PLC應用技術基礎知識課件

PLC應用技術基礎知識PLC應用技術基礎知識1

PLC的發(fā)展、分類及應用

產生

1定義1發(fā)展

1特點

1分類

1應用

返回本章首頁PLC的發(fā)展、分類及應用產生返回本章首頁1.1.1.PLC的產生

隨著社會的進步，工業(yè)的發(fā)展，控制對象越來越多，其邏輯關系也越來越復雜，用繼電器組成的控制系統(tǒng)就會變得非常龐大，從而造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定和造價昂貴。主要表現在：①當某個繼電器損壞、甚至繼電器的某觸點接觸不良都會影響系統(tǒng)的運行；②繼電器本身并不太貴，但控制柜內元件的安裝和接線工作量極大，造成系統(tǒng)價格偏高；③產品需要不斷地更新換代，生產設備的控制系統(tǒng)不斷地作相應的調整。但對龐大的系統(tǒng)而言，日常維護已很難，再作調整難度更大。1.1.1.PLC的產生隨著社會的進步，工業(yè)的解決問題的設想

鑒于以上問題，1968年美國通用汽車公司(GeneralMotors)向傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)：

設想是否能用一種新型的控制器，引入這種控制器后可使龐大的系統(tǒng)減小，并且能方便地進行修改、調整。按照這個宗旨，該公司向外公開招標，提出如下十大指標：

解決問題的設想鑒于以上問題，1968GE公司公開招標的十大指標：①.編程簡單，可在現場改程序；

②.維護方便，最好是插件式

；③.可靠性高于繼電器控制柜；

④.體積小于繼電器控制柜；⑤.成本低于繼電器控制柜；GE公司公開招標的十大指標：①.編程簡單，可在現場改程序；⑥.可將數據直接輸入計算機

；⑦.輸入可以是市電(AC110v)；

⑧.控制程序容量

≥4KB；⑨.輸出可驅動市電2A以下的負荷， 能直接驅動電磁閥

；⑩.擴展時，原有的系統(tǒng)僅作少許更改。

⑥.可將數據直接輸入計算機；結果這次招標引起了工業(yè)界的密切注視，吸引了不少大公司前來投標，最后DEC公司一舉中標，并于1969年研制成功第一臺PC，當時命名為PC(ProgrammableController)。這臺PLC投運到汽車生產線后，取得了極為滿意的效果，引發(fā)了效仿的熱潮，從此PLC技術得以迅猛的發(fā)展。結果這次招標引起了工業(yè)界的密切注視，吸引了不少大公司前來投標1.1.2PLC的定義及其術語

1.定義可編程序控制器是一種數字運算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境條件下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產過程。

1.1.2PLC的定義及其術語1.定義NEMA1987年作的定義

美國電氣制造協會（NEMA）1987年作的定義如下：“它是一種帶有指令存儲器、數字或模擬I/O接口，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數和算術運算功能，用于控制機器或生產過程的自動控制裝置?！盢EMA1987年作的定義美國電氣制造協會（NEM2.PLC~PC之爭PC(ProgrammableController)PC(PersonalComputer)PLC(ProgrammableLogicController)2.PLC~PC之爭PC(Pro3.常用術語

點數

指能夠輸入

/輸出開關量、模擬量的總個數。一般是4或8的倍數。

掃描周期

是指PLC執(zhí)行系統(tǒng)監(jiān)控程序、用戶程序、I/O刷新一次所用的時間。它直接反映PLC的響應速度，因此是PLC的重要指標之一，其單位是ms/kw(kb)。

3.常用術語點數發(fā)展

1.發(fā)展及現狀

2.發(fā)展趨勢

（1）與計算機聯系密切

（2）發(fā)展多樣化

（3）模塊化

（4）網絡與通信能力增強

（5）多樣化與標準化

（6）工業(yè)軟件發(fā)展迅速

返回本節(jié)發(fā)展1.發(fā)展及現狀返回本節(jié)特點

1.可靠性高、抗干擾能力強2.程序可變、具有柔性

3.編程簡單、使用方便4.功能強大、完善5.組合靈活、擴充方便6.減少了工作量

7.體積小、重量輕、環(huán)境要求低

8.

成本低、水平高

返回本節(jié)特點1.可靠性高、抗干擾能力強返回本節(jié)1、可靠性高、抗干擾能力強

故障原因設備故障原因外部環(huán)境、溫度、灰塵、有害氣體的影響由I/O線、電源線等引入的干擾振動、沖擊引起的器件損壞等輻射干擾電磁干擾存儲器信息的丟失、出錯內部元器件的老化、失效程序錯誤運行進入死循環(huán)1、可靠性高、抗干擾能力強故障原因設備故障外部環(huán)境、溫度、解決方法硬件常規(guī)手段：優(yōu)質元器件，合理的系統(tǒng)結構隔離：I/O電路光電隔離，無電氣回路的聯接點濾波：對供電系統(tǒng)及輸入回路采用模擬量濾波和數字濾波屏蔽：導電、導磁性能良好的材料，防電磁波輻射的干擾增強電源的適應性：開關電源采用模塊式結構：一旦某模塊有故障，能迅速更換解決方法硬件解決方法軟件設置警戒時鐘WDT(看門狗)系統(tǒng)軟件對用戶軟件自動進行檢查

