電氣控制技術(shù)與PLC第5章

下篇1可編程控制器概述第5章25.1可編程控制器的概念5.2可編程控制器的功能和特點(diǎn)5.3可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域5.4可編程控制器的分類5.5可編程控制器的組成5.6可編程控制器的工作過程5.7可編程控制器的編程語言第5章可編程控制器概述35.1可編程控制器4

5.1.1什么是PLC？1.什么是PLC？

可編程序控制器（ProgrammbleLogicController）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(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)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(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。5.1可編程控制器的基本概述5

2.定義

1987年2月國際電工委員會(huì)（IEC）的定義

可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，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)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)”。65.1.2可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展

1.可編程控制器的產(chǎn)生世界上第一臺(tái)PLC

1969年由美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公（GM）的要求研制成功。背景：1968年美國通用汽車公司（GeneralMotors），為了適應(yīng)汽車型號(hào)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(jì)和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。并提出10項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)。這就是著名的GM10條。7-編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；可靠性高于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；維護(hù)方便，最好是插件式；可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；在成本上可與繼電器控制柜競爭；輸入可以是交流115V；輸出為交流115V、2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥等；在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只需很小變更；用戶程序存貯器容量至少能擴(kuò)展到4K。GM10條是可編程序控制器出現(xiàn)的直接原因GM10條：8設(shè)計(jì)思想：

吸取繼電器和計(jì)算機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復(fù)雜、不易更改、查找和排除故障困難，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差，但簡單易懂、價(jià)格便宜；計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活（可編程）、通用性好，但編程困難；采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用。（梯形圖）92、PLC的發(fā)展?fàn)顩r（5代）第一代：從第一臺(tái)PLC誕生到上個(gè)世紀(jì)70年代初。第二代：70年代初至70年代末?！馛PU使用中小規(guī)模集成電路，采用磁芯存儲(chǔ)器?！馛PU使用微處理器，采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器EPROM。●可靠性較差，略強(qiáng)于繼電器控制?！駲C(jī)種單一，沒形成系列。●有了計(jì)算機(jī)接口和模擬量控制功能?！窨煽啃蕴岣摺！裾麢C(jī)功能向系列化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，并由專用向通用方向過渡。●功能簡單（只有計(jì)數(shù)/定時(shí)功能/順序控制功能）?！窆δ茉鰪?qiáng)（增加邏輯/數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、自診斷等功能）。10第三代：70年代末到80年代中期。●CPU使用8或16位微處理器甚至多微處理器，采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器EPROM、CMOSRAM等。●增加浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，平方、三角函數(shù)等運(yùn)算。●增加查表、列表功能?！褡栽\斷及容錯(cuò)技術(shù)提高。●梯形圖語言及語句表成熟?！裥⌒蚉LC體積減小、可靠性提高、成本下降。●大型PLC向模塊化、多功能方向發(fā)展。11

第四代：80年代中期到90年代中期。第五代：90年代中期之后。●增加高速計(jì)數(shù)、中斷、A/D、D/A、PID等功能。●處理速度進(jìn)一步提高（1s/步）。●連網(wǎng)功能增強(qiáng)?！窬幊陶Z言進(jìn)一步完善，開發(fā)了編程軟件?！馛PU使用16位或32位微處理器?！馪LC的I/O點(diǎn)增加，最多可達(dá)32K個(gè)I/O點(diǎn)。●處理速度進(jìn)一步提高（1ns/步）。●PLC都可以與計(jì)算機(jī)通信。●具有強(qiáng)大的數(shù)值運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、大批量數(shù)據(jù)處理的功能?！耖_發(fā)了大量的特殊功能模塊?！窬幊誊浖δ芨鼜?qiáng)大。●不斷開發(fā)出功能強(qiáng)大可編程終端。12

