電器控制與技術(shù)-基礎

1、電器控制與技術(shù)-基礎第1頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.1 概述3.1.1 什么是PLC？可編程序控制器（Programmble Controller）簡稱PC或PLC 是一種工業(yè)控制裝置 PLC是在電器控制技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以 微處理器 為核心，將自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置第2頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四1.1 概述1.1.1 什么是PLC？ 定義 國際電工委員會（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標準草案第三稿。在草案中對可編程控制器定義如下： “可編程控制器是一

2、種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。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，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計”。 第3頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四1.1 概述1.1.1 什么是PLC？ 區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng) 區(qū)別于傳統(tǒng)控制裝置 近年來，可編程控制器發(fā)展很快，幾乎每年都推出不少新系列產(chǎn)品，其功能已遠遠超出了定義的范圍。第4頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分

3、，星期四3.1 概述3.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展 世界上第一臺PLC 1969年由美國數(shù)字設備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司（GM）的要求研制成功 背景： 1968年美國通用汽車公司（GM），為了適應汽車型號的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設計和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。 第5頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.1 概述3.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展 設計思想：吸取繼電器和計算機兩者的優(yōu)點 繼電器控制的缺點：體積大、可靠性低、接線復雜、不易更改、查找和排除故障困難，

4、對生產(chǎn)工藝變化的適應性差 繼電器控制的優(yōu)點：簡單易懂、價格便宜 計算機的優(yōu)點：功能強大、靈活（可編程）、通用性好 計算機的缺點：編程困難 采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。（梯形圖）第6頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.1 概述3.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展70年代初期： 僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）70年代中期： 微處理器技術(shù)應用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運算

5、、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能 80年代以后：隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能。第7頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.1 概述3.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展近年來PLC發(fā)展迅速 PLC集三電（電控、電儀、電傳）為一體、性能價格比高、高可靠性的特點，已成為自動化工程的核心設備。 PLC成為具備計算機功能的一種通用工業(yè)控制裝置，其使用量高居首位。 PLC成為現(xiàn)

6、代工業(yè)自動化的三大技術(shù)支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一。第8頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.1 概述3.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展就全世界自動化市場的過去、現(xiàn)在和可以預見的未來而言，PLC仍然處于一種核心地位。在最近出現(xiàn)在美國、歐洲和國內(nèi)有關(guān)探討PLC發(fā)展的論文中，這個結(jié)論是眾口一詞的，盡管對PLC的未來發(fā)展有著許多不同的意見。 在全球經(jīng)濟不景氣的時候，PLC的市場銷售仍然堅挺；PC控制有了引人注目的進展，但畢竟只能對高端的PLC產(chǎn)品形成競爭；小型、超小型PLC的發(fā)展勢頭令人刮目相看；PLC和PC控制在今后可能相互融合。 第9頁，共98頁，2022年，5

7、月20日，19點20分，星期四3.1 概述3.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展PLC三大流派 自從第一臺PLC出現(xiàn)以后，日本、德國、法國等也相繼開始研制PLC，并得到了迅速的發(fā)展。各國PLC都有自己的特色。 歐洲：西門子（Siemens）； 法國的TE（Telemecanique） 美國：A-B（Allen-Bradly）、GE（General Electric） 日本：三菱電機（Mitsubishi Electric）、 歐姆龍（OMRON）、 FUJI （日本主要發(fā)展中小型PLC，其小型機性能先進，結(jié)構(gòu)緊湊，價格便宜） 目前國內(nèi)市場還有韓國、臺灣等PLC產(chǎn)品第10頁，共98頁，2022年，5月2

8、0日，19點20分，星期四3.1 概述3.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展我國PLC發(fā)展情況在70年代末和80年代初，我國隨國外成套設備、專用設備引進了不少國外的PLC。我國不少科研單位和工廠在研制和生產(chǎn)PLC，如遼寧無線電二廠、無錫華光電子公司、上海香島電機制造公司、廈門A-B公司等。在傳統(tǒng)設備改造和新設備設計中，PLC的應用逐年增多，取得良好效果。PLC在我國的應用越來越廣泛。第11頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.1 概述3.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展我國PLC發(fā)展情況 目前，國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家有30余家，并有跡象顯示，更多的來自于原PLC應用的技術(shù)人員準備加入到小

