第九章 可編程序控制器-1

可編程控制器原理及應(yīng)用

ProgrammableLogicController(PLC)

ProgrammableController(PC)可編程控制器是在繼電器控制和計算機控制的基礎(chǔ)上，逐步發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。§1

概述一、發(fā)展概況PLC可編程控制器二、PLC的品牌產(chǎn)品三菱：FX1S、FX1N、FX2N、Q、A系列日立：E、EC、EM、EMII、H、EH-150、MICRO-EH系列東芝：EX20EX40系列富士：NB、NJ、NS、SPB系列松下：FP0、FP1、FP2、FP2SH、FP3、FPM、FPC、FP5、

FP10、FP10S、FP10SH系列歐姆龍：CPM1A、CPM2A、C200H、CQM1、CQM1A、

CJ系列SIEMENS：SIMATICS7-200S7-300S7-400系列施耐德：Twido系列通用：GE-I系列德洲儀器：TI100系列LG：K10、K30、K60、K80、K100、K120、K120S（E）、

K200、K300、K1000系列二、PLC的品牌產(chǎn)品三、主要功能

1.邏輯控制可編程序控制器具有邏輯運算功能，它設(shè)置有“與”、“或“、“非”等邏輯運算指令，能夠描述繼電器觸點的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連接。因此它可以代替繼電器進行組合邏輯和順序邏輯控制。

2.定時控制可編程序控制器具有定時控制功能。它為用戶提供若干個定時器并設(shè)置了定時指令。定時時間可由用戶在編程時設(shè)定，并能在運行中被讀出與修改，定時時間的最小單位也可在一定的范圍內(nèi)進行選擇，因此，使用靈活，操作方便。

3.計數(shù)控制可編程序控制器具有計數(shù)控制功能。它為用戶提供若干個計數(shù)器并設(shè)置了記數(shù)指令。計數(shù)值可由用戶在編程時設(shè)定，并能在運行中被讀出與修改，有些可編程序控制器還設(shè)置了加計數(shù)、減計數(shù)兩種不同的記數(shù)方式。

4.A/D、D/A轉(zhuǎn)換大多數(shù)可編程序控制器還具有摸/數(shù)（A/D）和數(shù)/摸（D/A）轉(zhuǎn)換功能，能完成對模擬量的檢測與控制。三、主要功能

5.定位控制有些可編程序控制器具有步進電動機和伺服電動機控制功能，能組成開環(huán)系統(tǒng)或閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)位置控制。

6.通信與聯(lián)網(wǎng)有些可編程序控制器具有聯(lián)網(wǎng)和通信功能，可以進行遠程I/O控制，多臺可編程序控制器之間還可以進行同位鏈接，還可以與計算機進行上位鏈接。由一臺計算機和多臺可編程序控制器可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。三、主要功能

7.數(shù)據(jù)處理功能大多數(shù)可編程序控制器都具有數(shù)據(jù)處理功能，能進行數(shù)據(jù)并行傳送、比較運算；BCD碼的加、減、乘、除等運算；還能進行字的按位“與”、“或”、“異或”、求反、邏輯移位、算術(shù)移位、數(shù)據(jù)檢索、比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換等操作。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程序控制器的功能還在不斷拓寬和增強。三、主要功能四、主要特點

1.可靠性高、抗干擾能力強、適用于惡劣工作環(huán)境

2.編程簡單易學(xué)

3.應(yīng)用靈活方便

4.通用性強

5.具有完善的監(jiān)視和診斷功能

6.體積小、重量輕、功耗小、安裝維護方便、性價比高

1）各種機械行業(yè)，可實現(xiàn)設(shè)備、自動線的自動化控制；

2）順序控制、過程控制、位置控制、生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理、結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；

3）數(shù)字量、模擬量的數(shù)據(jù)采集；五、應(yīng)用范圍學(xué)習(xí)要求：了解可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)與基本工作原理搞清楚PLC內(nèi)部等效繼電器電路的等效思路熟悉PLC的指令系統(tǒng)掌握PLC的編程方法和開發(fā)步驟

