PLC基础知识与常规维护及故障排除方法

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1、PLC基础知识,一、 PLC的产生与历史 二、 PLC的现状及发展趋势 三、PLC的特点 四 、PLC的基本功能 五、 PLC与其他工业控制系统的比较,PLC基础知识与常规维护及故障排除方法,PLC的产生与历史,世界上第一台PLC 1969年由美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GE）的要求研制成功。 背景： 1968年美国通用汽车公司（GE），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。,PLC基础知识与常规维护及故障排除方法,70年代初期： PL

2、C只有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller） 70年代中期： 微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能 80年代以后： 随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。,PLC基础知识与常规维护及故障排除方法,近年来PLC

3、发展迅速 PLC集电器控制、仪表、传动为一体、性价比高、可靠性高的特点，已成为自动化工程的核心设备。 PLC成为具备有计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。 PLC现已成为现代工业自动化的三大技术支柱之一。 现代自动化三大技术包含PLC、机器人、工控机 。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,三、 PLC的现状及发展趋势 1969年美国数据设备公司（DEC）研制了第一台PLC，从此PLC发展迅猛。 我国改革开放后，美国AB、GE、MODICON、TI，日本OMRON、三菱、富士，德国西门子等厂家的产品不断进入我国，并在各行各业的工控系统中占据重要地位。,PLC基础知识与常规

4、维护及故障排除的方法,PLC三大流派 欧洲：德国的西门子(SIEMENS)、AEG及法国的TI公司 美国：A-B（Allen-Bradly）(其产品约占美国PLC市场50的份额。 )、GE（General Electric）、莫迪康(MODICON)公司、德州仪器(T1)公司、 歌德(Gould)公司、西屋公司 日本：三菱Mitsubishi 、 欧姆龙（OMRON）、 FUJI （日本主要发展中小型PLC，在世界小型PLC市场上， 日本产品约占有70的份额。在中国，OMRON产品的销量居首位。） 目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品；现在市场上出现了系列化的国产PLC，其价格相对低廉，性价

5、比高。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,西门子PLC外形图,2006-3-3,7,S7-200系列PLC,S7-300系列PLC,S7-400系列PLC,SIMART200系列PLC,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,三菱PLC外形图,2006-3-3,8,Q系列PLC,FX2N系列PLC,FX1N系列PLC,FX1S系列PLC,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,欧姆龙PLC外形图,C200H系列PLC,CPM1A、CPM2A系列PLC,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,美国AB-PLC外形图,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,信捷PLC,PLC基础知

6、识与常规维护及故障排除的方法,台达PLC,PLC的国内外状况,1974年我国开始仿制美国的第二代PLC产品，但因元器件质量和技术问题等原因未能推广。直到1977年，我国才研制出第一台具有实用价值的PLC，并开始批量生产和应用于工业过程的控制。 主要厂家有：台湾的台达、永宏、丰炜。大陆的和利时，科迪纳，易达，信捷，嘉华，全志，科赛恩，智达，恒日，禾川，汇川等。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,通用性强，使用方便 功能强，适应面广 可靠性高，抗干扰能力强 编程方法简单，容易掌握 PLC控制系统的设计、安装、调试和维修工作少.极为方便。控制程序变化方便.具有很好的柔性。 体积小、重量轻、功

7、耗低,PLC的特点,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,PLC的基本功能,逻辑控制功能 回路控制功能 定时控制功能 通讯联网功能 计数控制功能 监视控制功能 步进控制功能 停电记忆功能 数据处理功能 故障诊断功能,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,PLC与其他工业控制系统的比较,PLC与继电器控制系统比较 继电器控制采用硬接线方式装配而成，只能完成既定的功能。 PLC控制只要改变程序并改动少量的接线端子，就可适应生产工艺的改变。 从适应性、可靠性及设计、安装、维护等各方面进行比较。传统的继电器控制大多数将被PLC所取代。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,与工业计算机比较

8、 工控机控制要求开发人员具有较高的计算机专业知识和微机软件编程的能力。 PLC采用“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用 ，便于推广应用。 PLC是专为工业现场应用而设计的，具有更高的可靠性。 在模型复杂、计算量大且较难、实时性要求较高的环境中，工控机则更能发挥其专长。,PLC基本原理,2.1 PLC内部硬件框图及各部分作用 2.2 PLC工作过程特点及主要性能指标 2.4 PLC分类,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,PLC内部硬件框图及各部分作用,PLC的组成 PLC由四部分组成 ：中央处理单元（CPU板）、输入输出（I/O）部件和电源部件。,PLC基础知识与常规

