备的信号经过输入模块的信号调理和光电隔离后，转换为PLC内部可识别的数字信号•信号类型转换与电平匹配•噪声滤波与信号稳定•光电隔离与安全保护程序逻辑处理CPU根据用户编写的控制程序，对输入信号进行逻辑运算、数学运算、定时计数等处理，生成相应的控制指令•逻辑运算与条件判断•数据处理与计算分析•状态管理与流程控制输出控制执行处理结果通过输出模块驱动执行机构，如电机、阀门、指示灯等，实现对被控对象的精确控制•功率放大与驱动能力•保护功能与故障检测•实时响应与精确控制三菱介绍PLC系列特点系列优势FX Q三菱FX系列PLC是小型PLC的经典产品，具有体积小、功能Q系列是三菱的中大型PLC产品，采用模块化设计，扩展性极强、性价比高的特点FX3U系列支持最多384个I/O点，内置强支持冗余配置、网络通信、运动控制等高级功能，广泛应用高速计数器、脉冲输出等功能，适合中小型自动化系统于大型工厂自动化系统FX5U是最新一代产品，采用32位高性能处理器，执行速度更Q系列具有优秀的实时性能和高可靠性，在汽车制造、钢铁冶快，通信功能更强，支持SD卡存储和以太网通信金、石化等行业有着广泛应用西门子介绍PLC系列特点应用场合I/O规模S7-200紧凑型，成本简单自动化任最多60个I/OSMART低务S7-1200集成度高，功中小型应用最多1231个I/O能丰富S7-1500高性能，模块高端应用最多65536个化I/OS7-400大型系统，冗关键工业过程最多65536个余配置I/O西门子S7系列PLC以其优秀的性能、完善的软件支持和广泛的行业应用而闻名TIA Portal软件平台实现了PLC、HMI、驱动的一体化编程，大大提高了工程效率系统配置方法PLC需求分析与规划首先进行详细的需求分析，确定控制功能、I/O点数、通信需求、环境条件等制定系统架构方案，选择合适的PLC型号和配置方式考虑系统的可扩展性和未来升级需求硬件选型与计算根据I/O点数需求选择CPU型号，计算电源容量，选择合适的I/O模块考虑信号类型、电压等级、响应时间等技术参数，确保硬件配置满足控制要求系统集成与测试完成硬件安装和接线后，进行系统联调和功能测试验证各模块工作正常，通信链路稳定，控制逻辑正确制定详细的测试计划和验收标准编程语言概述PLC梯形图指令表LD IL25%使用率15%使用率•最常用的PLC编程语言•类似汇编语言的文本编程•类似电气原理图，易于理解•执行效率高，占用内存少•适合逻辑控制编程•适合复杂算法编程顺序功能图功能块图SFC FBD40%使用率20%使用率•适合顺序控制编程•图形化编程方式•状态转换清晰•适合连续控制和数据流处理•大型系统结构化编程•便于模块化设计常用编程软件PLC三菱系列西门子GX WorksTIA PortalGX Works2和GXWorks3是三菱PLC的主流编程软件GX TIAPortal是西门子的集成工程软件平台，实现了PLC、Works3采用全新的界面设计，支持多种编程语言，集成了仿真HMI、驱动器的统一编程环境软件功能全面，支持多种硬件平功能和项目管理工具软件界面友好，功能强大，支持在线调试台，具有优秀的诊断和调试功能和远程监控•一体化工程平台，提高开发效率•支持梯形图、ST、FBD等编程语言•强大的诊断和故障分析功能•内置仿真器，无需硬件即可测试•支持云端协作和远程维护•强大的项目管理和版本控制功能三菱系列硬件FX PLC128最大点数I/OFX3U基本单元可扩展至128点I/O8K程序容量FX3U内置8K步程序存储容量6高速计数器内置6路高速计数器，最高100KHz3脉冲输出支持3路脉冲输出，用于步进电机控制FX系列PLC硬件设计紧凑，接线方便CPU模块集成了丰富的功能，包括高速计数、脉冲输出、模拟量处理等扩展模块种类齐全，可满足各种应用需求安装简单，维护方便，在工业自动化领域应用广泛硬件S7-1200PLCCPU1214C集成14个数字量I/O，2个模拟量输入存储与通信100KB工作内存，集成以太网接口扩展能力支持信号板和通信模块扩展模块化设计标准化接口，安装维护简便S7-1200采用模块化设计理念，CPU集成度高，功能丰富支持多种扩展模块，包括数字量I/O、模拟量I/O、通信模块等硬件安装采用DIN导轨方式，接线简单可靠，适合工业环境应用的接线技术PLC