一、PLC的基本結(jié)構(gòu)三菱PC基本單元外形CPU存儲器通用串口擴展接口電源外部設(shè)備（編程器等）擴展單元、特殊功能單元等輸入狀態(tài)寄存器輸出狀態(tài)寄存器輸入接口輸出接口現(xiàn)場輸入信號現(xiàn)場輸出信號PLC基本結(jié)構(gòu)框圖§2

可編程控制器的硬件結(jié)構(gòu)與工作原理

2.存儲器系統(tǒng)程序存儲區(qū)：存放系統(tǒng)軟件，固化在ROM或EPROM等只讀存儲器中。用戶程序存儲區(qū)：存放用戶程序變量（數(shù)據(jù)）存儲區(qū)：存放內(nèi)部變量或數(shù)據(jù)通常采用低功耗的CMOS-RAM存儲器加備用電池，可讀寫

1.中央處理單元CPU計算和控制中心。它的性能（位數(shù)和主頻）決定了PLC的運算速度和信息處理量的大小。

3.輸入/輸出接口：是CPU連接工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的橋梁。CPU：標準電平弱電數(shù)字量外部設(shè)備：開關(guān)量、模擬量不同電壓等級的交流、直流量高速、低速信號遠程、本地信號輸入/輸出接口PC廠家為用戶提供各種類型的I/O接口電路。直流開關(guān)量輸入接口電路光耦的作用:電氣隔離，抗干擾電平轉(zhuǎn)換開關(guān)量輸入接口：將工業(yè)現(xiàn)場的開關(guān)量信號轉(zhuǎn)變成CPU能接受的標準邏輯電平。(圖)直流開關(guān)量輸入接口交流開關(guān)量輸入接口內(nèi)部直流電源發(fā)光二極管光電耦合器輸出方式開關(guān)量輸出接口：通過該接口實現(xiàn)對外部設(shè)備的驅(qū)動控制繼電器輸出晶體管輸出晶閘管輸出繼電器輸出：輸出接口由繼電器構(gòu)成。晶體管輸出：輸出接口由晶體管構(gòu)成。晶閘管輸出：輸出接口由晶閘管構(gòu)成。適于大功率、低速、交、直流負載適合于小功率、高速、直流負載適合于大功率、高速、交流負載(圖)繼電器輸出型接口電路負載電源由外部提供繼電器輸出接口電路Y0COM1晶體管輸出接口電路+5V+24V+24V或+5V

6.編程器：是PLC的主要外設(shè)。用于用戶程序的編制、編輯、調(diào)試、檢查和監(jiān)視。便攜式：本身不帶CPU，只能聯(lián)機編程。體積小、重量輕、便于生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)試。

CRT智能式：帶有顯示屏的圖形編程器，有CPU，可聯(lián)機編程也可脫機編程，可用多種語言編程。

4.擴展接口：是用于擴展I/O單元或特殊功能單元。通用微機作為編程器：個人電腦，配上廠家提供的編程軟件和通訊線。有效利用資源。

5.電源：是PLC的供電電源一般為市電（也有24V供電的）。PLC內(nèi)部設(shè)計有電路進行穩(wěn)壓和變換。以適應(yīng)內(nèi)部電路的需要。二、PLC的基本工作原理PLC的工作方式：循環(huán)掃描工作方式掃描周期：從開始到輸出結(jié)果完成所需的時間。一般為幾毫秒~幾十毫秒。(圖)開始自診斷與編程器通信讀入現(xiàn)場信號執(zhí)行用戶程序輸出結(jié)果STOPRUN用戶程序輸入映象寄存器輸出映象寄存器執(zhí)行用戶程序輸出讀入產(chǎn)品檢測傳送帶如圖示，用PLC來檢測產(chǎn)品數(shù)量。為確保不漏檢，對PLC掃描周期有何要求？產(chǎn)品通過檢測點的時間間隔為：T=0.025m/(50m/60s)=30ms,所以，PLC的掃描周期必須小于30msPLC的分類按I/O點數(shù)分小型PLC：入出總點數(shù)256中型PLC：入出總點數(shù)256~2048大型PLC：入出總點數(shù)>2048按結(jié)構(gòu)類型分整體式模塊式（積木式）按功能分低檔機中檔機高檔機