PLC集三電（電控、電儀、電傳）為一體、具有性能價(jià)格比高、高可靠性的特點(diǎn)，已成為自動(dòng)化工程的核心設(shè)備。PLC成為具備計(jì)算機(jī)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)代工業(yè)自動(dòng)化的三大技術(shù)支柱（PLC、機(jī)器人、CAD/CAM）之一。三大技術(shù)支柱之一13PLC及其控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢對(duì)小型PLC對(duì)大中型PLC向著更大容量、更高速度、更多的功能、更高的可靠性、易于連絡(luò)通信的方向發(fā)展。使之更利于對(duì)大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)的控制。向著體積更小、速度更高、功能增強(qiáng)、價(jià)格低廉的方向發(fā)展。使之更利于取代繼電器控制。1、在系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)模上向大、小兩個(gè)方向發(fā)展；14PLC及其控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢2.PLC功能上①功能不斷加強(qiáng)，各種應(yīng)用模塊不斷推出

②應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大③性能不斷提高④編程軟件的多樣化和高級(jí)化、標(biāo)準(zhǔn)化⑤構(gòu)成形式的分散化和集散化產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化155.216

5.2.1PLC的主要功能邏輯控制功能定時(shí)/計(jì)數(shù)控制功能運(yùn)動(dòng)控制/過程控制功能步進(jìn)控制功能A／D與D／A轉(zhuǎn)換功能

數(shù)據(jù)處理功能通信聯(lián)網(wǎng)功能擴(kuò)展功能監(jiān)控功能

5.2PLC的功能和特點(diǎn)17①.屏蔽—采用良好的材料對(duì)電源、CPU、編程器等主要部件屏蔽②.濾波—對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波③.電源調(diào)整與保護(hù)—對(duì)微處理器這個(gè)核心部件所需的+5V電源，采用多級(jí)濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整④.隔離—在微處理器與I/O電路之間，采用光電耦合器⑤.采用模塊式結(jié)構(gòu)—這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時(shí)修復(fù)。⑥.設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷電路。⑦.采用密封、防塵、抗振的外殼封裝結(jié)構(gòu)。⑧.以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過程不依賴于機(jī)械觸點(diǎn)。2.通用性和靈活性強(qiáng)；3.編程語言簡單易學(xué)；4.與外部設(shè)備的連線簡單、使用方便；5.功能強(qiáng)、功能的擴(kuò)展能力強(qiáng)；6.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試周期短；7.體積小、重量輕、易于機(jī)電一體化；8.PLC控制系統(tǒng)的故障少、維修方便?？垢蓴_能力強(qiáng)，可靠性高；5.2.2PLC主要特點(diǎn)185.2.3PLC與傳統(tǒng)的繼電器邏輯相比1.可靠性高、邏輯功能強(qiáng)、體積小。2.在需要大量中間繼電器、時(shí)間繼電器及計(jì)數(shù)繼電器的場合，PLC無需增加硬件設(shè)備。3.隨著要求的變更PLC對(duì)程序修改方便。繼電器線路要想改變控制功能，必須變更硬接線，靈活性差。

4.具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能。5.可附加高性能模塊對(duì)模擬量進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜控制功能。195.2.4PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比1.PLC繼承了繼電器系統(tǒng)的基本格式和習(xí)慣，學(xué)習(xí)起來十分方便。2.PLC一般是由電氣控制器的制造廠家研制生產(chǎn)，各廠家的產(chǎn)品不通用。工業(yè)控制機(jī)在硬件結(jié)構(gòu)方面的突出優(yōu)點(diǎn)是總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，產(chǎn)品兼容性強(qiáng)。

3.PLC的運(yùn)行方式與工業(yè)控制機(jī)不同，對(duì)要求快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、模型復(fù)雜的工業(yè)對(duì)象的控制占有優(yōu)勢。但它要求使用者具有一定的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)。4.PLC一般具有模塊結(jié)構(gòu)，可以針對(duì)不同的對(duì)象進(jìn)行組合和擴(kuò)展。5.PLC和工業(yè)控制機(jī)都是專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境而計(jì)的。都具有很高的可靠性。201.不如PLC容易掌握：2.不如PLC使用簡單：3.不如PLC可靠：