9、维护及故障排除的方法,PLC的基本组成包括硬件与软件两部分 PLC的硬件：中央处理器（CPU）、存储器、输入接口、输出接口、通信接口、电源等 PLC的软件：系统程序和用户程序,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,PLC中常采用的CPU有三类： 1) 通用微处理器（如Z80、8086、80286等） 2) 单片微处理器（如8031、8096等） 3) 位片式微处理器(如AMD29W等) 小型PLC：大多采用8位通用微处理器和单片微处理器； 中型PLC：大多采用16位通用微处理器或单片微处理器； 大型PLC：大多采用高速位片式微处理器（32位）； 小型PLC为单CPU系统； 中、大型PLC则

10、大多为双CPU或多CPU系统； 对于双CPU系统，通常处理器为16位或32位处理器,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,输入/输出接口（I/O模块）,输入/输出接口：通常也称I / O 接口或I / O单元，是PLC与工业生产现场之间的连接通道。 PLC输入接口-接收用户设备的各种控制信号，如限位开关、按钮、选择开关、行程开关以及其它一些传感器输出的开关量或模拟量(要通过模数变换进入机内)等，通过输入接口电路将这些信号转换成CPU能够接收和处理的信号，用这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据。 PLC输出接口-将PLC的中央处理单元送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号的输出，

11、以驱动电磁阀、接触器、电机等被控设备的执行元件。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法, I / O 接口的作用： 电平转换功能：由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU的处理的信号是标准电平信号。 光电隔离和滤波功能，以提高PLC的抗干扰能力，通常还有状态指示，工作状况直观，便于维护。 I / O 接口的类型： 开关量输入/输出接口 模拟量输入/输出接口,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法, 输入/输出（I/O）点数： PLC的I/O点数是指PLC所能接受的输入信号和输出信号的总和。 I/O点数是选择PLC的重要依据之一。 当I/O点数不够时，可通过

12、PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展。,PLC的输入、输出点比3:2,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,PLC编程器及作用,编程器的作用：是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。 它是开发、应用、维护PLC不可缺少的设备。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,PLC中的电源及作用：,PLC配有开关式稳压电源，以提供内部电路使用。 与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。因此，对于电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值15%的范围内波动。 许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感 器供电。 电源

13、的容量有限，不能过多的负载外部电子原件。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,PLC配有各种通信接口与外部设备连接 : 与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印 与监视器连接，可将控制过程图像显示出来 与PLC连接，组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制 与计算机连接，组成多级分布式控制系统，控制与管理相结合 与人机界面（触摸屏）连接可以操作监控设备 与智能接口模块连接。智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口。PLC的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。 与编程器连接进行p

14、lc编程,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,PLC与电脑通讯方式,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,编 程 器,编程器是PLC最常用的工具，它是PLC中唯一不需要通过功能模块或软件对PLC进行程序编写的工具。 它通过主机上的编程器接口直接与主机相连。 编程器上有一个方式选择开关，用于控制PLC主机的工作方式。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,其它功能模块：,模拟量输入模块（即A/D模块）模拟量数字量 模拟量输出模块（即D/A模块）数字量模拟量 动态输入/输出模块 自带动态扫描功能 温度传感器模块 温度模拟量数字量 高速计数模块 高频脉冲信号 PID模块 远程I/O模块

15、 扩展距离几千千米 通讯模块 与其它PLC、微机、互连网通讯,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,系统程序: 系统程序，完成系统诊断、功能子程序调用、管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能。 系统程序，由PLC的制造厂家编写的，在PLC使用过程中不会变动，它和PLC的硬件组成有关，它关系到PLC的性能。 系统程序，由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改。,PLC的软件系统,1 系统程序；2 用户程序；3 编程语言,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法, 用户程序: 用户程序是用户根据控制对象生产工艺及控制的要求而编制的应用程序。它是由PLC