掉電保護

自檢

解決方法軟件2．

程序可變、具有柔性

生產工藝或設備改變后，在原設計的PLC功能備用量夠用的情況下，可不變PLC的硬件，只要改編控制程序即可。這點就充分體現了PLC具有繼電器控制系統(tǒng)所不具備和無可比擬的優(yōu)點。故PLC除應用于單機控制外，還在柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMC)、工廠自動化(FA)中被大量采用。

2．程序可變、具有柔性生產工藝或設備改變后，在原3．

編程簡單、使用方便

PLC采用與繼電器控制邏輯圖非常接近的“梯形圖”進行編程，這種編程方法既具備傳統(tǒng)控制線路的易懂易編，清晰直觀優(yōu)點，又顧及了多數電氣技術人員的讀圖習慣和微機應用水平，易于被大眾接受，因此受到普遍歡迎，這種面向生產的編程方法與目前微機控制中常用的匯編語言或高級語言編程相比，其優(yōu)點是顯而易見的。為進一步優(yōu)化編程，PLC還針對實際問題設計了諸如步進順控指令、移位指令、鼓形控制器等功能性指令，減少編程工作量，加快了開發(fā)速度。

3．編程簡單、使用方便4．

功能完善

現代的PLC還具有數字量及模擬量的輸入輸出、邏輯和算術運算、定時、計數、順序檢測、功率驅動、聯網通信、人機對話、自檢、記錄和顯示等功能，使控制系統(tǒng)的水平大大提高，功能更加完善。

4．功能完善現代的PLC還具有數字量及模擬量的輸5．

組合靈活、擴充方便

PLC除摸塊化外，還具有各種擴充單元，I/O點數及各種I/O方式、I/O量均可選擇，可以方便地適應不同的控制對象。5．組合靈活、擴充方便PLC除摸塊化外，還具6．

減少了工作量

由于PLC是采用軟件編程來實現控制功能的，而繼電器控制采用硬接線來實現。這就減少了設計、施工的工作量。同時，PLC能事先進行摸擬調試并且具有很強的監(jiān)視功能，所以系統(tǒng)的調試、檢修、維護的工作量得到大大地減少。

6．減少了工作量由于PLC是采用軟件編程來實現控7．

體積小、重量輕、環(huán)境要求低

由于PLC是專為工控而設計的專用計算機，所以其結構緊密、堅固、體積小巧、功能齊全，能直接投運在惡劣的工作環(huán)境。一般PLC的功能若用繼電器來實現，需用3至4個高的大繼電器控制柜。7．體積小、重量輕、環(huán)境要求低由于PLC是專為工8．

成本低、水平高

PLC功能強大，使得控制系統(tǒng)的費用大量降低。

PLC具有易修改性、高可靠性、易擴展性、易維護性，降低了日常運行的檢修、維修工作量。

PLC安裝調試方便，開發(fā)、調試周期短，從而降低了設計、開發(fā)、安裝、調試的工作量。PLC靠軟件編程實現控制功能，硬件及其備件均具有通用性，也減少了采購的時間和費用。體積小、功能強，所以占地少、耗電小，每年節(jié)省的電費就可將投資收回。

PLC是一種專用工控計算機，實現了智能控制，從而使得控制水平上了新臺階，并且具有聯網功能，很易構成綜合控制系統(tǒng)。

8．成本低、水平高PLC功能強大，使得控制系統(tǒng)的費用大量分類

1.從結構上可編程序控制器從結構上可分為整體式和模塊式。2.從規(guī)模上按PLC的輸入輸出點數可分為小型、中型和大型。

返回本節(jié)分類1.從結構上返回本節(jié)應用

1.工業(yè)1）開關量控制，如邏輯、定時、計數、順序等；2）模擬量控制，部分PLC或功能模塊具有PID控制功能，可實現過程控制；3）監(jiān)控，用PLC可構成數據采集和處理的監(jiān)控系統(tǒng)；4）建立工業(yè)網絡，為適應復雜的控制任務且節(jié)省資源，可采用單級網絡或多級分布式控制系統(tǒng)。2.其他行業(yè)可編程序控制器在其他行業(yè)的應用也日益廣泛：在國防和民用，如建筑，環(huán)保，家用電器等。返回本節(jié)應用1.工業(yè)返回本節(jié)結構和工作原理結構

工作原理

返回本章首頁結構和工作原理結構返回本章首頁結構

PLC專為工業(yè)場合設計，采用了典型的計算機結構，主要是由CPU、電源、存儲器和專門設計的輸入輸出接口電路等組成。圖為一典型PLC結構簡圖。圖結構簡圖結構PLC專為工業(yè)場合設計，采用了典型的計算機結構，主要一.中央處理單元

中央處理單元（CPU）一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片上。

CPU的主要功能：(1)控制用戶程序和數據的接收和存儲(2)用掃描的方式通過I/O部件接收現場信號的狀態(tài)和數據,并存入輸入映像寄存器或數據存儲器中(3)診斷PLC內部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等(4)根據運算結果,更新有關標志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內容,再經輸出部件實現輸出控制,制表或數據通信等功能一.中央處理單元中央處理單元（CPU）一般由控制器、運算二.存儲器