5.2.5PLC與單板(或單片)計(jì)算機(jī)比較215.322隨著PLC的性能價(jià)格比的不斷提高;微處理器的芯片及有關(guān)的元件價(jià)格大大降低，PLC的成本下降PLC的功能大大增強(qiáng)，因而PLC的應(yīng)用日益廣泛。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力機(jī)械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保等各行各業(yè)。其應(yīng)用范圍大致可歸納為以下幾種：5.3PLC的應(yīng)用領(lǐng)域23傳送帶生產(chǎn)線控制灌裝及包裝機(jī)械木材加工電梯控制空調(diào)控制紡織機(jī)械印刷機(jī)械1.4可編程序控制器的發(fā)展趨勢

24PLC的應(yīng)用領(lǐng)域1.邏輯控制：可取代傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)和順序控制器。各種機(jī)床、自動(dòng)電梯、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線、運(yùn)輸和檢測等的控制。2.運(yùn)動(dòng)控制：PLC可用于直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制。早期直接用開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)械，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)模塊?？捎糜诰芙饘偾邢鳈C(jī)床、機(jī)械手、機(jī)器人等設(shè)備的控制。25PLC的應(yīng)用領(lǐng)域3.過程控制：通過配用A／D、D／A轉(zhuǎn)換模塊及智能PID模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)控制。4.數(shù)據(jù)處理：具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（包括矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算），數(shù)據(jù)傳遞、排序和查表、位操作等功能；可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。

26PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

5.通信聯(lián)網(wǎng)：利用PLC的網(wǎng)絡(luò)通信功能模塊及遠(yuǎn)程I／O控制模塊實(shí)現(xiàn)多臺(tái)PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)的鏈接，以完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。PLC的應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)設(shè)備和機(jī)械的自動(dòng)控制，擴(kuò)展到以下應(yīng)用領(lǐng)域：中小型過程控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程維護(hù)服務(wù)系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)視控制系統(tǒng)，以及與生活相關(guān)的機(jī)器、與環(huán)境相關(guān)的機(jī)器，而且有急速的上升趨勢。275.4PLC的基本分類28按結(jié)構(gòu)按功能5.4PLC的基本分類整體式:小型機(jī)常采用整體式組合式:中、大型機(jī)采用組合式低檔機(jī)、中檔機(jī)、高檔機(jī)按I／O點(diǎn)數(shù)超小型機(jī)、小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)29分類I／0點(diǎn)數(shù)程序容量超小型機(jī)64點(diǎn)以內(nèi)256～1000字節(jié)小型機(jī)64～2561～3.6K字節(jié)中型機(jī)256～20483.6～13K字節(jié)大型機(jī)2048以上13K字節(jié)以上按I／O點(diǎn)數(shù)和程序容量分類30整體式結(jié)構(gòu)31模塊式結(jié)構(gòu)32331.用戶程序存儲(chǔ)的容量大?。ㄐ⌒停?K。大型：256K~4M）2.輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的多少；（I/O點(diǎn)數(shù)）3.循環(huán)掃描速度的快慢；(單位：ms／k或μs/步。)4.編程指令的種類和條數(shù)的多少；5.內(nèi)部器件的種類和數(shù)量的多少；寄存器的配置和容量6.功能及功能擴(kuò)展的能力；7.智能單元數(shù)量的多少；8.連網(wǎng)通信能力等。PLC的主要技術(shù)指標(biāo)34描述PLC性能的術(shù)語：

