第04章PLC概論

1、第一節(jié) 可編程序控制器的產(chǎn)生(chnshng)及發(fā)展 1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界上第一臺(tái)可編程序控制器。 在20世紀(jì)70年代初期、中期，可編程序控制器可以完成順序控制，有邏 輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等控制功能。并且將可編程序控制器稱為PLC （Programmable Logical Controller）。 20世紀(jì)70年代未至80年代初，可編程序控制器的處理速度大大提高，不 僅可以進(jìn)行邏輯控制，而且可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制。美國電器制造協(xié)會(huì) （NEMA）將可編程序控制器命名為PC（Programmable Controller）。 20世紀(jì)80年代以來(yli)，以16位和32位

2、微處理器為核心的可編程序控制器得 到 迅速發(fā)展。這時(shí)的PLC具有了高速計(jì)數(shù)、中斷技術(shù)、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù) 通信等功能。 PLC的應(yīng)用形式為以下幾種類型： 開關(guān)量邏輯控制 模擬量控制 過程控制 定時(shí)和計(jì)數(shù)控制 順序控制 數(shù)據(jù)處理通信和聯(lián)網(wǎng) 可編程序控制器的發(fā)展過程： 為了便于與個(gè)人計(jì)算機(jī)PC（Personal Computer）相區(qū)別，人們習(xí)慣上仍將可編程序控制器稱為PLC。以后章節(jié)中都用PLC。共二十頁第二節(jié) 可編程序控制器的定義(dngy)及特點(diǎn) 是一種(y zhn)數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控 制、定時(shí)，計(jì)

3、數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的 輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程。 可編程序控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整 體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 可編程序控制器的定義： 可編程序控制器的特點(diǎn)： 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 通用性強(qiáng)，使用方便 采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便 編程語言簡(jiǎn)單、易學(xué)，便于掌握 系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短 對(duì)生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng) 安裝簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小 共二十頁第三節(jié) 可編程序控制器工作(gngzu)原理 PLC的基本(jbn)控制原理 PLC控制系統(tǒng)由輸入部分、邏輯部分和輸出部分組成，如圖所示。 各部分的功能為： 輸入部分：收集并

4、保存被控對(duì)象實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)和信息。邏輯部分：處理輸入部分取得的信息，并按照被控對(duì)象實(shí)際的動(dòng)作要求作出反映。輸出部分：提供正在被控制的許多裝置中，哪幾個(gè)設(shè)備需要實(shí)時(shí)操作處理。 輸入部分PLC控制的指示燈控制電路邏輯部分輸出部分共二十頁P(yáng)LC控制(kngzh)原理:PLC將輸入信息(xnx)采入PLC內(nèi)部再執(zhí)行邏輯部件組合后所達(dá)到的邏輯功能最后輸出達(dá)到控制要求 PLC的主要邏輯部件 在PLC中用邏輯與、邏輯或、邏輯非等邏輯運(yùn)算來處理各種繼電器的連接 10ONOFF繼電器邏輯 PLC內(nèi)部存儲(chǔ)單元與繼電器的對(duì)應(yīng)關(guān)系PLC為用戶提供以下幾種繼電器： 輸入繼電器：是輸入到PLC中的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，在使用中不必考

5、慮接點(diǎn)的 容量。 輸出繼電器：具有一對(duì)物理接點(diǎn)，可以串接在負(fù)載回路中。 內(nèi)部繼電器：它與外界沒有聯(lián)系，僅作運(yùn)算的中間結(jié)果使用，有時(shí)也 稱作輔助繼電器或中間繼電器。 共二十頁定時(shí)器邏輯(lu j) PLC采用硬件定時(shí)中斷、軟件(run jin)遞減計(jì)數(shù)的方法來實(shí)現(xiàn)定時(shí)邏輯功能。定時(shí)器邏輯功能定時(shí)條件定時(shí)器定時(shí)繼電器當(dāng)前值操作OFF等于設(shè)定值不操作OFFON0計(jì)時(shí)OFFON0不操作ONPLC中計(jì)數(shù)器的功能是由軟件來實(shí)現(xiàn)的，一般采用遞減計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器邏輯 計(jì)數(shù)器邏輯功能復(fù)位信號(hào)計(jì)數(shù)信號(hào)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)繼電器當(dāng)前值操作ON= 0不計(jì)數(shù)OFFOFF設(shè)定值“+1”O(jiān)FF設(shè)定值不計(jì)數(shù)ON不變不計(jì)數(shù)不變共二十頁觸發(fā)器

6、邏輯(lu j) 觸發(fā)器邏輯(lu j)是用來記憶某些信息，該觸發(fā)器邏輯可以被置位成“1”，也可以被復(fù)位成“0”。 觸發(fā)器有置位輸入（S）和復(fù)位輸入（R）。邏輯功能見表。 觸發(fā)器邏輯功能置位輸入（S）復(fù)位輸入（R）觸發(fā)器OFFOFF不變OFFONOFFONOFFONON（先）ON（后）OFF（復(fù)位優(yōu)先）ON（后）ON（先）ON（置位優(yōu)先）數(shù)據(jù)寄存器 PLC除能進(jìn)行位運(yùn)算以外，還能進(jìn)行字運(yùn)算。PLC為用戶提供了若干個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，以存放數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)算功能。 共二十頁 PLC的編程語言 梯形圖編程（Ladder） 語句表編程（Statement List） 功能圖編程（Function Block）

