內(nèi)工大 PLC 可編程序控制器1(硬件結(jié)構(gòu))

機(jī)械設(shè)計制造及自動化系課程性質(zhì)《可編程控制器應(yīng)用技術(shù)》是機(jī)械設(shè)計制造及自動化和機(jī)械電子工程專業(yè)選修課課程目的和要求1．了解可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和應(yīng)用場合2．明確可編程控制器的硬件配置、工作原理和工作過程3．掌握可編程控制器基本邏輯指令及編程方法，掌握編程軟件的使用4．掌握程序設(shè)計的思想和方法5．能正確使用可編程控制器并完成I/O設(shè)備的接線6．掌握程序運(yùn)行和調(diào)試的方法7．具備閱讀和分析實(shí)際應(yīng)用程序與梯形圖的能力8．能借助產(chǎn)品說明書和技術(shù)手冊，查閱有關(guān)數(shù)據(jù)和功能，正確使用PLC9．能在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行簡單的程序設(shè)計，運(yùn)行、調(diào)試、維護(hù)PLC控制系統(tǒng)參考書目教材：可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)(第五版)作者：廖常初（重慶大學(xué)出版社）可編程序控制器技術(shù)及應(yīng)用張興國編著中國電力出版社可編程序控制器施金良主編重慶大學(xué)出版社可編程序控制器原理與應(yīng)用張澤榮主編清華大學(xué)出版社PLC分析與設(shè)計應(yīng)用周萬珍,高鴻斌編著電子工業(yè)出版社PLC機(jī)電控制系列應(yīng)用設(shè)計技術(shù)魯遠(yuǎn)棟主編電子工業(yè)出版社PLC實(shí)用技術(shù)弭洪濤,王忠禮編著科學(xué)出版社PLC工程應(yīng)用實(shí)例解析呂衛(wèi)陽,徐昌榮主編中國電力出版社圖書館有相關(guān)的參考書82本，生產(chǎn)廠家的手冊，網(wǎng)上教程，實(shí)例學(xué)習(xí)的一般規(guī)律只用口述100%是演講者所說的,大約60~70%被聽到了40~50%三小時后還被記住0~5%三個月后還被記住

口述+視覺大約60~70%三小時后還被記住30~40%三個月后還被記住

學(xué)習(xí)方法口述+視覺+筆記大約70~80%三小時后還被記住40~50%三個月后還被記住

親身體驗(yàn)大約80~90%三小時后還被記住70~80%三個月后還被記住

學(xué)習(xí)方法“聽到的，我忘記了；看到的，我記住了；做過的，我理解了?！甭犨^不如看過，看到不如做過，做過不如錯過。學(xué)習(xí)方法第一章概述

可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)第一章概述1.1、可編程序控制器的歷史與發(fā)展1.2、可編程序控制器的結(jié)構(gòu)1.3、可編程序控制器的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域1.4、可編程序控制器的發(fā)展趨勢繼電器與可編程序控制器繼電器與可編程序控制器繼電器與可編程序控制器1.1可編程控制器的歷史與發(fā)展60年代繼電接觸控制系統(tǒng)接線復(fù)雜改變設(shè)計困難簡單易懂價格便宜1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC），研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。二、可編程控制器的產(chǎn)生背景：1968年美國通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)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(shè)計和更換繼電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。1.1可編程控制器的歷史與發(fā)展（1）容易編程（2）采用模塊式結(jié)構(gòu)（3）可靠性高于繼電器（4）體積小于繼電器（5）價格便宜（6）具有數(shù)據(jù)通訊功能（7）輸入輸出電源使用市電（8）擴(kuò)展時原系統(tǒng)變更最少（9）存儲設(shè)備可擴(kuò)充至4K個存儲字節(jié)（10）輸出為市電，2A以上，直接驅(qū)動電磁閥、小型接觸器1.1可編程控制器的歷史與發(fā)展