1.位（Bit）——二進(jìn)制數(shù)的一位（0、1），一個(gè)位對(duì)應(yīng)PLC的一個(gè)繼電器。狀態(tài)：“1”——繼電器線圈得電（ON）“0”——繼電器線圈失電（OFF）2.數(shù)字（Digit）——四位二進(jìn)字?jǐn)?shù)構(gòu)成一個(gè)數(shù)字0000—1001（十進(jìn)制數(shù)）0000—1111（十六進(jìn)制數(shù)）3.字節(jié)（Byte）——2個(gè)數(shù)字或8位二進(jìn)字?jǐn)?shù)構(gòu)成一個(gè)字節(jié);4.字（Word）——2個(gè)字節(jié)構(gòu)成一個(gè)字;PLC術(shù)語中：字——通道，一個(gè)字（通道）含16位。（一個(gè)通道含16個(gè)繼電器）。355.5PLC的組成及其各部分的功能36可編程控制器組成CPU單元6.外設(shè)端口4.電源單元3.輸入/輸出單元5.I/O擴(kuò)展端口7.編程工具2.存儲(chǔ)器8.智能單元375.5.1PLC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

整體式--PLC的基本組成框圖

組合式--PLC的基本組成框圖38輸出設(shè)備輸入設(shè)備

I/O擴(kuò)展單元特殊功能單元主機(jī)輸出單元輸入單元

電源外設(shè)接口I/O擴(kuò)展口存儲(chǔ)器

系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器CPU

用戶程序存儲(chǔ)器盒式磁帶機(jī)打印機(jī)EPROM寫入器

上位計(jì)算機(jī)PLC編程器可編程終端PT…

整體式--PLC的基本組成框圖限位開關(guān)手動(dòng)開關(guān)編碼器指示燈繼電器電磁閥蜂明器39

組合式--PLC的基本組成框圖系統(tǒng)總線通信單元控制系統(tǒng)現(xiàn)場過程CPU單元輸出單元編程器PLC或上位計(jì)算機(jī)……智能I/O單元輸入單元40★采集現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中;★輸入并存儲(chǔ)用戶程序、顯示輸入內(nèi)容和地址；★逐條讀取指令，完成各種運(yùn)算和操作?！飯?zhí)行用戶程序、將處理結(jié)果送至輸出端、驅(qū)動(dòng)外部輸出設(shè)備動(dòng)作；★響應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)求?！餀z查、校驗(yàn)用戶程序，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤即報(bào)警；★診斷故障、記憶故障信息并報(bào)警。診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯(cuò)誤。

CPU指揮PLC完成各種預(yù)定的功能

5.5.2PLC各部分的作用

1.CPU單元41系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器：用以存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。PLC出廠前已將其固化在只讀存儲(chǔ)器ROM或PROM中，用戶不能更改。用戶程序存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)根據(jù)制作要求而編制的應(yīng)用程序。這類存儲(chǔ)器一般由低功耗的EPROM或EEPROM構(gòu)成，其中的存儲(chǔ)內(nèi)容可讀出并更改。工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：用來存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)的區(qū)這類存儲(chǔ)器一般由低功耗的CMOS-RAM構(gòu)成其中的存儲(chǔ)內(nèi)容可讀出并更改。注意：

PLC產(chǎn)品手冊(cè)中給出的“存儲(chǔ)器類型”和“程序容量”是針對(duì)用戶程序存儲(chǔ)器而言的。

2.PLC存儲(chǔ)器42PLC與外部設(shè)備聯(lián)系的橋梁開關(guān)量輸入單元開關(guān)量輸出單元

直流輸入單元

交流輸入單元晶體管輸出單元晶閘管輸出單元繼電器輸出單元

3.開關(guān)量輸入/輸出單元43特點(diǎn):輸入信號(hào)的電源;8路輸入共用一個(gè)公共端,現(xiàn)場輸入信號(hào)“0”“1”。每路輸入信號(hào)均采用光電耦合電路;每路輸入信號(hào)均有LED顯示；數(shù)字輸入接口接收的是主令信號(hào)和檢測信號(hào)；（直流輸入、交流輸入）

