可編程序控制器概述

1、可編程序控制器概述第1頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二3.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展3.1.1 PLC的產(chǎn)生與特點 3.2 PLC的組成及工作原理3.2.1 PLC的組成3.2.2 PLC的工作原理3.2.3可編程序控制器與繼電接觸器控制的區(qū)別3.1.2 PLC的發(fā)展第2頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二3.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展3.1.1 PLC的產(chǎn)生與特點 1968年美國通用汽車公司（GM）公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代機(jī)電控制盤以改善生產(chǎn)。公司提出十項指標(biāo)： 1）編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；2）維護(hù)方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；3）可靠性高于繼電器控制

2、系統(tǒng)；4）體積小于繼電器控制系統(tǒng)；5）數(shù)據(jù)可以直接送入計算機(jī)；1PLC的由來第3頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二 1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制成功第一臺可編程控制器PDP14，有邏輯運算、定時、計算功能，稱為PLC（Programmable Logic Controller），早期PLC采用存儲程序指令完成順序控制而設(shè)計，僅具有邏輯運算、計時、記數(shù)等順序控制功能，用于開關(guān)量的控制。 7）輸入可為市電（PLC主機(jī)電源可以是115V電壓）； 8）輸出可為市電（115V交流電壓，電流達(dá)2A以上），能直接驅(qū)動電磁閥、接觸器等； 10）用戶存儲器容量大于4K字節(jié)。 9

3、）通用性強(qiáng)、易于擴(kuò)展；6）成本可與繼電器控制系統(tǒng)競爭；3.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展第4頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二2PLC的定義 國際電工委員會（IEC）在1987年2月頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案（第三稿）中對PLC作了如下定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計。” 3.1 PLC的產(chǎn)生

4、與發(fā)展第5頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二3PLC的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) （2）編程簡單，設(shè)計施工周期短 （3）控制程序可變，硬件配置方便 （4）功能完善 （5）體積小、重量輕、功耗低 綜上所述，PLC的優(yōu)越性能使其在工業(yè)上得到迅速普及。目前，PLC在家庭、建筑、電力、交通、商業(yè)等眾多領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。 3.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展第6頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二4PLC的分類按I/O點數(shù)：PLC可分為小型、中型、大型等。I/O點數(shù)小于64點的為超小型或微型PLCI/O點數(shù)為256點以下的為小型PLC，I/O點數(shù)為256點以上

5、、2048點以下的為中型PLC。I/O點數(shù)為2048以上的為大型PLCI/O點數(shù)超過8192點的為超大型PLC。3.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展第7頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二按結(jié)構(gòu)形式，PLC可分為整體式、模塊式、緊湊式等 整體式 模塊式緊湊式3.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展第8頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二3.1.2 PLC的發(fā)展 PLC從產(chǎn)生到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，實現(xiàn)了從簡單邏輯控制到運動控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理和聯(lián)網(wǎng)通信的發(fā)展。目前，PLC的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在規(guī)?；?、高性能、多功能、模塊智能化、網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化等幾個方面。 1）、產(chǎn)品規(guī)模

6、向大、小兩個方向發(fā)展2）、高性能、高速度、大容量發(fā)展3）、模塊智能化發(fā)展4）、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展5）、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展3.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展第9頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二3.2 PLC的組成及工作原理 可編程序控制器是專為工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)計算機(jī)，通常由基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊及特殊功能模塊組成， 特殊功能單元是一些特殊用途的裝置。 基本單元內(nèi)設(shè)CPU、存儲器、I/O和電源等，是PLC的主要部分，可獨立工作 擴(kuò)展單元內(nèi)設(shè)電源，用于擴(kuò)展I/O點數(shù) 擴(kuò)展模塊用于增加I/O點數(shù)和I/O點數(shù)比例，內(nèi)無電源，由基本單元和擴(kuò)展單元供電3.2.1 PLC的組成第10頁，共2