系統(tǒng)程序存儲器(1)系統(tǒng)管理程序(2)用戶指令解釋程序(3)標準程序模塊與系統(tǒng)調用用戶程序存儲器

數據表存儲器

(I/O映像存儲器)

二.存儲器系統(tǒng)程序存儲器PLC的I/O部分，因用戶的需求不同有各種不同的組合方式

開關量I/O模塊模擬量I/O模塊數字量I/O模塊高速計數模塊精確定時模塊快速響應模塊中斷控制模塊PID模塊位置控制模塊軸向定位模塊通信模塊。

以下我們詳細介紹三.輸入輸出單元

PLC的I/O部分，因用戶的需求不同有各種不開關量I/O模塊(部分)

(1)開關量輸入模塊開關量輸入模塊的作用：接收現場設備的狀態(tài)信號、控制命令等，如限位開關、操作按鈕等，并且將此開關量信號轉換成CPU能接收和處理的數字量信號。開關量輸出模塊的作用：將經過CPU處理過的結果轉換成開關量信號送到被控設備的控制回路去，以驅動閥門執(zhí)行器、電動機的啟動器和燈光顯示等設備。開關量I/O模塊的特性僅有通、斷兩種狀態(tài)；用發(fā)光二極管在面板上顯示。輸入電壓等級、4~64點/模塊；外部引線連接在模塊面板的接線端子上；（有些模塊使用插座型端子板，在不拆去外部連線的情況下，可迅速地更換模塊，便于安裝、檢修）

開關量I/O模塊(部分)(1)開關量輸入模塊開關量輸入模塊的幾種型式（1）開關量輸入模塊圖2.2直流輸入電路圖開關量輸入模塊的幾種型式（1）開關量輸入模塊圖2.2直開關量輸入模塊的幾種型式（1）開關量輸入模塊圖交流輸入電路圖開關量輸入模塊的幾種型式（1）開關量輸入模塊圖交流輸入電通常PLC的輸入類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內部提供。圖和圖分別為一種型號PLC的直流和交流輸入接口電路的電路圖，采用的是外接電源。圖描述了一個輸入點的接口電路。其輸入電路的一次電路與二次電路用光耦合器相連，當行程開關閉合時，輸入電路和一次電路接通，上面的發(fā)光管用于對外顯示，同時光耦合器中的發(fā)光管使三極管導通，信號進入內部電路，此輸入點對應的位由0變?yōu)?。即輸入映像寄存器的對應位由0變?yōu)?。通常PLC的輸入類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源(2)開關量輸入模塊的主要技術指標①

輸入電壓：指PLC外接電源的電壓值。②輸入點數：指輸入模塊開關量輸入的個數。③AC頻率：指輸入電壓的工作頻率，一般為50~60Hz。④輸入電流：指開關閉合時，流入模塊內的電流。一般為5~10mA。⑤輸入阻抗：指輸入電路的等效阻抗。⑥ON電壓：指邏輯“1”之電壓值，開關接通時為“1”。⑦OFF電壓：指邏輯“0”之電壓值，開關斷開時為“0”。⑧OFF→ON的響應時間：指開關由斷→通時，導致內部邏輯由“0”→“1”的變化時間。⑨ON→OFF的響應時間：指開關由通→斷時，導致內部邏輯由“1”→“0”的變化時間。⑩內部功耗：指整個模塊所消耗的最大功率。(2)開關量輸入模塊的主要技術指標①輸入電壓：指PLC外接繼電器輸出晶體管輸出可控硅輸出(2)開關量輸出模塊

每個輸出點均有：LED發(fā)光管、隔離元件（光電管/繼電器)、功率驅動元件輸出保護電路

三個PN結、整流、開關繼電器輸出(2)開關量輸出模塊 每個輸出點均有：三個PN結繼電器輸出J↘～▽+∨↗↗100Ω0.02uf∨負載(a)繼電器輸出J△繼電器輸出J↘～▽+∨↗↗100Ω0.02uf∨負載(a)↘▽↗↗↗↗△↘24v負載(b)晶體管輸出▽晶體管輸出↘▽↗↗↗↗△↘24v負載(b)晶體管輸出▽晶體管輸出～▽↗↗0.01uf∨470Ω(c)SSR/可控硅輸出負載∧∨▽↗↗可控硅輸出～▽↗↗0.01uf∨470Ω(c)SSR/可控硅輸出負四、編程工具

簡易編程器圖形編程器

用專用編程軟件在個人計算機(PC)上實現編程功能

四、編程工具簡易編程器五、電源

電源是PLC最重要的部分之一，是正常工作的首要條件。當電網有強烈波動遭強干擾時，輸出電壓要保持平穩(wěn)。因此在PLC的電源中要加入許多穩(wěn)壓抗擾措施，如浪涌吸收器、隔離變壓器、開關電源技術等。