I/O数字量输入接线数字量输出接线数字量输入通常采用24V直流供电，支输出类型包括继电器输出、晶体管输出持NPN和PNP两种接线方式输入端和晶闸管输出继电器输出可驱动交直具有光电隔离和滤波功能，提高系统的流负载，晶体管输出响应速度快，适合抗干扰能力高频操作•共阳极和共阴极接线方式•负载类型与驱动能力匹配•输入滤波时间设置•保护电路设计•干扰防护措施•输出指示与状态监控模拟量信号处理模拟量输入支持4-20mA、0-10V等标准信号信号传输采用屏蔽电缆，注意接地和电磁兼容设计，确保信号质量•信号类型选择与配置•屏蔽与接地技术•精度校准与补偿基本指令集位逻辑指令输出指令功能指令包括LD（取）、OUT（输出）、SET包括定时器、计数AND（与）、OR（置位）、RST（复器、数据处理等功能（或）、NOT（非）位）指令用于控制输指令这些指令扩展等基本逻辑运算指出线圈的状态SET了PLC的功能，使其令这些指令是梯形和RST指令具有保持能够处理更复杂的控图编程的基础，用于功能，断电后状态不制任务实现各种逻辑控制功变能使用注意事项编程时要注意指令的使用条件、参数设置和执行顺序合理使用基本指令可以提高程序的可读性和执行效率定时器指令通电延时TON输入条件满足后开始计时，到达设定时间后输出导通广泛用于延时启动控制断电延时TOF输入条件断开后开始计时，到达设定时间后输出断开常用于延时停止控制脉冲定时TP输入条件满足时立即输出，持续设定时间后自动断开用于产生固定宽度的脉冲信号定时器是PLC控制系统中最常用的功能指令之一正确理解各种定时器的工作原理和应用场合，对于编写可靠的控制程序至关重要在使用定时器时，要注意时间单位的设置、精度要求和断电保持功能的配置计数器指令上升沿计数每当计数输入从0变为1时计数值加1，适用于产品计数、次数统计等应用场合下降沿计数每当计数输入从1变为0时计数值减1，常与上升沿计数配合使用，实现双向计数功能计数器复位复位信号有效时，计数器当前值清零，输出断开复位功能确保计数器能够重新开始计数计数器广泛应用于生产过程中的数量统计、批次控制、频率测量等场合编程时需要合理设置计数器的设定值、复位条件和输出逻辑，确保计数功能的准确性和可靠性步进顺控指令步进顺序控制是PLC编程中处理复杂顺序逻辑的重要方法通过将控制过程分解为若干个步骤，每个步骤对应特定的控制动作和转换条件STL指令集提供了编程步进控制的专用指令，使程序结构清晰，易于理解和维护在实际应用中，步进控制广泛用于机械手控制、生产线自动化、批处理过程等场合数据处理指令数据传送指令数学运算指令比较判断指令MOV指令用于在不同存储区域之间传送包括加法ADD、减法SUB、乘法CMP指令用于比较两个数据的大小关数据，支持单字、双字等多种数据类MUL、除法DIV等基本运算指令支持系，根据比较结果设置相应的标志位型BMOV指令可以批量传送数据块，整数运算和浮点运算，满足各种工程计支持等于、大于、小于等多种比较方提高数据处理效率数据传送是PLC数算需求运算结果可以触发进位、借式，是条件控制的重要工具据处理的基础操作位、零标志等状态位•数值大小比较•单个数据传送MOV指令•四则运算基本指令•区间范围判断•批量数据传送BMOV指令•三角函数和对数运算•字符串比较功能•数据类型转换功能•数据格式转换程序控制指令跳转指令JMP指令用于程序的条件跳转，当跳转条件满足时，程序跳转到指定标号处继续执行合理使用跳转指令可以优化程序结构，提高执行效率调用指令CALL指令用于调用子程序，实现程序的模块化设计子程序可以重复调用，减少代码重复，提高程序的可维护性和重用性循环指令FOR/NEXT指令用于创建循环结构，可以重复执行一段程序代码指定的次数循环控制在数据处理和批量操作中非常有用中断处理中断程序用于处理紧急事件或高优先级任务PLC支持外部中断、定时中断等多种中断类型，确保系统的实时响应能力特殊功能模块高速计数器脉冲输出30%应用比例25%应用比例•最高频率可达100KHz•步进电机控制•支持增量式编码器•伺服电机定位•位置检测与速度测量•PWM调速功能通信模块模拟量处理10%应用比例35%应用比例•以太网通信功能•温度压力信号采集•串口通信协议•4-20mA标准信号•无线通信支持•PID控制算法支持与通信PLC HMI通信协议配置建立PLC与HMI之间的通信连接，配置正确的通信协议参数，包括波特率、数据位、停止位等设置•Modbus RTU/TCP协议•Ethernet/IP工业以太网•PROFINET实时通信数据变量映射在HMI软件中创建与PLC对应的数据变量，建立数据地址映射关系，确保数据能够正确读写•地址映射表配置•数据类型匹配检查•读写权限设置界面设计调试设计人机交互界面，实现数据显示、参数设置、操作控制等功能进行通信测试，验证数据传输的准确性和实时性•实时数据显示•参数设置界面•报警信息处理控制应用PID设定值管理确定控制目标和期望值过程值采集实时采集被控对象的当前状态算法计算PID根据偏差计算控制输出量执行器控制驱动执行机构实现闭环控制PID控制是工业自动化中最重要的控制算法之一PLC内置的PID功能块简化了控制系统的设计和实现通过合理设置比例、积分、微分三个参数，可以实现对温度、压力、流量、液位等过程变量的精确控制参数整定是PID控制成功应用的关键环节人机界面设计界面布局设计数据显示组态遵循人机工程学原理，合理安排界面元选择合适的显示控件，如数值显示、仪素的位置和大小主要信息放在显著位表盘、趋势图等设置数据格式、单置，操作按钮设计要符合操作习惯色位、量程等属性建立数据与PLC变量彩搭配要协调，避免视觉疲劳的绑定关系•信息层次结构清晰•实时数据监控•操作流程符合逻辑•历史数据查询•视觉效果美观实用•数据统计分析报警系统配置设计完善的报警处理机制，包括报警条件设置、报警等级分类、报警信息显示等确保操作人员能够及时发现和处理异常情况•多级报警管理•声光报警提示•报警记录查询实例交通灯控制系统1红灯阶段东西方向红灯亮30秒，南北方向绿灯亮25秒后转为黄灯5秒通过定时器控制各个方向信号灯的时序绿灯阶段东西方向绿灯亮25秒，同时南北方向红灯亮30秒绿灯时间可根据交通流量进行调整黄灯阶段东西方向黄灯亮5秒，提醒车辆准备停车黄灯阶段是绿灯和红灯之间的过渡循环控制完成一个周期后自动开始下一个周期，实现交通灯的连续自动控制支持手动模式和紧急模式切换实例小车往复控制2启动准备检查小车初始位置，确认安全条件满足后启动系统通过位置传感器检测小车当前位置，确保系统处于安全状态电机和驱动器进行初始化设置前进运动小车从起始位置向前运动，通过速度控制实现平稳加速位置传感器实时监测运动状态，当到达前端限位时自动停止并准备返回返回运动小车从前端位置返回起始位置，保持恒定速度运行到达后端限位后完成一个完整的往复周期，系统可以连续运行或停止等待下次启动命令实例水位控制系统3水位检测水泵控制通过液位传感器实时监测水箱中的水位根据水位检测结果自动控制水泵的启高度，将模拟信号转换为数字量供PLC停当水位低于设定值时启动水泵，高处理设置高液位、低液位等多个检测于设定值时停止水泵，实现自动补水功点能人机交互报警处理操作人员可通过触摸屏设置水位参数、当水位异常时触发报警信号，包括水位查看运行状态、手动控制水泵等提供过高、过低、传感器故障等情况通过直观的图形界面和操作按钮HMI显示报警信息并记录报警历史实例电机顺序控制4电机启动电机启动电机启动安全停机123主电机首先启动，运行稳定后延时5秒后启动辅助电机，确再延时3秒启动第三台电机，停机时按相反顺序停止电机，发出启动确认信号检查电机保启动电流不