7、 關(guān)于這三種編程語言在以后的相關(guān)(xinggun)章節(jié)中將詳細(xì)介紹。共二十頁第四節(jié) 可編程序控制器的硬件(yn jin)及其分類 PLC的硬件電路(dinl)框圖 PLC的硬件結(jié)構(gòu)主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、輸入輸出單元（I/O）接口、電源及外圍編程設(shè)備等幾大部分構(gòu)成。 其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。 PLC硬件結(jié)構(gòu)框圖共二十頁中央處理器（CPU） 在系統(tǒng)程序的控制下，診斷電源、PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)；接 收、診斷并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；用掃描方式接收 現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)寄存器。 在PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，

8、按指令(zhlng) 規(guī)定的任務(wù)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去啟閉有關(guān)控制門電路，分時(shí)分 渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、組合、比較和變換等動(dòng)作，完成 用戶程序中規(guī)定的邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。 根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容， 實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表、打印或數(shù)據(jù)通信等等。 PLC采用(ciyng)的CPU一般有三大類： 通用微處理器，如80286、80386等。 單片機(jī)芯片，如8031、8096等。 位處理器，如AMD2900、AMD2903等。中央處理器是可編程序控制器的核心。 共二十頁存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器：用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及運(yùn)算數(shù)據(jù)(shj)的單元。 分類： 只讀存儲(chǔ)器（R

9、OM）：用來存放系統(tǒng)工作程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、 命令解釋、功能子程序的調(diào)用管理程序以及按對(duì)應(yīng)定義存儲(chǔ)各種系統(tǒng)參數(shù) （I/O、內(nèi)部繼電器、計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器等）等功能。 只讀存儲(chǔ)器又分為掩膜只讀存儲(chǔ)器和電可擦除只讀存儲(chǔ)器 隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（RAM）:用來存放用戶程序及系統(tǒng)運(yùn)行(ynxng)中產(chǎn)生的臨時(shí)數(shù) 據(jù)。特點(diǎn)是寫入與擦除都很容易，但在掉電情況下存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失 。 PLC的存儲(chǔ)器區(qū)域按用途不同，又可分為程序區(qū)及數(shù)據(jù)區(qū)。 存放程序存放數(shù)據(jù)輸入輸出接口 輸入輸出接口：是PLC和工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)各類信號(hào)連接的部分。 兩個(gè)主要的要求：一是接口有良好的抗干擾能力。二是接口能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各類信號(hào)

10、的匹配要求。 共二十頁不同的接口需求設(shè)計(jì)了不同的接口單元。主要有以下(yxi)幾種： 開關(guān)量輸入接口： 作用(zuyng)：是把現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)量信號(hào)變成PLC內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 接口接受的外信號(hào)電源有直流輸入、交流輸入和交流/直流輸入。 如圖所示： PLC開關(guān)量輸入接口輸入接口中都有濾波電路及耦合隔離電路，濾波有抗干擾的作用，耦合有抗干擾及產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的作用。 開關(guān)量輸出接口： 作用：是把PLC內(nèi)部的標(biāo)淮信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的開關(guān)量信號(hào)。 共二十頁分類(fn li)： 繼電器型 晶體管型 晶閘管型 內(nèi)部參考電路圖如圖所示。 各類輸出接口中也都具有隔離耦合電路。 特別注意：輸出接口本身都不帶

11、電源，而且在考慮外驅(qū)動(dòng)電源時(shí)，還需考慮輸出器件的類型。 繼電器型的輸出接口可用于交流及直流兩種電源，但接通斷開的頻率(pnl)低。 晶體管型的輸出接口有較高的接通斷開頻率，但只適用于直流驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合。 晶閘管型的輸出接口僅適用于交流驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。 PLC開關(guān)量輸出接口共二十頁 模擬量輸入(shr)接口 作用：把現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)(linx)變化的模擬量標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合PLC內(nèi)部處理的由 若干位二進(jìn)制數(shù)字表示的信號(hào)。 模擬量輸入接口接受標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)。符合國際標(biāo)準(zhǔn)的通用電壓電流信號(hào)如：420mA的直流電流信號(hào)，010V的直流電壓信號(hào)等 模擬量輸出接口 作用：將PLC運(yùn)算處理后的若干位數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量