20世紀(jì)70年代中末期，PLC進(jìn)入了實(shí)用化發(fā)展階段

20世紀(jì)80年代初，PLC在先進(jìn)工業(yè)國家廣泛應(yīng)用20世紀(jì)末期，PLC已適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)控制的需要

21世紀(jì)初的幾年，隨著計算機(jī)通訊技術(shù)的發(fā)展，PLC重點(diǎn)發(fā)展了網(wǎng)絡(luò)通訊能力，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)的各個領(lǐng)域1.1可編程控制器的歷史與發(fā)展1980年美國電氣制造商協(xié)會（NEMA）正式將其命名為可編程序控制器（ProgrammableController），簡稱PC。

為了和個人計算機(jī)（PC）相區(qū)別，將最初用于邏輯控制的可編程控制器稱為

PLC（ProgrammablelogicController）?？删幊绦蚓仃嚳刂破鱌MC（ProgrammableMatrixController）可編程序順序控制器PSC（ProgrammableSequenceController）可編程序邏輯控制器PLC（ProgrammableLogicController）可編程序控制器PC（ProgrammableController）1985年1月國際電工委員會（IEC）制定了可編程控制器的標(biāo)準(zhǔn)，并定義了

PLC

。

可編程控制器是以計算機(jī)技術(shù)為核心的通用工業(yè)自動控制裝置，簡稱PLC。1.1可編程控制器的歷史與發(fā)展可編程序控制器是一種數(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。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(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過數(shù)字式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?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計。1.1可編程控制器的歷史與發(fā)展

目前世界上生產(chǎn)十大品牌PLC的著名公司：

美國艾倫-布拉德利公司（A-B：Allen-Bradley）

德國西門子公司（Siemens）法國的施耐德公司（TE：Telemecanique）美國GE－Fanuc公司日本歐姆龍公司（OMRON）

日本三菱公司（MITSUBISHI）

日本富士電機(jī)公司（FujiElectric）日本東芝公司（TOSHIBA）日本的光洋電子（KOYO）和中國的華光電子(CKE）日本松下電工公司（MEW）我國PLC的生產(chǎn)廠家我國的PLC生產(chǎn)目前也有一定的發(fā)展，小型PLC已批量生產(chǎn)，中型PLC已有產(chǎn)品，大型PLC已開始研制。國內(nèi)PLC形成產(chǎn)品化的生產(chǎn)企業(yè)約30多家，國內(nèi)產(chǎn)品市場占有率不超過10%。主要生產(chǎn)單位有：蘇州電子計算機(jī)廠、蘇州機(jī)床電器廠、上海蘭星電氣有限公司、天津市自動化儀表廠、杭州通靈控制電腦公司、北京機(jī)械工業(yè)自動化所和江蘇嘉華實(shí)業(yè)有限公司等。國內(nèi)產(chǎn)品在價格上占有明顯的優(yōu)勢。

世界最大的PLC生產(chǎn)廠家在全球PLC制造商中,根據(jù)美國AutomationResearchCorp(ARC)調(diào)查,世界PLC領(lǐng)導(dǎo)廠家的五霸分別為西門子公司、A-B公司、施耐德公司、三菱公司和歐姆龍公司。他們的銷售額約占全球總銷售額的三分之二。

GlobalplayersTotalsalesin2004:7’000Mio€Source:ARCResearch,2005-10MarketshareMicro:15to128I/OpointsMedium:128-512I/OpointsLarge:>512I/OpointsNano:<15I/OpointsPC-basedSoftwarePLCEmbeddedcontrol32%29%20%7%6%4%2%%installedPLCsSource:ControlEngineering,ReedResearch,2002-091.2可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)1.2可編程控制器的特點(diǎn)編程簡單，易學(xué)易用