開關(guān)量輸入接口電路4445

直流輸入電路COM+5VLEDSR3R1AR2C→→T

內(nèi)部電路濾波→→→→光電耦合

外部開關(guān)

輸入點(diǎn)的狀態(tài)顯示

輸入點(diǎn)公共端X046

交流輸入電路LED+5VA→→R2T～COMSCR1內(nèi)部電路R3濾波→→→→光電耦合

輸入點(diǎn)的狀態(tài)顯示

外部開關(guān)輸入點(diǎn)X047采用光電耦合電路，將CPU處理過的信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥等外部設(shè)備的通斷電。有三種類型：繼電器輸出型：為有觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較低的直流負(fù)載或交流負(fù)載回路。晶閘管輸出型：為無觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較高的交流電源負(fù)載。晶體管輸出型：為無觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較高的直流電源負(fù)載。開關(guān)量輸出接口電路48繼電器輸出電路COMLEDJ～R內(nèi)部電路→→負(fù)載輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示

繼電器

機(jī)械觸點(diǎn)

公共端輸出點(diǎn)Y049晶閘管輸出電路COMLEDR2C→→TFU～內(nèi)部電路R1負(fù)載→→雙向光控晶閘管

輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示

公共端輸出點(diǎn)50晶體管輸出電路COMT2LED→→DFU+5V內(nèi)部電路T1R1R2R3負(fù)載→→光電耦合

輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示

公共端輸出點(diǎn)51輸出接口電路：晶體管輸出型：為無觸點(diǎn)輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較高的直流電源負(fù)載。（a）晶體管輸出型（NPN集電極開路）（b）晶體管輸出型（PNP集電極開路）52PLC要在過程控制領(lǐng)域得以應(yīng)用，模擬量的輸入輸出接口便是其不可或缺的重要部件。其主要功能：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。與PLC的基本單元的總線相連由CPU調(diào)用和處理其數(shù)據(jù)。

4.模擬量I/O接口模塊53（1).模擬量輸入接口模塊（A/D）4路模擬量輸入

54（2).模擬量輸出接口模板D/A

2路模擬量輸出55PLC由開關(guān)式穩(wěn)壓電源為內(nèi)部電路供電抗干擾性能好有的PLC能向外部提供24V的直流電源可作為輸入單元連接的外部設(shè)備的電源開關(guān)電源輸入電壓范圍寬體積小重量輕效率高

5.電源單元56

若主機(jī)單元的I／O點(diǎn)數(shù)不能滿足需要時(shí)，可通過此接口用扁平電纜線將I／O擴(kuò)展單元與主機(jī)相連，以增加I／O點(diǎn)數(shù)。PLC的最大擴(kuò)展能力主要受CPU尋址能力和主機(jī)驅(qū)動(dòng)能力的限制。

6.I/O擴(kuò)展端口

I/O擴(kuò)展端口連接擴(kuò)展器的示意圖57CPM1A主機(jī)與I/O擴(kuò)展器的連接主機(jī)I/O擴(kuò)展器連接電纜58CPM2A59

7.外設(shè)端口外設(shè)端口盒式磁帶機(jī)打印機(jī)EPROM寫入器上位計(jì)算機(jī)

PLC可編程終端PT編程器…60通信與擴(kuò)展接口的連接實(shí)例61編程器是對(duì)PLC進(jìn)行操作的工具專用編程器在裝有專用編程軟件的計(jì)算機(jī)上編程簡易編程器直插式、便攜式計(jì)算機(jī)輔助編程圖形編程器

8.編程工具62顯示屏工作方式選擇開關(guān)編程位主機(jī)監(jiān)控位運(yùn)行位編程器直插式編程器63鍵盤指令鍵數(shù)字鍵編輯鍵清除鍵直插式編程器64便攜式編程器鍵盤顯示屏工作方式選擇開關(guān)65CPM1A主機(jī)與編程器的連接66