12、信號(hào)輸出 模擬量輸出接口一般由光電隔離、D/A轉(zhuǎn)換和信號(hào)驅(qū)動(dòng)等環(huán)節(jié)組成。 智能輸入輸出接口 PID控制單元 高速計(jì)數(shù)器工作單元 溫度控制單元等特點(diǎn)： 大多是獨(dú)立的工作單元。 一般帶有單獨(dú)的CPU。 有專門的處理能力。 共二十頁 電源(dinyun) PLC工作單元供電的開關(guān)電源。為掉電保護(hù)電路(dinl)供電的后備電源。 鋰離子電池 外部設(shè)備 編程器 分類： 手持的專用的編程器 臺(tái)式的 PLC機(jī)身上自帶編程器 個(gè)人計(jì)算機(jī):個(gè)人計(jì)算機(jī)上運(yùn)行PLC相關(guān)的編程軟件 簡(jiǎn)易型:聯(lián)機(jī)編程智能型:聯(lián)機(jī)編程和脫機(jī)編程 其他外圍設(shè)備 盒式磁帶機(jī)：用以記錄程序或信息。 打印機(jī)：用以打印程序或制表。 EPROM寫入

13、器：用以將程序?qū)懭胗脩鬍FR()M中。 高分辨率大屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng)：用以顯示或監(jiān)視有關(guān)部分 的運(yùn)行狀態(tài)。 共二十頁 PLC的分類(fn li) 按應(yīng)用規(guī)模和功能按硬件結(jié)構(gòu)類型 小型機(jī)：適合于控制單臺(tái)設(shè)備，開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品 中型機(jī)：適合于有溫度控制和開關(guān)動(dòng)作要求復(fù)雜的機(jī) 械以及連續(xù)生產(chǎn)過程控制的場(chǎng)合 大型機(jī): 適用于設(shè)備自動(dòng)化控制、過程自動(dòng)化控制和 過程監(jiān)控系統(tǒng) 整體式結(jié)構(gòu)：一個(gè)完整的PLC安裝在一個(gè)機(jī)箱中 模塊式結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)構(gòu)成非常靈活，安裝、擴(kuò)展和維修都 很方便，但是體積比較大 疊裝式結(jié)構(gòu)：將整體式結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)相結(jié)合 共二十頁第五節(jié) 可編程序控制器的軟件(run jin)及其工

14、作原理 PLC的軟件(run jin)兩大部分 系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件：又叫用戶軟件，是用戶為達(dá)到某種控制目的、采 用PLC廠家提供的編程語言自主編制的程序。 系統(tǒng)的管理程序用戶指令的解釋程序?qū)Ｓ脴?biāo)準(zhǔn)程序塊等 PLC的工作原理 采用循環(huán)掃描工作方式： 系統(tǒng)周而復(fù)始地依一定的順序完成一系列的具體的工作，這種工作方式叫做循環(huán)掃描工作方式。 PLC系統(tǒng)正常工作所要完成的任務(wù)包括： PLC內(nèi)部各工作單元的調(diào)度、監(jiān)控； PLC與外圍設(shè)備間的通信； 用戶程序所要完成的工作等。共二十頁其中，用戶程序的完成可分為以下(yxi)三個(gè)階段輸入處理(chl)階段輸出處理階段 程序執(zhí)行階段 PLC順序讀入所有輸入端子的狀態(tài)

15、，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器。根據(jù)PLC梯形圖程序的掃描原則，按先左后右，先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。將輸出映像寄存器中寄存器的狀態(tài)，轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 PLC用戶程序執(zhí)行階段掃描工作過程如圖所示。PLC用戶程序掃描工作過程共二十頁 PLC控制(kngzh)與繼電器控制(kngzh)的區(qū)別 組成(z chn)器件不同：繼電器控制線路是許多真正的硬件繼電器組成，而 梯形圖則由許多所謂“軟繼電器”組成。 觸點(diǎn)數(shù)量不同：硬繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量有限，用于控制的繼電器的觸 點(diǎn)數(shù)一般只有48對(duì)；而梯形圖中每

16、個(gè)“軟繼電器”供編程使用的觸 點(diǎn)數(shù)有無限對(duì)。 實(shí)施控制的方法不同：在繼電器控制線路中，實(shí)現(xiàn)某種控制是通過 各種繼電器之間硬接線解決的。而PLC控制是通過梯形圖即軟件編 程解決的。 工作方式不同：在繼電器控制線路中，采用并行工作方式；而在梯 形圖的控制線路中，采用串行工作方式。 PLC的控制結(jié)果有一定的特殊性： 輸入/輸出滯后現(xiàn)象：與PLC的集中輸入集中刷新、程序循環(huán)執(zhí)行、 輸入濾波器造成的時(shí)間常數(shù)、輸出繼電器機(jī)械滯后以及程序設(shè)計(jì)不 當(dāng)?shù)母郊佑绊懙扔嘘P(guān)。 多重輸出不允許：關(guān)于步進(jìn)梯形圖多重輸出的情況，將在后面具體 講述的PLC指令時(shí)予以介紹。 共二十頁謝謝(xi xie)!共二十頁內(nèi)容摘要第一節(jié) 可編程序控制器的產(chǎn)生及發(fā)展。20世紀(jì)80年代以來，以16位和32位微處理器為核心的可編程序控制器得。PLC控制系統(tǒng)由輸入部