9、型PLC開發(fā)的行列。但在目前上市的眾多PLC產(chǎn)品中，還沒有形成規(guī)?；纳a(chǎn)和名牌產(chǎn)品。 從技術(shù)角度來看，國內(nèi)外的小型PLC差距正在縮小。如無錫信捷、蘭州全志等公司生產(chǎn)的微型PLC已經(jīng)比較成熟，有些國產(chǎn)PLC（如和利時、科迪納）已經(jīng)擁有符合IEC標準的編程軟件、支持了現(xiàn)場總線技術(shù)等。 面對國際廠商數(shù)十年的規(guī)模化生產(chǎn)和市場管理經(jīng)驗，國內(nèi)廠商更多地只停留在小批量生產(chǎn)和維系生存的起步階段，離真正批量生產(chǎn)、市場化經(jīng)營乃至創(chuàng)建品牌還有很長的路要走。與此同時，國產(chǎn)PLC的低價優(yōu)勢也正在受到新的挑戰(zhàn)。 第12頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.1 概述3.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展中

10、國PLC市場第13頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.1 概述3.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展 PLC品牌分布情況分析：產(chǎn)品覆蓋范圍。排在最前的三個品牌Siemens，Mitsubishi和Omron有最豐富的產(chǎn)品系列，用戶很容易得到恰當?shù)漠a(chǎn)品。其他品牌，如Fuji、LG則以小型和微型產(chǎn)品為主，GE和Schneider以中大型產(chǎn)品為主。雖然A-B擁有出色的技術(shù)和全面的產(chǎn)品系列，但高價格使用戶卻步。中國市場上的歷史。Siemens，Mitsubishi和Omron都是在中國市場上傳統(tǒng)的供應商，在很多領(lǐng)域占了先機。GE、Schneider（Modicon進入中國也比較早，但

11、沒有完整的銷售和服務體系）和LG這些后來者雖然市場快速增長，但距先行者仍有一定的差距。 行業(yè)分布。某些品牌會側(cè)重于一些行業(yè)，如Schneider更加注重電力行業(yè)，Rockwell在冶金行業(yè)表現(xiàn)出眾。第14頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.1 概述3.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展 PLC市場研究報告表明： 作為目前國內(nèi)控制市場上的主流控制器，PLC市場的國內(nèi)參與者卻需要尷尬地面對這樣一個局面，即在高達31億的PLC市場總需求中，國產(chǎn)PLC不到整個市場份額1。 在按照I/O數(shù)量劃分的市場總量中，小型PLC（256點以下）的市場巨大，占據(jù)市場總額的64，而國產(chǎn)PLC的市場貢

12、獻恰恰就在小型PLC的市場中。第15頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.1 概述3.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展 在最近幾年的經(jīng)濟發(fā)展中，中國以其制造業(yè)發(fā)展的迅猛及范圍的廣泛為人矚目，使PLC在某些自動化領(lǐng)域增長超過了20%。中國的PLC市場在未來的5年內(nèi)，將以14.1%的綜合年增長率增長。第16頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.1 概述3.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展新趨勢：可編程自動化控制器 （Programmable Automation Controller，PAC） PAC源自于ARC咨詢集團市場調(diào)查公司，認為： “PLC相當活躍，而

13、且發(fā)展良好，具很強的生命力。然而，PLC這個工業(yè)的有效工具正在許多方面不斷改變，不斷增加其魅力。自動化供應商正不斷致力于PLC的開發(fā)，以迎合市場和特殊用戶的需求。功能的增強促使了新系列的系統(tǒng)（PAC）浮出水面。PAC基于開放的工業(yè)標準、具多領(lǐng)域功能、通用的開放平臺以及高性能” 。第17頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.1 概述3.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展GE Fanuc接受了PAC的概念，其新的旗艦控制產(chǎn)品的名稱為PACSystems，表達了其產(chǎn)品綜合了傳統(tǒng)PLC和PC硬件的優(yōu)點，具有通用編程環(huán)境。Rockwell也宣布其產(chǎn)品Control Logix和Compa