CPM1A主機(jī)與編程器的連接67計(jì)算機(jī)輔助編程計(jì)算機(jī)編程軟件PLC專用電纜計(jì)算機(jī)編程軟件PLC通信適配器RS-232電纜68智能單元本身是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)CPU、系統(tǒng)程序、存儲(chǔ)器、與外界相連的接口它們有自己的：對(duì)組合式PLC：智能單元是PLC系統(tǒng)的一個(gè)模塊與CPU單元通過系統(tǒng)總線相連接在CPU單元的協(xié)調(diào)管理下獨(dú)立地進(jìn)行工作對(duì)整體式PLC：主機(jī)通過I/O擴(kuò)展接口與智能單元連接

9.智能單元69

功能開關(guān)：是用來控制PLC工作狀態(tài)的如編程、監(jiān)視、運(yùn)行開關(guān)等。

指示燈有：PLC工作狀況指示燈、電源指示燈，電壓過低指示燈等。10.功能開關(guān)與指示燈7071

思考題

PLC主要由哪幾部分組成？簡述各部分作用725.6731.PLC循環(huán)掃描工作方式

掃描工作分為5個(gè)階段

公共處理階段

程序執(zhí)行階段

掃描周期計(jì)算階段I/O刷新階段外設(shè)端口處理階段

CPU從第一條指令開始按指令步序號(hào)作周期性的循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令,則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。5.6.1PLC的工作過程7400002010000000100002010002.PLC掃描工作各環(huán)節(jié)的功能①PLC上電后，首先檢查硬件是否正常。②按自上而下的順序，逐條讀用戶程序并執(zhí)行。對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將結(jié)果存入元件映象寄存器。③計(jì)算掃描周期。若正常，則進(jìn)行下一步；若不正常，則報(bào)警并作處理。母線④I/O刷新階段。⑤外設(shè)端口服務(wù)。讀輸入點(diǎn)的狀態(tài)并寫入輸入映像寄存器。將元件映像寄存器的狀態(tài)經(jīng)輸出鎖存器、輸出電路送到輸出點(diǎn)。訪問外設(shè)端口連接的外部設(shè)備。75設(shè)置各異常繼電器異常：(ERR/ALM)LED燈亮警告：(ERR/ALM)LED閃爍異?；蚓?？無有異常檢查結(jié)果正常？掃描周期監(jiān)視時(shí)間預(yù)置執(zhí)行用戶程序程序結(jié)束？(END命令？)NoYes掃描周期固定值設(shè)定檢查有固定值設(shè)置？等待設(shè)定掃描周期到計(jì)算掃描周期

I/O刷新正常異常警告接通電源初始化I/O外設(shè)端口服務(wù)初始化I/O、內(nèi)部輔助、特殊輔助、輔助記憶繼電器區(qū)域清零定時(shí)器預(yù)置識(shí)別擴(kuò)展單元公共處理執(zhí)行用戶程序掃描周期計(jì)算處理刷新硬件、用戶程序內(nèi)存檢查外設(shè)端口服務(wù)循環(huán)掃描工作流程PLC接通電源

初始化硬件檢查正常？異常報(bào)警異常處理掃描周期監(jiān)視執(zhí)行用戶程序程序結(jié)束？掃描周期檢查有固定設(shè)置？等待掃描周期計(jì)算I/O刷新外設(shè)端口服務(wù)異常

公共處理

執(zhí)行用戶程序掃描周期計(jì)算刷新端口服務(wù)76讀讀讀寫寫執(zhí)行用戶程序I/O刷新I/O刷新I/O刷新I/O刷新3.PLC執(zhí)行用戶程序的過程0100101000000000000101000輸入端子輸入電路用戶輸入設(shè)備輸入映像寄存器輸出電路輸出端子元件映像寄存器輸出鎖存器

用戶輸出設(shè)備輸入刷新程序執(zhí)行輸出刷新一個(gè)掃描周期輸入刷新775.6.2PLC控制的原理等效電路圖公共端輸出端子輸入端子主電路KMFUKH