三、

PLC分類、主要技術(shù)指標PLC的主要技術(shù)指標入/出點數(shù)掃描速度內(nèi)存容量指令條數(shù)內(nèi)部元件功能模塊編程語言§3可編程控制器的軟件和用戶環(huán)境一、PLC的軟件結(jié)構(gòu)軟件結(jié)構(gòu)監(jiān)控程序用戶程序

1.監(jiān)控程序

監(jiān)控程序是可編程控制器產(chǎn)品必須包括的部分，由生產(chǎn)廠家提供。其功能如下：

1）系統(tǒng)管理

運行管理：何時輸入、何時輸出、何時運算、何時自檢、何時通訊等進行時間上的分配管理。

程序空間的管理：生成用戶環(huán)境。

系統(tǒng)自檢程序：系統(tǒng)出錯檢驗、用戶程序語法檢驗、句法檢驗等。

2）用戶指令解釋程序編輯程序和解釋程序。

3）標準程序和系統(tǒng)調(diào)用

2.用戶程序

用戶在PLC提供的編程環(huán)境下編制的完成控制功能的程序。

1.用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1）位數(shù)據(jù)

這是一類邏輯量，其值只有“0”或“1”。

2）字數(shù)據(jù)其數(shù)制、字長有很多形式。單字或雙字、十進制（K）或十六進制(H)等。

3）位和字的混合。二、用戶環(huán)境

2、PLC的內(nèi)部等效電路輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸入部分：等效輸入繼電器。邏輯控制部分：由用戶程序?qū)崿F(xiàn)的邏輯關(guān)系。構(gòu)成邏輯電路的元件是等效編程元件。輸出部分：等效輸出繼電器。三菱F系列PLC的基本情況日本三菱的早期產(chǎn)品，小型機，整體式結(jié)構(gòu)，包括：基本單元，擴展單元、特殊單元三種。

3.PLC的元件

用戶可以使用的輸入輸出接口、內(nèi)部存儲單元——統(tǒng)稱元件。型號表示方法入出總點數(shù)M(基本單元)E（擴展單元）輸出類型R－繼電器輸出T－晶體管輸出S－晶閘管輸出電源種類V－100/110V交流E－220/240V交流D－24V直流FX2N—1234－FX2N--48MR主要技術(shù)指標輸入、輸出點總數(shù)：48功耗：25VA定時器：16個計數(shù)器：16個輔助繼電器：192個（64個有掉電保護）內(nèi)存：890字運算速度：45us/步序（平均）指令：20條輸出形式：繼電器輸出編程元件1.輸入繼電器（X0~X7，X10~X17，X20~X27，…）注意：元件編號采用八進制輸入繼電器線圈由外部信號驅(qū)動，觸點可無限次使用。2.輸出繼電器（Y0~Y7，Y10~Y17，Y20~Y27，…）主要用于將內(nèi)部邏輯結(jié)果傳遞到外部負載，每一輸出繼電器僅有一常開觸點連到輸出端子供外部負載用，同時也有軟觸點可無限次使用。3.輔助繼電器(M)

編號從M0開始

十進制編碼

通用型和掉電保護型兩種輔助繼電器僅供內(nèi)部使用4.定時器（T）

編號從T0開始；十進制編碼定時器按定時時鐘的不同進行分組

延時時間由設(shè)定的K值大小確定定時器做計時功能5.計數(shù)器(C)

編號從C0開始；十進制編碼分加計數(shù)、減計數(shù)和雙向計數(shù)器分掉電保護和通用型兩種

計數(shù)值由設(shè)定的K值大小確定可對外部事件或內(nèi)部脈沖進行計數(shù)。

6.特殊輔助繼電器(M)M8000：運行監(jiān)視當(dāng)PLC處于運行狀態(tài)時，M8000自動為“1”；反之，M8000為“0”M8002：產(chǎn)生初始化脈沖PLC的第一個掃描周期內(nèi)，M8002為“1”，以后為“0”。M8000M8002M8012：以周期為100ms循環(huán)通斷M8030：鋰電池電壓下