16、控制对象的要求而定的。 为便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。 为防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在EPROM中。 现在有许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,PLC的编程语言,在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。 程序的表达方式基本有四种：梯形图、指令表、逻辑功能图和高级语言。梯形图是当前使用最广泛的一种编程方法。 除了的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程

17、语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C、C+、AB语言等）等。 多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。 c,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,PLC采用“顺序、循环扫描”工作方式，这个过程可分输入采样，程序执行、输出刷新三个阶段，整个过程扫描并执行一次所需的时间称为扫描周期。,输入采样,程序执行,输出刷新,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,PLC执行用户程序的特点：, 按梯形图自左向右、自上而下逐次执行程序, 执行程序时所需数据取自于：,输入映像寄存器,元件映像寄存器, 输入映像寄存器和元

18、件映像寄存器中的数据,元件映像寄存器：在一个扫描周期中可读可写,输入映像寄存器：在一个扫描周期中保持不变, 每个扫描周期I/O刷新阶段集中读入/读出数据,扫描周期和I/O滞后时间,I/O滞后时间又称为系统响应时间，是指PLC外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的间隔。,PLC在运行工作状态时，执行一次扫描操作所需要的时间称为扫描周期。其典型值为1-100ms。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,（3） 输出继电器的动作延迟（继电器输出型PLC）。,从输出锁存器ON、到输出触点ON经历一定时间,（4）用户程序的长短及语句编排。,要求有较快响应的场合,最

19、好不要使用继电器输出型PLC而是晶体管型PLC。,I/O滞后现象，对慢速控制系统影响不大。,要求快速响应的场合，需要解决I/O速度问题。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,1、PLC的扫描周期和用户程序的长短与系统构成有关，用户程序越短、系统构成越简单，扫描周期越短。 2、PLC的扫描周期一般在10ms级，这样普通输入点的信号频率应不大于50HZ（在使用时一般在10HZ以下）。 3、如程序太庞大，超过PLC看门狗时间PLC系统会停止运行报错。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,1.I/O点数,指PLC外部输入和输出端子数总合。,2.用户程序存储容量,用来衡量PLC所能存储用户程

20、序的多少。,3.扫描速度,指扫描1000步用户程序所需的时间，以ms/千步为单位。,4.指令系统条数,指PLC具有的基本指令和高级指令的种类和数量。种类数量越多，软件功能越强。,PLC主要技术性能指标,5. 内部寄存器 6. 高功能模块,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,可编程序控制器分类,按结构形式分类 整体式PLC：整体式是将PLC的CPU、存储器、I/O单元、电源等安装在同一机体内，构成主机，另外还有I/O扩展单元配合主机使用，用以扩展I/O点数。整体式PLC的特点是结构紧凑、体积小、成本低、安装方便，但输入输出点数固定，灵活性较低，小型PLC多采用这种结构。,PLC基础知识与常

21、规维护及故障排除的方法,组合式PLC：组合式PLC是由一些标准模块单元组成，采用总线结构，不同功能的模块（如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等）通过总线连接起来。 组合式PLC的特点是可以根据功能需要灵活配置，构成具有不同功能和不同控制规模的PLC，多用于大型和中型PLC。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,组合式PLC,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,模块式结构PLC的结构,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,大型PLC结构,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,3）叠装式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。 叠装式PLC其CPU、电源、

22、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,按控制规模分类 输入输出的总路数，又称为I/O点数，是表征PLC控制规模的重要参数。因此，按控制规模对PLC分类时，可分为： 1.小型PLC：I/O点数较少，在256点以下的PLC。 2.中型PLC：I/O点数较多，在256点以上、2048点以下的PLC。 3.大型PLC：I/O点数较多，在2048点以上的PLC。 但大中小型PLC的划分并无严格的界限，PLC的I/O点数可以依据需要灵活配置。,PLC基础知识与常规维护

23、及故障排除的方法,1）微型机,OMRON公司的SP系列,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,香飘飘食品股份有限公司,2）小型机,OMRON公司的 CPM1A、CQM系列,松下公司的FP1系列,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,3）中型机,OMRON公司的C200H,西门子公司的S7-300,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,4）大型机,OMRON公司的C1000H,松下公司的FP3,COMRON公司的2000H,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,COMRON公司的2000H,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,5）超大型机,美国GE公司的9070机，其点数可