14、ct Logix PLC事實上就是PAC。是否制造商會將產(chǎn)品名稱從PLC改到PAC，還有待觀察。第18頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.1 概述3.1.3 PLC的應用領(lǐng)域 PLC在國內(nèi)外已廣泛應用冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著PLC性價比不斷提高，其應用領(lǐng)域不斷擴大。 從PLC應用類型看，大致可歸納為以下幾個方面：開關(guān)量邏輯控制 運動控制 過程控制（PID閉環(huán)控制 ）數(shù)據(jù)處理 通信聯(lián)網(wǎng)（構(gòu)成DCS、FCS系統(tǒng)） 第19頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.1 概述3.1.3 PLC的應用領(lǐng)

15、域應用領(lǐng)域的擴展趨勢： 1）從傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)設備和機械的自動控制，擴展到中小型過程控制系統(tǒng)、遠程維護服務系統(tǒng)、監(jiān)視控制系統(tǒng)，與生活相關(guān)的機器、與環(huán)境相關(guān)的機器，而且有急速的上升趨勢。 2）隨著PLC、DCS相互滲透，二者的界線日趨模糊，PLC從傳統(tǒng)的應用于離散的制造業(yè)向應用到連續(xù)的流程工業(yè)擴展 第20頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.2 P LC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較3.2.1 電器控制系統(tǒng)組成第21頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.2 P LC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較3.2.2 PLC控制系統(tǒng)組成第22頁，共98頁，2022年，5

16、月20日，19點20分，星期四3.2 P LC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較3.2.3 PLC等效電路例：三相異步電動機單向運行電器控制系統(tǒng) 輸入設備 輸出設備 第23頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.2 P LC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較3.2.3 PLC等效電路三相異步電動機單向運行PLC控制系統(tǒng)第24頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.2 P LC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較3.2.4 PLC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的區(qū)別 控制方法上： 硬 ： 軟工作方式上： 并行工作方式 ： 串行工作方式控制速度上： 速度 慢 ： 快 定時和計數(shù)控制

17、上： 精度 低 ： 高 可靠性和可維護性上： 可靠性 低 ： 高第25頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四FX-PLC第26頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四FX0S第27頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四FX0N第28頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四FX1S / FX1N第29頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四FX2N第30頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四AnS第31頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四QnA / AnA第32

18、頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四QnS第33頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四CC-LINK第34頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四S7-200第35頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四S7-300第36頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四S7-400第37頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四LOGO第38頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四C第39頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四SP第40頁，共98頁，20

19、22年，5月20日，19點20分，星期四C200H第41頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四CS第42頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四SLC500第43頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.1 PLC組成概述 PLC的基本組成與一般的微機系統(tǒng)類似： 是一種以微處理器為核心的、用于控制的特殊計算機 PLC的基本組成包括硬件與軟件兩部分 PLC的硬件：中央處理器（CPU）、存儲器、輸入接口、 輸出接口、通信接口、電源等 PLC的軟件：系統(tǒng)程序和用戶程序第44頁，共98頁，2022年，5月20日，19點2

20、0分，星期四3.3 P LC組成3.3.1 PLC組成概述 編程器寫入器電 源輸入單元輸出單元CPU通信接口擴展接口存儲器第45頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.2 PLC中的CPU及作用 PLC中常采用的CPU有三類： 1) 通用微處理器（如Z80、8086、80286等） 2) 單片微處理器（如8031、8096等） 3) 位片式微處理器(如AMD29W等) 小型PLC：大多采用8位通用微處理器和單片微處理器， 中型PLC：大多采用16位通用微處理器或單片微處理器 大型PLC：大多采用高速位片式微處理器（32位） 小型PLC為單CPU系統(tǒng)