五、電源電源是PLC最重要的部分之一，是正常工作的首工作原理一.循環(huán)掃描PLC采用循環(huán)掃描工作方式，這個工作過程一般包括五個階段：內部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，其工作過程如圖所示。圖中當PLC方式開關置于RUN（運行）時，執(zhí)行所有階段；當方式開關置于STOP（停止）時，不執(zhí)行后3個階段，此時可進行通信處理，如對PLC聯機或離線編程。工作原理一.循環(huán)掃描圖2.4工作原理圖圖2.4工作原理圖可編程序控制器的輸入處理、執(zhí)行用戶程序和輸出處理過程的原理如圖所示。PLC執(zhí)行的五個階段，稱為一個掃描周期，PLC完成一個周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復始地進行?？删幊绦蚩刂破鞯妮斎胩幚?、執(zhí)行用戶程序和輸出處理過程的原理如圖程序執(zhí)行原理圖圖程序執(zhí)行原理圖舉例I/O狀態(tài)表點狀態(tài)X000Y000Y010Y020……×Y00Y01Y02輸入端子輸出端子KA3HLKA1KA2Y00Y01Y02Y01X00Y01……用戶程序LDY01OUTY00LDX00OUTY00LDY01OUTY02I/O刷新程序執(zhí)行圖2-7掃描過程示意圖X00SB1舉例I/O狀態(tài)表點狀態(tài)X000Y000四.與計算機的異同

相同點：（1）基本結構相同

（2）程序執(zhí)行原理相同

不同點：

兩者的不同點主要體現在工作方式上。四.與計算機的異同相同點：五.與繼電接觸器的異同

相同點：圖形結構和邏輯關系相同。

不同點：（1）實現原理不同（2）工作方式不同返回本節(jié)五.與繼電接觸器的異同相同點：返回本節(jié)技術性能指標

1.外形尺寸

2.輸入輸出點數

3.機器字長

4.速度5.指令系統(tǒng)6.存儲器容量7.擴展性8.通信功能

返回本章首頁技術性能指標1.外形尺寸返回本章首頁編程語言1.4.1編程語言簡介1.4.2梯形圖使用的符號、概念及注意事項返回本章首頁編程語言1.4.1編程語言簡介返回本章首頁1.4.1編程語言簡介一、梯形圖它是由原繼電器控制系統(tǒng)演變而來，與電氣邏輯控制原理圖非常相似，形象、直觀實用，是PLC的主要編程語言，絕大多數PLC均具有這種編程語言，下一節(jié)將對此作重點介紹。1.4.1編程語言簡介一、梯形圖二、助記符

助記符也稱語句表達式，它與計算機的匯編語言很相似，但比匯編語言簡單得多。PLC簡易編程器沒有梯形圖編程功能，必須把梯形圖翻譯成助記符指令后再輸入PLC。微型、小型PLC常采用這種方法，故助記符也是一種用得最多的編程語言。助記符是用若干個容易記憶的字符來代表PLC的某種操作功能。各PLC生產廠家使用的助記符不盡相同。

二、助記符助記符也稱語句表達式，它與計算機的匯編語三、布爾表達式

它是一種找出輸入量、輔助量(內部元件)、輸出量之間關系，用布爾表達式或邏輯方程表達出來的編程方法。現今有少部分PLC采用這種編程方法，它配有專用的布爾表達式編程器。布爾表達式編程法也是一種較好的編程方法，若沒有專用編程器，采用此法先找出系統(tǒng)的布爾表達式組，然后再轉換成梯形圖編程。

三、布爾表達式它是一種找出輸入量、輔助量(內部元件四、功能塊圖

(Functionblockdiagram)

這是一種建立在布爾表達式之上的圖形語言。實質上是一種將邏輯表達式用類似于“與”、“或”、“非”等邏輯電路結構圖表達出來的圖形編程語言。這種編程語言及專用編程器也只有少量PLC機型采用。例如西門子公司的S5系列PLC采用STEP編程語言，它就有功能塊圖編程法。四、功能塊圖(Functionblockdiagra五、功能表圖

(Functionchart)

也稱順序功能表圖

(SequenceFunctionchart)，簡稱SFC。它是一種位于前述4種編程語言之上的一種圖形語言，用來編制較為復雜的順序控制程序。對較復雜的控制系統(tǒng)用梯形圖作程序設計，存在如下問題：

設計方法很難掌握且設計周期長

裝置投運后維護、修改困難。

五、功能表圖(Functionchart)1.4.2梯形圖使用的符號、概念及注意事項

前面曾講過，梯形圖與繼電器邏輯圖的設計思想是一致的，具體表達方式有點區(qū)別。PLC的梯形圖使用的是“軟元件”(I點、O點、內部輔助繼電器、計數器等)。是PLC存儲器中的某一位，由軟件(用戶程序)實現邏輯運算，使用和修改靈活方便。靠硬接線組成邏輯運算的繼電器控制線路是無法與之相比的。

1.4.2梯形圖使用的符號、概念及注意事項前面曾一、梯形圖中的符號、概念

母線：梯形圖的兩側各有1垂直的公共母線(Busbar)，母線之間是觸點和線圈

觸點：PLC內部的I/O繼電器、輔助繼電器、特殊功能繼電器、定時器、計數器、移位寄存的常開/閉觸點，都用表3-2所示的符號表示，通常用字母數字串或

I/O地址標注。觸點實質上是讀存儲器中某1位，其邏輯狀態(tài)與通斷狀態(tài)間的關系見表

一、梯形圖中的符號、概念母線：梯形圖的兩側各有1垂直的公共繼電器線圈

對PLC內部存儲器中的某一位寫操作時，這一位便是繼電器線圈，用表3-2中的符號表示，通常用字母數字串，輸出點地址，存儲器地址標注，線圈一般有輸出繼電器線圈、輔助繼電器線圈。它們不是物理繼電器，而僅是存儲器中的1bit。一個繼電器線圈在整個用戶程序中只能使用一次(寫)，但它還可當作該繼電器的觸點在程序中的其它地方無限次引用(讀)，既可常開，也可常閉。繼電器線圈放置在梯形圖的右側。