7、7頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二3.2 PLC的組成及工作原理1PLC的硬件 可編程序控制器主要由中央處理器CPU、存儲器、輸入輸出接口、電源及編程器等外圍設(shè)備組成。 第11頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二3.2 PLC的組成及工作原理 （1）CPU一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路集成在一塊芯片內(nèi)。CPU通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路相連。 （2）PLC的存儲器是存放程序和數(shù)據(jù)的地方。可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)程序存儲器用于存放系統(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

8、調(diào)用管理等程序及各種系統(tǒng)參數(shù)，一般采用只讀存儲器ROM（PROM）。用戶存儲器用于存放用戶編制的控制程序。分為隨機(jī)存儲器（CMOSRAM）、光可擦寫只讀存儲器（EPROM）以及電可擦寫只讀存儲器（EEPROM）等。 第12頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二3.2 PLC的組成及工作原理 （3）輸入輸出I/O接口是PLC與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。輸入部件是開關(guān)、按鈕、傳感器等。輸出部件是電磁閥、接觸器、繼電器。由于現(xiàn)場信號的類別不同，為適應(yīng)控制的需要，PLC I/O具有不同的類別。輸入輸出接口有開關(guān)量輸入輸出接口、模擬量輸入輸出接口。 第13頁，共27頁，20

9、22年，5月20日，7點10分，星期二.輸入單元帶光電隔離電路多種輔助電源類型：AC電源DC24V輸入 DC電源DC24V輸入 DC電源DC12V輸入接收開關(guān)量及數(shù)字量信號（數(shù)字量輸入單元）；接收模擬量信號（模擬量輸入單元）；接收按鈕或開關(guān)命令（數(shù)字量輸入單元）；接收傳感器輸出信號。3.2 PLC的組成及工作原理第14頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二.輸出單元帶光電隔離器及濾波器多種輸出方式：晶體管 晶閘管 繼電器驅(qū)動直流負(fù)載（晶體管輸出單元）；驅(qū)動非頻繁動作的交/直流負(fù)載（繼電器輸出單元）；驅(qū)動頻繁動作的交/直流負(fù)載（晶閘管輸出單元）。3.2 PLC的組成及工作原理第

10、15頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二3.2 PLC的組成及工作原理 （4）外部設(shè)備 PLC可配有編程器、外部存儲器、打印機(jī)、EPROM寫入器、高分辨率屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng)等外部設(shè)備。 （5）電源 PLC內(nèi)部配有一個專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，可將PLC外部連接的電源電壓轉(zhuǎn)化為CPU、存儲器、輸入輸出接口等電路工作所需的直流電源，并為外部輸入元件提供24V直流電源。需要注意的是，PLC負(fù)載的電源是由用戶另外提供的。第16頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二3.2 PLC的組成及工作原理外部設(shè)備現(xiàn)場用戶輸出設(shè)備微處理器（CPU）運算器控制器輸出部件輸入部件系統(tǒng)存

11、儲器用戶存儲器I/O擴(kuò)展接口通訊及編程接口編程設(shè)備計算機(jī)打印機(jī)等傳感器按鈕、開關(guān)現(xiàn)場信號電磁閥中間繼電器執(zhí)行器現(xiàn)場用戶輸入設(shè)備擴(kuò)展設(shè)備擴(kuò)展單元通訊模塊功能模塊電源變換器110V/220V市電PLC基本單元PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖第17頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二3.2 PLC的組成及工作原理2PLC的軟件 （1）軟件組成PLC的軟件包括系統(tǒng)監(jiān)控程序和用戶程序兩大部分。 系統(tǒng)監(jiān)控程序是由PLC的生產(chǎn)廠家編制的，用于控制PLC的運行，包括管理程序、用戶指令解釋程序、標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用三個部分。 用戶程序又稱用戶軟件、應(yīng)用軟件等，是PLC的使用者編制的針對控制問題的程序。