21、，中、大型PLC則大多為雙CPU或多CPU系統(tǒng)。對于雙CPU系統(tǒng)，一般一個為字處理器，一般采用8位、16位或32位處理器；另一個為位處理器，采用由各廠家設計制造的專用芯片。第46頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.2 PLC中的CPU及作用CPU的作用：按系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮PLC有條不紊地進行工作。歸納起來主要有以下五個方面：1）接收并存儲編程器或其它外設輸入的用戶程序或數(shù)據(jù)2）診斷電源、PLC內(nèi)部電路故障和編程中的語法錯誤等3）接收并存儲從輸入單元（接口）得到現(xiàn)場輸入狀態(tài)或數(shù)據(jù)4）逐條讀取并執(zhí)行存儲器中的用戶程序，并將運算結(jié)果存入 存儲

22、器中5）根據(jù)運算結(jié)果，更新有關(guān)標志位和輸出內(nèi)容，通過輸出接 口實現(xiàn)控制、制表打印或數(shù)據(jù)通訊等功能第47頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.3 PLC中的存儲器及作用存儲器的作用： 存儲器主要用于存儲系統(tǒng)程序、用戶程序、數(shù)據(jù) 存儲器的類型： 可讀/寫操作的隨機存儲器RAM 只讀存儲器ROM、PROM、EPROM和EEPROM第48頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.3 PLC中的存儲器及作用系統(tǒng)程序: 系統(tǒng)程序是完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用、管理、邏輯運算、通信及各種參數(shù)設定等功能。 系

23、統(tǒng)程序由PLC的制造廠家編寫的，在PLC使用過程中不會變動，它和PLC的硬件組成有關(guān)，它關(guān)系到PLC的性能。 系統(tǒng)程序 由制造廠家直接固化在只讀存儲器ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問和修改。第49頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.3 PLC中的存儲器及作用 用戶程序: 用戶程序是用戶根據(jù)控制對象生產(chǎn)工藝及控制的要求而編制的應用程序。 為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOS靜態(tài)RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時不會丟失信息。為了防止干擾對RAM中程序的破壞，當用戶程序經(jīng)過運行正常，不需要改變，可將其固化在EPR

24、OM中。 現(xiàn)在有許多PLC直接采用EEPROM作為用戶存儲器。第50頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.3 PLC中的存儲器及作用PLC的編程語言（IEC61131-3中的5種PLC基本語言）順序功能圖（SFC）：不僅僅是一種語言，更是一種組 織控制程序的圖形化方式。 梯 形 圖（ L D ）：以圖形方式表達觸點和線圈以及 特殊指令塊的梯級。指 令 表（ I L ）：類似匯編程序的基于文本的語言 與其相對應的是LD。結(jié) 構(gòu) 文 本（ S T ）：類似Pascal的基于文本的語言 功 能 塊 圖（FBD）：一種對應于線路圖的圖形語言。 FBD廣泛

25、地用于過程工業(yè)。 第51頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.3 PLC中的存儲器及作用 工作數(shù)據(jù): 工作數(shù)據(jù)是PLC運行過程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。它們存放在RAM中，以適應隨機存取的要求。 工作數(shù)據(jù)存儲器中有存放輸入/輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等邏輯器件的存儲區(qū)。 部分數(shù)據(jù)在掉電時用后備電池維持其現(xiàn)有的狀態(tài)，這部分在掉電時可保存數(shù)據(jù)的存儲區(qū)域稱為保持數(shù)據(jù)區(qū)。第52頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.3 PLC中的存儲器及作用PLC的編程語言（IEC61131-3中的5種PL

26、C基本語言）順序功能圖（SFC）：不僅僅是一種語言，更是一種組 織控制程序的圖形化方式。 梯 形 圖（ L D ）：以圖形方式表達觸點和線圈以及 特殊指令塊的梯級。指 令 表（ I L ）：類似匯編程序的基于文本的語言 與其相對應的是LD。結(jié) 構(gòu) 文 本（ S T ）：類似Pascal的基于文本的語言 功 能 塊 圖（FBD）：一種對應于線路圖的圖形語言。 FBD廣泛地用于過程工業(yè)。 第53頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.3 PLC中的存儲器及作用系統(tǒng)程序和工作數(shù)據(jù)與用戶無直接聯(lián)系 在PLC產(chǎn)品樣本或使用手冊中所列存儲器的形式及容量是指用戶