M3~QSB1SB2SQ公共端輸入部分用戶程序輸出部分~KM01000PLCCOM00000000000000100002≈0000001000000010000201000COM0000100002PLC~SB1SB2KMSQ00000000010000201000COMCOM78~KM線圈通電SB1閉合00000閉合接點(diǎn)閉合KMFUKH

M3~QKM通電KM通電觸點(diǎn)閉合電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)觸點(diǎn)閉合PLCCOM00000000000000100002≈0000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLC~SB1SB2KMST00000000010000201000COMCOM79~KM線圈斷電00001斷開接點(diǎn)斷開KMFUKH

M3~QKM通電KM斷電觸點(diǎn)斷開電動(dòng)停轉(zhuǎn)觸點(diǎn)斷開PLCCOM00000000000000100002≈0000001000000010000201000COM010000000100002SB2STPLC~SB1SB2KMST00000000010000201000COMCOMSB2閉合805.6.3PLC執(zhí)行用戶程序的特點(diǎn)①按梯形圖自左向右、自上而下逐次執(zhí)行程序②執(zhí)行程序時(shí)所需數(shù)據(jù)取自于：輸入映像寄存器元件映像寄存器③輸入映像寄存器和元件映像寄存器中的數(shù)據(jù)元件映像寄存器：在一個(gè)掃描周期中可讀可寫輸入映像寄存器：在一個(gè)掃描周期中保持不變④每個(gè)掃描周期I/O刷新階段集中讀入/讀出數(shù)據(jù)811.產(chǎn)生I/O滯后現(xiàn)象的原因5.6.4PLC的I/O滯后現(xiàn)象（1）由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。PLC只在每個(gè)掃描周期的I/O刷新階段集中輸入/輸出，導(dǎo)致輸出信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào)滯后。（2）輸入濾波器對(duì)信號(hào)的延遲作用。濾波器時(shí)間常數(shù)越大，對(duì)輸入信號(hào)的延遲作用越強(qiáng)。有的PLC其輸入電路濾波器的時(shí)間常數(shù)可以調(diào)整。82——輸出ON延時(shí)。（3）輸出繼電器的動(dòng)作延遲（繼電器輸出型PLC）。從輸出鎖存器ON、到輸出觸點(diǎn)ON經(jīng)歷一定時(shí)間（4）用戶程序的長短及語句編排。程序的優(yōu)化要求有較快響應(yīng)的場合最好不要使用繼電器輸出型PLC。I/O滯后現(xiàn)象，對(duì)慢速控制系統(tǒng)影響不大。要求快速響應(yīng)的場合，需要解決I/O速度問題。

（5）PLC的輸入采樣、輸出刷新的特殊處理方式；83

2.I/O響應(yīng)時(shí)間的估算以20點(diǎn)的繼電器輸出型CPM1A為例。設(shè)輸入ON延時(shí)為8毫秒公共處理和I/O刷新時(shí)間為2毫秒執(zhí)行用戶程序時(shí)間為14毫秒輸出ON延時(shí)為15毫秒輸入狀態(tài)經(jīng)過一個(gè)掃描周期后在輸出得到響應(yīng)——最小I/O響應(yīng)時(shí)間--39毫秒輸入狀態(tài)經(jīng)過兩個(gè)掃描周期后在輸出得到響應(yīng)——最大I/O響應(yīng)時(shí)間--55毫秒84

最小I/O響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算最小I/O響應(yīng)時(shí)間=輸入ON延時(shí)+（公共處理+I/O刷新時(shí)間）+執(zhí)行程序時(shí)間+輸出ON延時(shí)=8+2+14+15=39ms輸入觸點(diǎn)輸入濾波輸出鎖存輸出觸點(diǎn)刷新執(zhí)行程序其他刷新執(zhí)行程序其他掃描周期(Ts)掃描周期(Ts)輸入ON延時(shí)輸出ON延時(shí)I/O響應(yīng)時(shí)間8毫秒2毫秒15毫秒14毫秒85輸入ON延時(shí)最大I/O響應(yīng)時(shí)間