繼電器線圈對PLC內部存儲器中的某一位寫操作時，這能流

能流是梯形圖中的“概念電流”，利用“電流”這個概念可幫助我們更好地理解和分析梯形圖。假想在梯形圖垂直母線的左、右兩側加上DC電源的正、負極，“概念電流”從左→右流動，反之不行。

能流能流是梯形圖中的“概念電流”，利用“電流”這個二、梯形圖使用應注意事項：

(1)梯形圖中的觸點、線圈不是物理觸點和線圈，而是存儲器中的某1位。(2)用戶程序的運算是根據PLC的I/O狀態(tài)表存儲器中的內容，而不是外部I/O開關的狀態(tài)。

(3)梯形圖中用戶邏輯運算結果，可以立即被后面用戶程序所引用。

(4)輸出線圈只對應輸出狀態(tài)表存儲器中的相應位，并不是用該編程元件直接驅動現場執(zhí)行機構。該位的狀態(tài)是通過輸出刷新，輸出到輸出模塊上，控制對應的輸出元件(繼電器、可控硅、晶體管)，是輸出元件驅動現場執(zhí)行機構。(5)PLC內部輔助繼電器線圈不能做輸出控制用，它們只是PLC內部存儲器中的一位，起中間暫存作用。

二、梯形圖使用應注意事項：(1)梯形圖中的觸點、線圈不是物(6)觸點和線圈只能作水平元件用，不能作垂直元件用。(7)梯形圖中能流總是從左到右流動。在兩行觸點的垂直短路線上，能流可上→下，也可下→上流動。圖3-2中虛線那樣的路徑不會成為能流的流動路徑，這點與繼電器邏輯圖有較大的差別。

(8)梯形圖網絡可由多個支路組成，每個支路可容納多個編程元件。每個網絡允許的支路條數、每條支路容納的元件的個數，各PLC限制不一樣。1234512341354123456(a)錯誤的(b)正確的圖3-2能流路徑說明圖3-1梯形圖舉例1

(6)觸點和線圈只能作水平元件用，不能作垂直元件用。1234ThankYou!不盡之處，懇請指正！ThankYou!不盡之處，懇請指正！62ThankYou!不盡之處，懇請指正！ThankYou!不盡之處，懇請指正！63PLC應用技術基礎知識PLC應用技術基礎知識64

PLC的發(fā)展、分類及應用

產生

1定義1發(fā)展

1特點

1分類

1應用

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隨著社會的進步，工業(yè)的發(fā)展，控制對象越來越多，其邏輯關系也越來越復雜，用繼電器組成的控制系統(tǒng)就會變得非常龐大，從而造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定和造價昂貴。主要表現在：①當某個繼電器損壞、甚至繼電器的某觸點接觸不良都會影響系統(tǒng)的運行；②繼電器本身并不太貴，但控制柜內元件的安裝和接線工作量極大，造成系統(tǒng)價格偏高；③產品需要不斷地更新換代，生產設備的控制系統(tǒng)不斷地作相應的調整。但對龐大的系統(tǒng)而言，日常維護已很難，再作調整難度更大。1.1.1.PLC的產生隨著社會的進步，工業(yè)的解決問題的設想

鑒于以上問題，1968年美國通用汽車公司(GeneralMotors)向傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)：

設想是否能用一種新型的控制器，引入這種控制器后可使龐大的系統(tǒng)減小，并且能方便地進行修改、調整。按照這個宗旨，該公司向外公開招標，提出如下十大指標：

解決問題的設想鑒于以上問題，1968GE公司公開招標的十大指標：①.編程簡單，可在現場改程序；

②.維護方便，最好是插件式

；③.可靠性高于繼電器控制柜；

④.體積小于繼電器控制柜；⑤.成本低于繼電器控制柜；GE公司公開招標的十大指標：①.編程簡單，可在現場改程序；⑥.可將數據直接輸入計算機

；⑦.輸入可以是市電(AC110v)；

⑧.控制程序容量

≥4KB；⑨.輸出可驅動市電2A以下的負荷， 能直接驅動電磁閥

；⑩.擴展時，原有的系統(tǒng)僅作少許更改。

⑥.可將數據直接輸入計算機；結果這次招標引起了工業(yè)界的密切注視，吸引了不少大公司前來投標，最后DEC公司一舉中標，并于1969年研制成功第一臺PC，當時命名為PC(ProgrammableController)。這臺PLC投運到汽車生產線后，取得了極為滿意的效果，引發(fā)了效仿的熱潮，從此PLC技術得以迅猛的發(fā)展。結果這次招標引起了工業(yè)界的密切注視，吸引了不少大公司前來投標1.1.2PLC的定義及其術語

1.定義可編程序控制器是一種數字運算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境條件下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產過程。