27、程序存儲器。 當PLC提供的用戶存儲器容量不夠用，許多PLC還提供有存儲器擴展功能。第54頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.4 PLC中的輸入/輸出接口及作用輸入/輸出接口通常也稱I / O 單元或I / O 模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接通道。 PLC輸入接口-可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，用這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控制對象進行控制的依據(jù) PLC輸出接口-將處理結(jié)果送給被控制對象，以實現(xiàn)控制目的第55頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.4 PLC中的輸入/輸出接口及作用 I / O 接口

28、的作用： 電平轉(zhuǎn)換功能：由于外部輸入設備和輸出設備所需的信號電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU的處理的信號是標準電平信號。 光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力 通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護 I / O 接口的類型： 開關(guān)量輸入/輸出接口 模擬量輸入/輸出接口第56頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.4 PLC中的輸入/輸出接口及作用 開關(guān)量輸入/輸出接口 常用開關(guān)量輸入接口： 直流輸入接口、交流輸入接口、 交/直流輸入接口 常用開關(guān)量輸出接口： 繼電器輸出接口： 響應速度慢、動作頻率低，可驅(qū)動交流或直流負載 晶體管輸出接

29、口： 響應速度快、動作頻率高，只能用于驅(qū)動直流負載 晶閘管輸出接口： 響應速度快、動作頻率高， 只能用于驅(qū)動交流負載第57頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.4 PLC中的輸入/輸出接口及作用 模擬量輸入/輸出接口 模擬量輸入接口（A/D接口） 分辨率（8位、10位、12位等）、量化誤差、偏移誤差、滿刻度誤差、線性度、精度等 許多PLC還有與熱電阻或熱電偶配套使用的A/D接口 模擬量輸出接口（D/A接口） 分辨率（8位、10位、12位等）、精度、線性度、穩(wěn)定時間等第58頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組

30、成3.3.4 PLC中的輸入/輸出接口及作用 輸入/輸出（I/O）點數(shù)： PLC的I / O點數(shù)-PLC的I/O接口所能接受的輸入信號個數(shù)和輸出信號個數(shù)的總和。 I/O點數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一 當I/O點數(shù)不夠時，可通過PLC的I/O擴展接口對系統(tǒng)進行擴展第59頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.5 PLC中的通信接口及作用PLC配有各種通信接口與外部設備連接 與打印機連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印 與監(jiān)視器連接，可將控制過程圖像顯示出來 與 P L C 連接，組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡，實現(xiàn)更大規(guī)?？刂?與計算機連接，組成多級分布式

31、控制系統(tǒng)，控制與管理相結(jié)合 與人機界面（觸摸屏）連接 與智能接口模塊連接。智能接口模塊是一獨立的計算機系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口 ，PLC的智能接口模塊種類很多，如：高速計數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運動控制模塊、中斷控制模塊等。 與編程器連接第60頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.6 PLC中的擴展接口及作用擴展接口（是用于連接護展單元的接口）。 當PLC基本單元I/O點數(shù)不能滿足要求時，可通過擴展接口連接擴展單元以增加系統(tǒng)的I/O點數(shù)第61頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.

32、3 P LC組成3.3.6 PLC中的擴展接口及作用通信與擴展接口的連接實例第62頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.7 PLC中的電源及作用 PLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源，以提供內(nèi)部電路使用。 與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強。因此，對于電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值15%的范圍內(nèi)波動。 許多PLC還向外提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于對外部傳感 器供電。 電源的容量第63頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.8 PLC編程器及作用編程器的作用：是編輯、調(diào)試、

33、輸入用戶程序，也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進行人機對話。它是開發(fā)、應用、維護PLC不可缺少的設備。 簡易編程器 專用編程器 編程器 智能編程器 通用編程系統(tǒng)：PC上配專用編程軟件包第64頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.8 PLC編程器及作用第65頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.8 PLC編程器及作用第66頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.3 P LC組成3.3.8 PLC寫入器及作用寫入器:是用來將用戶程序固化到EPROM存儲器中的一種PLC外部