通用性強(qiáng)，使用方便

模塊化結(jié)構(gòu)，組合靈活可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

體積小，重量輕，能耗低

系統(tǒng)設(shè)計、建造工作量小，改造容易1.3可編程控制器的應(yīng)用

開關(guān)邏輯控制

運(yùn)動控制

閉環(huán)過程控制

數(shù)據(jù)處理

通訊及聯(lián)網(wǎng)1.3可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域1.3可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域1.3可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域1.3可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域1.3可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域1.3可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域1.3可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域1.3可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域1.3可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域1.3可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域1.4可編程控制器的發(fā)展前景速度更快、存儲容量更大、可靠性更高向超小型和超大型方向發(fā)展規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，出現(xiàn)通用編程語言通訊、聯(lián)網(wǎng)能力更強(qiáng)，與工業(yè)控制計算機(jī)組網(wǎng)出現(xiàn)PLC品牌壟斷國際市場的局面技術(shù)規(guī)模產(chǎn)品通訊市場大型化和小型化三菱公司推出12點(diǎn)的PLC產(chǎn)品，立石公司推出的C20、C40H、C60P等小型PLC產(chǎn)品

GOLD公司的584L－PC的I/O點(diǎn)多達(dá)8192個。

莫迪康公司的984～785型的PLC的最大I/O點(diǎn)數(shù)已達(dá)到16384點(diǎn)。I/O點(diǎn)數(shù)小于

32為微型PLC；I/O點(diǎn)數(shù)在32～128為微小型PLC；I/O點(diǎn)數(shù)在128～256為小型PLC；I/O點(diǎn)數(shù)在256～1024為中型PLC；I/O點(diǎn)數(shù)大于1024為大型PLC；I/O點(diǎn)數(shù)在4000以上為超大型PLC。以上劃分不包括模擬量I/O點(diǎn)數(shù)，且劃分界限不是固定不變的。向大記憶容量，快處理速度發(fā)展記憶容量由過去的64K，已增加到500K以上，Triconxw公司的Faulttolerant型機(jī)記憶容量為512K，InteractiveMicroware公司的MFC03型記憶容量為848K，ASEA公司的Terpiece200/1型機(jī)記憶容量到4MB

記憶芯片過去主要是隨機(jī)存取存儲器（RAM）、可擦寫可編程只讀存儲器（EPROM），今后主要是電可擦寫可編程只讀存儲器（EEPROM）、UVEPROM、BATRAM、FLASH等

發(fā)展故障診斷技術(shù)和容錯技術(shù)故障智能診斷方法：智能可編程I/O系統(tǒng)，供用戶了解I/O組件的狀態(tài)和監(jiān)測系統(tǒng)的故障；故障監(jiān)測程序；共回路遠(yuǎn)程診斷和網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)等。容錯功能，如雙機(jī)熱備、自動切換I/O

、雙機(jī)表決（當(dāng)輸出狀態(tài)與PLC邏輯狀態(tài)相比較出錯時，會自動斷開該輸出）和I/O三重表決（當(dāng)輸出狀態(tài)進(jìn)行軟件硬件表決，取2個相同的）

第二章PLC硬件與工作原理可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)第二章可編程控制器的硬件構(gòu)成及工作原理2.1PLC的物理結(jié)構(gòu)2.2CPU模塊2.3開關(guān)量I/O模塊2.4PLC工作原理2.5FX系列PLC性能簡介2.1PLC的物理結(jié)構(gòu)整體式結(jié)構(gòu)模塊式結(jié)構(gòu)疊裝式結(jié)構(gòu)整體式結(jié)構(gòu)◆把CPU、RAM、ROM、I/O接口及與編程器或EPROM寫入器相連的接口、輸入輸出端子、電源、指示燈等都裝配在一起的整體裝置?！粢粋€箱體就是一個完整的PLC，叫做一個單元。整體式結(jié)構(gòu)整體式結(jié)構(gòu)

輸入輸出點(diǎn)數(shù)是固定的，不一定能適合具體的控制現(xiàn)場的需要。

有時整體PLC的輸入口或輸出口要擴(kuò)展，這就又需要一種只有一些接口而沒有CPU也沒有電源的配件(擴(kuò)展單元)。

結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、成本低、安裝方便。模塊式結(jié)構(gòu)把PLC的每個工作單元都制成獨(dú)立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、通訊模塊等等。