1.1.2PLC的定義及其術語1.定義NEMA1987年作的定義

美國電氣制造協會（NEMA）1987年作的定義如下：“它是一種帶有指令存儲器、數字或模擬I/O接口，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數和算術運算功能，用于控制機器或生產過程的自動控制裝置。”NEMA1987年作的定義美國電氣制造協會（NEM2.PLC~PC之爭PC(ProgrammableController)PC(PersonalComputer)PLC(ProgrammableLogicController)2.PLC~PC之爭PC(Pro3.常用術語

點數

指能夠輸入

/輸出開關量、模擬量的總個數。一般是4或8的倍數。

掃描周期

是指PLC執(zhí)行系統(tǒng)監(jiān)控程序、用戶程序、I/O刷新一次所用的時間。它直接反映PLC的響應速度，因此是PLC的重要指標之一，其單位是ms/kw(kb)。

3.常用術語點數發(fā)展

1.發(fā)展及現狀

2.發(fā)展趨勢

（1）與計算機聯系密切

（2）發(fā)展多樣化

（3）模塊化

（4）網絡與通信能力增強

（5）多樣化與標準化

（6）工業(yè)軟件發(fā)展迅速

返回本節(jié)發(fā)展1.發(fā)展及現狀返回本節(jié)特點

1.可靠性高、抗干擾能力強2.程序可變、具有柔性

3.編程簡單、使用方便4.功能強大、完善5.組合靈活、擴充方便6.減少了工作量

7.體積小、重量輕、環(huán)境要求低

8.

成本低、水平高

返回本節(jié)特點1.可靠性高、抗干擾能力強返回本節(jié)1、可靠性高、抗干擾能力強

故障原因設備故障原因外部環(huán)境、溫度、灰塵、有害氣體的影響由I/O線、電源線等引入的干擾振動、沖擊引起的器件損壞等輻射干擾電磁干擾存儲器信息的丟失、出錯內部元器件的老化、失效程序錯誤運行進入死循環(huán)1、可靠性高、抗干擾能力強故障原因設備故障外部環(huán)境、溫度、解決方法硬件常規(guī)手段：優(yōu)質元器件，合理的系統(tǒng)結構隔離：I/O電路光電隔離，無電氣回路的聯接點濾波：對供電系統(tǒng)及輸入回路采用模擬量濾波和數字濾波屏蔽：導電、導磁性能良好的材料，防電磁波輻射的干擾增強電源的適應性：開關電源采用模塊式結構：一旦某模塊有故障，能迅速更換解決方法硬件解決方法軟件設置警戒時鐘WDT(看門狗)系統(tǒng)軟件對用戶軟件自動進行檢查

掉電保護

自檢

解決方法軟件2．

程序可變、具有柔性

生產工藝或設備改變后，在原設計的PLC功能備用量夠用的情況下，可不變PLC的硬件，只要改編控制程序即可。這點就充分體現了PLC具有繼電器控制系統(tǒng)所不具備和無可比擬的優(yōu)點。故PLC除應用于單機控制外，還在柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMC)、工廠自動化(FA)中被大量采用。

2．程序可變、具有柔性生產工藝或設備改變后，在原3．

編程簡單、使用方便

PLC采用與繼電器控制邏輯圖非常接近的“梯形圖”進行編程，這種編程方法既具備傳統(tǒng)控制線路的易懂易編，清晰直觀優(yōu)點，又顧及了多數電氣技術人員的讀圖習慣和微機應用水平，易于被大眾接受，因此受到普遍歡迎，這種面向生產的編程方法與目前微機控制中常用的匯編語言或高級語言編程相比，其優(yōu)點是顯而易見的。為進一步優(yōu)化編程，PLC還針對實際問題設計了諸如步進順控指令、移位指令、鼓形控制器等功能性指令，減少編程工作量，加快了開發(fā)速度。

3．編程簡單、使用方便4．

功能完善

現代的PLC還具有數字量及模擬量的輸入輸出、邏輯和算術運算、定時、計數、順序檢測、功率驅動、聯網通信、人機對話、自檢、記錄和顯示等功能，使控制系統(tǒng)的水平大大提高，功能更加完善。

4．功能完善現代的PLC還具有數字量及模擬量的輸5．

組合靈活、擴充方便

PLC除摸塊化外，還具有各種擴充單元，I/O點數及各種I/O方式、I/O量均可選擇，可以方便地適應不同的控制對象。5．組合靈活、擴充方便PLC除摸塊化外，還具6．

減少了工作量

由于PLC是采用軟件編程來實現控制功能的，而繼電器控制采用硬接線來實現。這就減少了設計、施工的工作量。同時，PLC能事先進行摸擬調試并且具有很強的監(jiān)視功能，所以系統(tǒng)的調試、檢修、維護的工作量得到大大地減少。

6．減少了工作量由于PLC是采用軟件編程來實現控7．

體積小、重量輕、環(huán)境要求低

由于PLC是專為工控而設計的專用計算機，所以其結構緊密、堅固、體積小巧、功能齊全，能直接投運在惡劣的工作環(huán)境。一般PLC的功能若用繼電器來實現，需用3至4個高的大繼電器控制柜。7．體積小、重量輕、環(huán)境要求低由于PLC是專為工8．

成本低、水平高

PLC功能強大，使得控制系統(tǒng)的費用大量降低。

PLC具有易修改性、高可靠性、易擴展性、易維護性，降低了日常運行的檢修、維修工作量。

PLC安裝調試方便，開發(fā)、調試周期短，從而降低了設計、開發(fā)、安裝、調試的工作量。PLC靠軟件編程實現控制功能，硬件及其備件均具有通用性，也減少了采購的時間和費用。體積小、功能強，所以占地少、耗電小，每年節(jié)省的電費就可將投資收回。