34、設備。為了使調(diào)試好用戶程序不易丟失，經(jīng)常用EPROM寫入器將PLC內(nèi)RAM保存到EPROM中。第67頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.4 PLC工作原理3.4.1 掃描工作方式 當PLC運行時，需要進行眾多的操作而 PLC的CPU不可能同時去執(zhí)行多個操作， 每一刻只能執(zhí)行一個操作 。第68頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.4 PLC工作原理3.4.1 掃描工作方式 例如：用戶程序的執(zhí)行（用戶程序的掃描工作過程） 掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲順序的先后，逐條執(zhí)行執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行

35、，并周而復始地重復進行。第69頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.4 PLC工作原理3.4.1 掃描工作方式 解決的辦法：采用分時操作原理 由于CPU的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看， PLC外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時完成的。 這種分時操作的方法稱為掃描工作方式 第70頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.4 PLC工作原理3.4.2 PLC的掃描工作過程 檢查CPU等內(nèi)部硬件，對監(jiān)視定時器（WDT）復位以及其它工作 與其它智能裝置（如編程器、計算機等）實現(xiàn)通信 按順序?qū)λ休斎攵说臓顟B(tài)進行采樣，并存入相應寄存器對用戶程序掃描執(zhí)行 ，并將結(jié)果

36、存入相應的寄存器將寄存器中與輸出有關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)到輸出鎖存器，輸出驅(qū)動外部負載 第71頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.4 PLC工作原理3.4.2 PLC的掃描工作過程 整個過程包括內(nèi)部處理、通信服務、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理五個階段 整個過程掃描執(zhí)行一遍所需的時間稱為掃描周期 掃描周期與CPU運行速度、PLC硬件配置及用戶程序長短有關(guān)。 典型值為1100ms第72頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.4 PLC工作原理3.4.3 PLC執(zhí)行程序的過程第73頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.4 PLC工作原理3.

37、4.4 PLC掃描工作方式的特點 集中采樣： 在一個掃描周期中，對輸入狀態(tài)的采樣只在輸入處理階段進行。當PLC進入程序處理階段后輸入端將被封鎖，直到下一個掃描周期的輸入處理階段才對輸入狀態(tài)進行重新采樣。集中輸出： 在用戶程序中如果對輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個掃描周期內(nèi)，只在輸出處理階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對輸出接口進行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中。第74頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.4 PLC工作原理3.4.4 PLC掃描工作方式的特點(集中采樣、集中輸出的優(yōu)點) 提高了抗干擾能力，增強了系統(tǒng)可靠性 PLC工

38、作時大多數(shù)時間與外部輸入/輸出設備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強了系統(tǒng)的可靠性。 第75頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.4 PLC工作原理3.4.4 PLC掃描工作方式的特點(集中采樣、集中輸出的缺點) 降低了系統(tǒng)的響應速度 PLC輸入輸出響應滯后：當PLC輸入端輸入信號發(fā)生變化到PLC輸出端對該輸入變化作出反應，需要一段時間。對一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。 注意：這種響應滯后不僅是由于PLC掃描工作方式造成，更主要是PLC輸入接口濾波環(huán)節(jié)帶來的輸入延遲和輸出接口中驅(qū)動器件動作時間帶來輸出延遲，還與程序設計有關(guān)。 第76頁，共98頁，2022

39、年，5月20日，19點20分，星期四 對于小型PLC: I/O點數(shù)較少、用戶程序較短。 一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式 對于大中型PLC: I/O點數(shù)較多，控制功能強，用戶程序較長。 為提高系統(tǒng)響應速度，在集中采樣集中輸出的基礎上，采用如下措施： 定期采樣、定期輸出方式 中斷輸入、輸出方式 采用智能I/O接口等方式 3.4 PLC工作原理3.4.4 PLC掃描工作方式的特點第77頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.5 P LC的分類及特點 3.5.1 PLC的分類 PLC一般可從其I/O點數(shù)、結(jié)構(gòu)形式和功能三方面進行分類： 第78頁，共98頁，2022年，5月2