另外機(jī)器有一塊帶有插槽的母板，實(shí)質(zhì)上就是計算機(jī)總線。模塊插座插在框架中的總線連接板上，就構(gòu)成了一個完整的PLC。模塊式結(jié)構(gòu)

特點(diǎn)：系統(tǒng)構(gòu)成非常靈活，安裝、擴(kuò)展、維修都很方便。缺點(diǎn)是體積比較大。模塊式結(jié)構(gòu)疊裝式結(jié)構(gòu)單元式和模塊式相結(jié)合的產(chǎn)物,把某一系列PLC工作單元的外形都作成外觀尺寸一致的，CPU、I/O口及電源也可做成獨(dú)立的，不使用模塊式PLC的母板，用電纜聯(lián)接各個單元，在控制設(shè)備中安裝時一層層地疊裝，這就是疊裝式PLC?？删幊炭刂破鞯挠布?gòu)成可編程控制器的硬件構(gòu)成可編程控制器主機(jī)可編程控制器編程器可編程控制器的硬件構(gòu)成PLC由CPU、存儲器、輸入/輸出接口、內(nèi)部電源和編程設(shè)備幾部分構(gòu)成2.2CPU模塊接受、存儲用戶程序；按掃描工作方式接收來自輸入單元的數(shù)據(jù)和信息，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)；執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序，完成數(shù)據(jù)和信息的邏輯處理，產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)部控制信號，完成用戶指令規(guī)定的各種操作；響應(yīng)外部設(shè)備的請求。CPU是PLC的運(yùn)算控制中心，它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作，其具體作用是：CPU模塊（中央處理器+存儲器）2.2CPU模塊RAM：隨機(jī)存儲器，可讀可寫，沒有斷電保持功能。ROM：只讀存儲器，只讀，不能寫。RAM存放用戶程序ROM存放系統(tǒng)程序存儲器用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和運(yùn)行中的數(shù)據(jù)。包括只讀存儲器(ROM)和隨機(jī)存取存儲器(RAM)。EPROM：可擦除程序的只讀存儲器，用紫外線照射芯片上的透鏡窗口，可以擦除已寫入的內(nèi)容，而寫入新的程序。EEPROM：可電擦除的只讀存儲器，兼有ROM的非易失性和RAM的隨機(jī)存取的優(yōu)點(diǎn)。2.3輸入輸出接口輸入輸出接口是PLC與工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號連接的部分。

輸入接口用來接受生產(chǎn)過程的各種參數(shù)（輸入信號）。

輸出接口用來送出可編程控制器運(yùn)算后得出的控制信息（輸出信號），并通過機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制。為了適應(yīng)可編程控制器在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的工作，對輸入輸出接口有兩個主要的要求：

良好的抗干擾能力能滿足工業(yè)現(xiàn)場各類信號的匹配要求開關(guān)量輸入接口其作用是把現(xiàn)場的開關(guān)量信號變成可編程控制器內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號。

開關(guān)量輸入接口按可接納的外部信號電源的類型不同，分為直流輸入單元和交流輸入單元。輸入輸出接口1.開關(guān)量輸入接口1.開關(guān)量輸入接口輸入輸出接口輸入輸出接口開關(guān)量輸出接口，其作用是把PLC的內(nèi)部信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種開關(guān)信號。繼電器型的輸出接口，可用于交流及直流兩種電源，接通和斷開的頻率低，帶負(fù)載能力強(qiáng)；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)動的場合；可控硅型的輸出接口僅用于交流驅(qū)動的場合，適用快速、頻繁動作和大電流的場合。2.開關(guān)量輸出接口開關(guān)量輸出接口按可編程控制器機(jī)內(nèi)使用的器件不同，分為繼電器型、晶體管型和可控硅型。2.開關(guān)量輸出接口輸入輸出接口輸入輸出接口