PLC是一種專用工控計算機，實現了智能控制，從而使得控制水平上了新臺階，并且具有聯網功能，很易構成綜合控制系統(tǒng)。

8．成本低、水平高PLC功能強大，使得控制系統(tǒng)的費用大量分類

1.從結構上可編程序控制器從結構上可分為整體式和模塊式。2.從規(guī)模上按PLC的輸入輸出點數可分為小型、中型和大型。

返回本節(jié)分類1.從結構上返回本節(jié)應用

1.工業(yè)1）開關量控制，如邏輯、定時、計數、順序等；2）模擬量控制，部分PLC或功能模塊具有PID控制功能，可實現過程控制；3）監(jiān)控，用PLC可構成數據采集和處理的監(jiān)控系統(tǒng)；4）建立工業(yè)網絡，為適應復雜的控制任務且節(jié)省資源，可采用單級網絡或多級分布式控制系統(tǒng)。2.其他行業(yè)可編程序控制器在其他行業(yè)的應用也日益廣泛：在國防和民用，如建筑，環(huán)保，家用電器等。返回本節(jié)應用1.工業(yè)返回本節(jié)結構和工作原理結構

工作原理

返回本章首頁結構和工作原理結構返回本章首頁結構

PLC專為工業(yè)場合設計，采用了典型的計算機結構，主要是由CPU、電源、存儲器和專門設計的輸入輸出接口電路等組成。圖為一典型PLC結構簡圖。圖結構簡圖結構PLC專為工業(yè)場合設計，采用了典型的計算機結構，主要一.中央處理單元

中央處理單元（CPU）一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片上。

CPU的主要功能：(1)控制用戶程序和數據的接收和存儲(2)用掃描的方式通過I/O部件接收現場信號的狀態(tài)和數據,并存入輸入映像寄存器或數據存儲器中(3)診斷PLC內部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等(4)根據運算結果,更新有關標志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內容,再經輸出部件實現輸出控制,制表或數據通信等功能一.中央處理單元中央處理單元（CPU）一般由控制器、運算二.存儲器

系統(tǒng)程序存儲器(1)系統(tǒng)管理程序(2)用戶指令解釋程序(3)標準程序模塊與系統(tǒng)調用用戶程序存儲器

數據表存儲器

(I/O映像存儲器)

二.存儲器系統(tǒng)程序存儲器PLC的I/O部分，因用戶的需求不同有各種不同的組合方式

開關量I/O模塊模擬量I/O模塊數字量I/O模塊高速計數模塊精確定時模塊快速響應模塊中斷控制模塊PID模塊位置控制模塊軸向定位模塊通信模塊。

以下我們詳細介紹三.輸入輸出單元

PLC的I/O部分，因用戶的需求不同有各種不開關量I/O模塊(部分)

(1)開關量輸入模塊開關量輸入模塊的作用：接收現場設備的狀態(tài)信號、控制命令等，如限位開關、操作按鈕等，并且將此開關量信號轉換成CPU能接收和處理的數字量信號。開關量輸出模塊的作用：將經過CPU處理過的結果轉換成開關量信號送到被控設備的控制回路去，以驅動閥門執(zhí)行器、電動機的啟動器和燈光顯示等設備。開關量I/O模塊的特性僅有通、斷兩種狀態(tài)；用發(fā)光二極管在面板上顯示。輸入電壓等級、4~64點/模塊；外部引線連接在模塊面板的接線端子上；（有些模塊使用插座型端子板，在不拆去外部連線的情況下，可迅速地更換模塊，便于安裝、檢修）

開關量I/O模塊(部分)(1)開關量輸入模塊開關量輸入模塊的幾種型式（1）開關量輸入模塊圖2.2直流輸入電路圖開關量輸入模塊的幾種型式（1）開關量輸入模塊圖2.2直開關量輸入模塊的幾種型式（1）開關量輸入模塊圖交流輸入電路圖開關量輸入模塊的幾種型式（1）開關量輸入模塊圖交流輸入電通常PLC的輸入類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內部提供。圖和圖分別為一種型號PLC的直流和交流輸入接口電路的電路圖，采用的是外接電源。圖描述了一個輸入點的接口電路。其輸入電路的一次電路與二次電路用光耦合器相連，當行程開關閉合時，輸入電路和一次電路接通，上面的發(fā)光管用于對外顯示，同時光耦合器中的發(fā)光管使三極管導通，信號進入內部電路，此輸入點對應的位由0變?yōu)?。即輸入映像寄存器的對應位由0變?yōu)?。通常PLC的輸入類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源(2)開關量輸入模塊的主要技術指標①