会对电网造成冲完成整个启动序列系统进入先停电机3，再停电机2，最运行电流和转速是否正常击监控两台电机的协调运正常运行状态，所有电机协调后停主电机，确保设备安全行工作实例产品分拣系统5物料检测与识别分拣执行与控制利用光电传感器、颜色传感器等检测装置识别产品的类型、尺根据检测结果控制气动推杆或机械手进行分拣动作计算产品运寸、颜色等特征将检测信号送入PLC进行处理和判断，确定分行到分拣位置的时间，精确控制分拣时机统计各类产品的数拣路径量•光电传感器检测产品到位•气动推杆精确动作•颜色传感器识别产品类型•分拣时机准确控制•编码器检测传送带位置•产品计数统计功能实例温度控制系统6±°

0.1C控制精度采用PID控制算法实现高精度温度控制

0.1响应时间系统响应时间小于

0.1秒，快速调节温度24连续运行支持24小时连续稳定运行50历史记录保存50天的温度变化历史数据温度控制系统采用热电偶或热电阻采集温度信号，通过模拟量输入模块送入PLCPLC内置的PID控制器根据设定值和反馈值计算控制输出，驱动加热器或制冷设备工作系统具有完善的报警功能和数据记录功能，确保温度控制的精确性和可靠性实例批量控制系统7配方管理系统支持多种产品配方的存储和管理，每个配方包含原料配比、工艺参数、操作步骤等信息操作人员可以选择不同配方进行生产工序控制按照配方要求自动执行各个工序，包括原料投入、搅拌、加热、冷却等步骤每个工序都有明确的时间控制和条件判断数据记录记录生产过程中的关键参数，如温度、压力、流量、时间等生成批次报告，为质量追溯和工艺优化提供数据支持报表生成自动生成生产报表，包括产量统计、质量数据、设备运行状态等信息支持日报、周报、月报等多种报表格式程序开发方法PLC需求分析深入了解控制要求，明确系统功能和性能指标系统设计设计系统架构，选择硬件配置，规划软件结构编程实现编写PLC程序，实现控制逻辑和功能模块测试验证进行程序调试和系统测试，验证功能正确性PLC程序开发是一个系统性的工程过程，需要遵循规范的开发流程从需求分析开始，通过系统设计确定技术方案，然后进行详细的编程实现，最后通过全面的测试验证确保系统质量每个阶段都要有明确的输入输出和质量标准程序结构优化PLC模块化设计状态机编程中断服务设计将复杂的控制功能分解采用状态机方法设计复合理设计中断服务程为独立的功能模块，每杂的顺序控制逻辑，将序，处理紧急事件和高个模块实现特定的功系统运行过程划分为不优先级任务中断程序能模块之间通过标准同的状态，明确状态转应保持简洁高效，避免接口进行数据交换，提换条件状态机编程使影响主程序的正常执高程序的可维护性和重程序逻辑清晰，易于调行用性试数据组织管理建立规范的数据结构和变量命名规则，合理分配存储区域使用数据块组织相关数据，提高数据访问效率和程序可读性程序调试技术PLC在线监视功能强制与断点调试故障诊断方法利用编程软件的在线监视功能，实时观察通过强制功能可以人工设置输入输出的状掌握常见故障的诊断方法，包括硬件故程序执行状态和变量数值变化可以监视态，模拟各种工况进行测试设置断点可障、通信故障、程序逻辑错误等建立故梯形图中各个触点和线圈的状态，直观显以暂停程序执行，便于分析程序逻辑和查障诊断流程，快速定位和解决问题示程序运行过程找问题•硬件故障检查•实时状态监视•输入输出强制设置•通信故障分析•变量数值跟踪•程序断点调试•逻辑错误排查•程序执行流程观察•单步执行分析工程调试方法调试计划制定制定详细的系统调试计划，包括调试步骤、时间安排、人员分工、安全措施等明确各个调试阶段的目标和验收标准•调试步骤规划•时间进度安排•安全措施制定点检查测试I/O逐一检查所有输入输出点的接线和功能，确保硬件连接正确测试传感器、执行器等外围设备的工作状态•接线正确性检查•信号质量测试•设备功能验证分段调试验证按照功能模块进行分段调试，先调试单个功能，再进行系统集成测试从简单到复杂，逐步验证系统功能•单元功能测试•模块集成测试•系统整体验证。