=輸入ON延時(shí)+(公共處理+I/O刷新+執(zhí)行程序)×2+輸出ON延時(shí)=8+（2+14）×2+15=55ms。

最大I/O響應(yīng)時(shí)間的計(jì)算輸入觸點(diǎn)輸入濾波輸出鎖存輸出ON延時(shí)輸出觸點(diǎn)I/O響應(yīng)時(shí)間刷新執(zhí)行程序其他刷新執(zhí)行程序其他掃描周期(Ts)掃描周期(Ts)刷新執(zhí)行程序其他掃描周期(Ts)86

程序語句安排對(duì)I/O響應(yīng)時(shí)間的影響舉例200000000001000200002000001001PLC~SBKM1000000100101000COMCOMKM2當(dāng)SB閉合，經(jīng)過輸入濾波，設(shè)第一個(gè)掃描周期I/O刷新時(shí)00000的映像寄存器ON。第一個(gè)掃描周期結(jié)束時(shí)，01000為OFF。01000只能在第二個(gè)掃描周期結(jié)束后才能ON。87000002000020000010002000001001PLC~SBKM1000000100101000COMCOMKM2當(dāng)SB閉合，經(jīng)過輸入濾波，設(shè)第一個(gè)掃描周期00000的映像寄存器ON。01000在第一個(gè)掃描周期結(jié)束后就能ON。續(xù)如果將梯形圖的第一與第二梯級(jí)交換，如下圖：顯然，程序語句的安排對(duì)I/O響應(yīng)的影響很大。885.7PLC的編程語言89PLC的編程語言

邏輯功能圖

梯形圖

邏輯方程式

語句表

PLC的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)至今尚無國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家所用語言和符號(hào)也不盡相同。但它們的梯形圖語言的基本結(jié)構(gòu)和功能是大同小異的。

901.梯形圖（LAD）——類似于繼電—接觸器控制線路梯形圖編程目前依然是應(yīng)用最廣泛的編程語言，因?yàn)樗c繼電—接觸器控制線路非常相象，容易學(xué)習(xí)，使用方便。2.語句表（STL）——類似于匯編語言，由語句系列構(gòu)成。3.功能圖（FBD）——一種較新的編程方法，是各種PLC編程語言規(guī)范化的方向。PLC常用的編程語言主要有三種：911.梯形圖編程語言

兩種梯形圖的繼電器符號(hào)圖對(duì)照

物理繼電器

PLC繼電器常開常閉

觸點(diǎn)線圈

梯形圖編程語言是一種圖形語言

5.7.1梯形圖編程語言92000000100001000PLC控制00001SB2KMKM繼電器控制SB1

2.兩種控制的梯形圖比較線圈線圈常開觸點(diǎn)常開觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)93物理繼電器繼電器需硬接線連接觸點(diǎn)個(gè)數(shù)有限PLC繼電器繼電器用程序軟連接觸點(diǎn)個(gè)數(shù)無限繼電器的接線改變——控制功能改變PLC的用戶程序改變——控制功能改變

3.兩種控制中繼電器的區(qū)別941.兩種繼電器的區(qū)別2.兩種梯形圖的區(qū)別3.實(shí)現(xiàn)控制手段的不同注意：

它們并非是物理實(shí)體，而是“軟繼電器”。每個(gè)“軟繼電器”僅對(duì)應(yīng)PLC存儲(chǔ)單元中的一位。該位狀態(tài)為“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器線圈接通，其常開觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)斷開；該位狀態(tài)為“0”時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器線圈不通，其常開、常閉觸點(diǎn)保持原態(tài)。兩種圖形的區(qū)別：95用PLC控制——外部接線不變，改變用戶程序。用繼電器控制——要改變控制電路的實(shí)際接線。KM