40、0日，19點20分，星期四 3.5 P LC的分類及特點 3.5.1 PLC的分類（按I/O點數(shù)分類）根據(jù)PLC的I/O點數(shù)，PLC分為小型、中型和大型三類。1）小型PLC I/O點數(shù)為256點以下的為小型PLC （其中I/O點數(shù)小于64點的為超小型或微型PLC）2）中型PLC I/O點數(shù)為256點以上、2048點以下的為中型PLC3）大型PLC I/O點數(shù)為2048以上的為大型PLC （其中I/O點數(shù)超過8192點的為超大型PLC）這個分類界限不是固定不變的，它隨PLC的發(fā)展而變化。第79頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.5 P LC的分類及特點 3.5.1 PL

41、C的分類（按結(jié)構(gòu)形式分類） 根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。 1）整體式PLC 將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。 整體式PLC由不同I/O點數(shù)的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成?；締卧獌?nèi)有CPU、I/O接口、與I/O擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內(nèi)只有I/O和電源等，沒有CPU。基本單元和擴展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。 小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。第80頁，共98頁，20

42、22年，5月20日，19點20分，星期四3.5 P LC的分類及特點 3.5.1 PLC的分類（按結(jié)構(gòu)形式分類） 2）模塊式PLC 將PLC各組成部分分別作成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。 模塊式由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同模塊組成一個系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。 大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。第81頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.5 P LC的分類及特點 3.5.1 PLC的分類（按結(jié)構(gòu)形式分類）3）疊裝式P

43、LC 還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來。 疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。第82頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.5 P LC的分類及特點 3.5.1 PLC的分類（按功能分類） 1）低檔PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機系統(tǒng) 2）中檔PLC 具有低檔PLC功能外，具有較強的模擬量輸入

44、/輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還增設中斷、PID控制等功能 3）高檔PLC 具有中檔機功能外，增加帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)運算、制表及表格傳送等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。 第83頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.5 P LC的分類及特點 3.5.2 PLC的特點 PLC技術(shù)之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，主要是因為它具有許多獨特的優(yōu)點。它較好地解決了工業(yè)領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、

45、方便、經(jīng)濟等問題。 可靠性高、抗干擾能力強 編程簡單、使用方便 功能完善、通用性強 設計安裝簡單、維護方便 體積小、重量輕、能耗低第84頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.5.2 PLC的特點可靠性高、抗干擾能力強 可靠性高、抗干擾能力強是PLC最重要的特點之一。PLC的平均無故障時間可達幾十萬個小時 。 硬件方面：I/O接口采用采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源的影響；對供電電源及線路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾；對CPU等重要部件采用良好的導電、導磁材料進行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對有些模塊設置了聯(lián)鎖保護、自診斷電路等。 軟件方面：采用掃描工作

46、方式，減少了外界的干擾；設有故障檢測和自診斷程序，能對系統(tǒng)硬件電路等故障實現(xiàn)檢測和判斷；當由干擾引起故障時，能立即將當前重要信息加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫操作，一旦正常后，便可恢復到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作。第85頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.5.2 PLC的特點 編程簡單、使用方便 梯形圖語言為各種PLC的第一編程語言，它是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程語言。 梯形圖與電器控制線路圖相似，形象、直觀，不需要掌握計算機知識，很容易讓工程技術(shù)人員掌握。 當生產(chǎn)流程需要改變時，可以現(xiàn)場改變程序，使用方便、靈活。 許多PLC還針對具體問題，設計了各種專用編程

47、指令及編程方法，進一步簡化了編程。 第86頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.5.2 PLC的特點 功能完善、通用性強 現(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制等功能，而且還具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運算、數(shù)據(jù)處理、PID控制、通信聯(lián)網(wǎng)以等許多功能。 同時，由于PLC產(chǎn)品的系列化、模塊化，有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。第87頁，共98頁，2022年，5月20日，19點20分，星期四3.5.2 PLC的特點 設計安裝簡單、維護方便 由于PLC用軟件代替了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的硬件，控制柜的設計、安裝接線工作量大為減少。 PLC的用戶程序大部分可在實驗室進行模擬調(diào)試，縮短了