24、达24000点，另外还有8000路的模拟量。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,香飘飘食品股份有限公司,1）低档PLC： 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机系统,2）中档PLC ： 具有低档PLC功能外，具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能,3）高档PLC ： 具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表

25、及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。,3、PLC的分类（按功能分类）,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,故障诊断,PLC是运行在工业环境中的控制器，一般而言可靠性比较高，出现故障的概率较低，但是，出现故障也是难以避免的。一般引发故障的原因有很多，故障的后果也有很多种。 引发故障的原因虽然我们不能完全控制，但是我们可以通过日常的检查和定期的维护来消除多种隐患，把故障率降到最低。故障的后果轻的可能造成设备的停机，影响生产的数量；重的可能造成财产损失和人员伤亡，如果是一些特殊的控制对象，一旦出现故障可能会引发更严重的

26、后果。 故障发生后，对于维护人员来说最重要的是找到故障的原因，迅速排除故障，尽快恢复系统的运行。对于系统设计人员在设计时要考虑到系统出现故障后的系统的自我保护措施力争使故障的停机时间最短，故障的产生的损失最小。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,了解PLC的基本故障种类,一般PLC的故障主要有外部故障或是内部错误造成。外部故障时由外部传感器或执行机构的故障等引发PLC产生故障，可能会使整个系统停机，甚至烧坏PLC。 而内部错误是PLC内部的功能性错误或编成错误造成的，可以使系统停机。出现错误时CPU将进入STOP模式。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,掌握PLC的常规维护及故

27、障排除的方法,为了保障系统的正常运行，定期对PLC系统进行维护和检查是必不可少的，而且还必须熟悉一些故障诊断和排除方法。 检查与维护 外部故障的排除方法 内部错误的故障诊断,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,检查与维护,一、定期检查 PLC是一种工业控制设备，尽管在可靠性方面采取了许多措施，但工作环境对PLC影响还是很大的。所以，通常每隔半年时间应对PLC作定期检查。如果PLC的工作条件不符合规定的标准，就要做一些应急处理，以便使PLC工作在规定的标准环境。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,周期性检查一览表,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,日常维护,PLC除了锂电池

28、和继电器输出触点外，基本上没有其它易损元器件。由于存放用户程序的随机内存（RAM），计数器和具有保持功能的辅助继电器等均用锂电池保护，锂电池的寿命大约5年，当锂电池的电压逐渐降低达一定程度时，PLC基本单元上的电池电压跌落指示灯会亮。提示用户注意，有锂电池所支持的程序还可以保持一周左右，必须更换电池，这是日常维护的主要内容。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,调换锂电池的步骤：,1、在拆装之前，应先让PLC通电15S以上，这样可使作为内存备用电源的电容器充电，在锂电池断开后，该电容可对PLC作短暂供电，以保护RAM中的信息不丢失。 2、断开PLC的交流电源。 3、打开基本单元的电池盖板

29、。 4、取下旧电池，装上新电池。 5、盖上电池盖板。 更换电池的时间要尽量短，一般不允许超过3min。如果时间过长，RAM中的程序将丢失。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,外部故障的排除方法,PLC有很强的自诊断能力，当PLC自身故障或外围设备发生故障，都可用PLC上具有诊断指示功能的发光二极管的亮灭来诊断。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,故障查找,1、总体检查 根据总体检查流程图找出故障点的大方向，逐渐细化，以找出具体故障，如下图,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,电源故障检查,电源等不亮部需要对供电系统进行检查，检查流程图如图所示。,PLC基础知识与常规维护及

30、故障排除的方法,运行故障检查,电源正常，运行指示灯不亮，说明系统已因某种异常而终止了正常运行，检查流程图如图所示。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,输入输出故障检查,输入输出是PLC与外部设备进行信息交流的信道，其是否正常工作，除了和输入输出单元有关外，还与联接配线、接线端子、保险管等组件状态有关。 输入检查流程图,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,输出检查流程图,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,外围环境的检查,.影响PLC工作的环境因素主要有温度、湿度、噪音与粉尘，以及腐蚀性酸碱等。,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,故障的处理,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,输入单元故障处理,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,输出单元故障处理,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,谢谢！,PLC基础知识与常规维护及故障排除的方法,通过对本次的相互学习，希望大家对PLC有一个较深入的了解和更多的认识,