12、（2）應(yīng)用軟件常用的編程語言 目前，PLC常用的編程語言包括梯形圖、指令語句表、功能圖、功能塊圖、高級編程語言等。 第18頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二3.2 PLC的組成及工作原理1)、梯形圖是用圖形符號在圖中的互相關(guān)系來表示控制邏輯的編程語言 第19頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二3.2 PLC的組成及工作原理 2)、指令語句表 PLC的指令是一種與微型計算機(jī)的匯編語言指令類似的助記符表達(dá)式。基本指令語句的基本格式包括地址（或步序）、助記符、操作元件等部分。 助記符：常用24個英文字母組成，表明了操作功能 操作元件：執(zhí)行該指令所用的元件、設(shè)

13、定值等。某些基本指令僅由助記符，無操作元件，而有的有2個或更多。 第20頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二 3）、功能圖又稱狀態(tài)流程圖，是用狀態(tài)來描述控制過程的流程圖，它包含狀態(tài)、轉(zhuǎn)移條件、動作三要素。 3.2 PLC的組成及工作原理第21頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二3.2 PLC的組成及工作原理 4）、功能塊圖是一種類似數(shù)字邏輯門電路的編程語言，對于有數(shù)字電路基礎(chǔ)的人來說比較容易掌握。該語言用類似與門、或門的方框表示邏輯運算關(guān)系，方框左側(cè)為邏輯運算的輸入變量，右側(cè)為邏輯運算的輸出變量，輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運算。用“導(dǎo)線”把方框連接起

14、來，信號從左向右流動 5）、隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，大型、高檔的PLC具有很強(qiáng)的運算與數(shù)據(jù)處理等功能，為方便用戶編程，增加程序的可植性，許多高檔PLC都配備了BASIC、C等高級編程語言。第22頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二3.2 PLC的組成及工作原理3.2.2 PLC的工作原理 可編程控制器通過循環(huán)掃描輸入端口的狀態(tài)，執(zhí)行用戶程序，實現(xiàn)控制任務(wù)。CPU在每個掃描周期的開始掃描輸入模塊的信號狀態(tài)，并將其狀態(tài)送入到輸入映像寄存器區(qū)域；然后根據(jù)用戶程序中的程序指令來處理傳感器信號，并將處理結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域，在每個掃描周期結(jié)束時，送入輸出模塊。 第23頁，共27頁

15、，2022年，5月20日，7點10分，星期二3.2 PLC的組成及工作原理循環(huán)掃描的工作過程 ： 每一次掃描所用的時間稱為一個掃描周期，在一個掃描周期內(nèi)可編程控制器工作過程分為三個階段： 1輸入采樣 可編程控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。 2程序執(zhí)行 在沒有跳轉(zhuǎn)指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運算，運算的結(jié)果寫入對應(yīng)的元件映像寄存器中。 3輸出刷新 CPU將輸出映像寄存器的“0”/“1”狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。 第24頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二PL

16、C的工作過程示意圖3.2 PLC的組成及工作原理第25頁，共27頁，2022年，5月20日，7點10分，星期二3.2 PLC的組成及工作原理3.2.3可編程序控制器與繼電接觸器控制的區(qū)別1在組成器件方面 繼電接觸器控制電路是由各種真正的硬件繼電器組成，硬件繼電器觸頭易磨損。而PLC梯形圖則由許多所謂軟繼電器組成。這些軟繼電器實質(zhì)上是存儲器中的每一位觸發(fā)器，可以置“0”或置“1”，而軟繼電器則無磨損現(xiàn)象。 2在工作方式方面 繼電接觸器控制電路工作時，電路中硬件繼電器都處于受控狀態(tài)，凡符合條件吸合的硬件繼電器都處于吸合狀態(tài)，受各種制約條件不應(yīng)吸合的硬件繼電器都同時處于斷開狀態(tài)，屬于“并行”的工作方式。PLC梯形圖中各軟繼電器都處于周期循環(huán)掃描工作狀態(tài)，受同一條件制約的各個軟繼電器的線圈工作和它的觸電的動作并不同時發(fā)生，屬于“串行”的工作方式。第