輸入電壓：指PLC外接電源的電壓值。②輸入點數：指輸入模塊開關量輸入的個數。③AC頻率：指輸入電壓的工作頻率，一般為50~60Hz。④輸入電流：指開關閉合時，流入模塊內的電流。一般為5~10mA。⑤輸入阻抗：指輸入電路的等效阻抗。⑥ON電壓：指邏輯“1”之電壓值，開關接通時為“1”。⑦OFF電壓：指邏輯“0”之電壓值，開關斷開時為“0”。⑧OFF→ON的響應時間：指開關由斷→通時，導致內部邏輯由“0”→“1”的變化時間。⑨ON→OFF的響應時間：指開關由通→斷時，導致內部邏輯由“1”→“0”的變化時間。⑩內部功耗：指整個模塊所消耗的最大功率。(2)開關量輸入模塊的主要技術指標①輸入電壓：指PLC外接繼電器輸出晶體管輸出可控硅輸出(2)開關量輸出模塊

每個輸出點均有：LED發(fā)光管、隔離元件（光電管/繼電器)、功率驅動元件輸出保護電路

三個PN結、整流、開關繼電器輸出(2)開關量輸出模塊 每個輸出點均有：三個PN結繼電器輸出J↘～▽+∨↗↗100Ω0.02uf∨負載(a)繼電器輸出J△繼電器輸出J↘～▽+∨↗↗100Ω0.02uf∨負載(a)↘▽↗↗↗↗△↘24v負載(b)晶體管輸出▽晶體管輸出↘▽↗↗↗↗△↘24v負載(b)晶體管輸出▽晶體管輸出～▽↗↗0.01uf∨470Ω(c)SSR/可控硅輸出負載∧∨▽↗↗可控硅輸出～▽↗↗0.01uf∨470Ω(c)SSR/可控硅輸出負四、編程工具

簡易編程器圖形編程器

用專用編程軟件在個人計算機(PC)上實現編程功能

四、編程工具簡易編程器五、電源

電源是PLC最重要的部分之一，是正常工作的首要條件。當電網有強烈波動遭強干擾時，輸出電壓要保持平穩(wěn)。因此在PLC的電源中要加入許多穩(wěn)壓抗擾措施，如浪涌吸收器、隔離變壓器、開關電源技術等。

五、電源電源是PLC最重要的部分之一，是正常工作的首工作原理一.循環(huán)掃描PLC采用循環(huán)掃描工作方式，這個工作過程一般包括五個階段：內部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，其工作過程如圖所示。圖中當PLC方式開關置于RUN（運行）時，執(zhí)行所有階段；當方式開關置于STOP（停止）時，不執(zhí)行后3個階段，此時可進行通信處理，如對PLC聯機或離線編程。工作原理一.循環(huán)掃描圖2.4工作原理圖圖2.4工作原理圖可編程序控制器的輸入處理、執(zhí)行用戶程序和輸出處理過程的原理如圖所示。PLC執(zhí)行的五個階段，稱為一個掃描周期，PLC完成一個周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復始地進行?？删幊绦蚩刂破鞯妮斎胩幚?、執(zhí)行用戶程序和輸出處理過程的原理如圖程序執(zhí)行原理圖圖程序執(zhí)行原理圖舉例I/O狀態(tài)表點狀態(tài)X000Y000Y010Y020……×Y00Y01Y02輸入端子輸出端子KA3HLKA1KA2Y00Y01Y02Y01X00Y01……用戶程序LDY01OUTY00LDX00OUTY00LDY01OUTY02I/O刷新程序執(zhí)行圖2-7掃描過程示意圖X00SB1舉例I/O狀態(tài)表點狀態(tài)X000Y000四.與計算機的異同

相同點：（1）基本結構相同

（2）程序執(zhí)行原理相同

不同點：

兩者的不同點主要體現在工作方式上。四.與計算機的異同相同點：五.與繼電接觸器的異同

相同點：圖形結構和邏輯關系相同。

不同點：（1）實現原理不同（2）工作方式不同返回本節(jié)五.與繼電接觸器的異同相同點：返回本節(jié)技術性能指標

1.外形尺寸

2.輸入輸出點數

3.機器字長

4.速度5.指令系統(tǒng)6.存儲器容量7.擴展性8.通信功能

返回本章首頁技術性能指標1.外形尺寸返回本章首頁編程語言1.4.1編程語言簡介1.4.2梯形圖使用的符號、概念及注意事項返回本章首頁編程語言1.4.1編程語言簡介返回本章首頁1.4.1編程語言簡介一、梯形圖它是由原繼電器控制系統(tǒng)演變而來，與電氣邏輯控制原理圖非常相似，形象、直觀實用，是PLC的主要編程語言，絕大多數PLC均具有這種編程語言，下一節(jié)將對此作重點介紹。1.4.1編程語言簡介一、梯形圖二、助記符

助記符也稱語句表達式，它與計算機的匯編語言很相似，但比匯編語言簡單得多。PLC簡易編程器沒有梯形圖編程功能，必須把梯形圖翻譯成助記符指令后再輸入PLC。微型、小型PLC常采用這種方法，故助記符也是一種用得最多的編程語言。助記符是用若干個容易記憶的字符來代表PLC的某種操作功能。各PLC生產廠家使用的助記符不盡相同。

二、助記符助記符也稱語句表達式，它與計算機的匯編語三、布爾表達式

它是一種找出輸入量、輔助量(內部元件)、輸出量之間關系，用布爾表達式或邏輯方程表達出來的編程方法?，F今有少部分PLC采用這種編程方法，它配有專用的布爾表達式編程器。布爾表達式編程法也是一種較好的編程方法，若沒有專用編程器，采用此法先找出系統(tǒng)的布爾表達式組，然后