Lec5 可編程序控制器基礎(chǔ)知識

第5講

ch7

可編程序控制器基礎(chǔ)知識可編程序控制器的優(yōu)點(diǎn)與這個“可”字有關(guān)。從軟件來講，它的程序可編，也不難編;從硬件上講，它的配置可變，也易變。八、PLC硬件選型一、可編程控制器的產(chǎn)生二、可編程控制器的定義三、組成與分類四、PLC主要功能五、PLC工作原理六、PLC編程語言七、PLC的基本性能指標(biāo)一、可編程控制器的產(chǎn)生

可編程控制器最先出現(xiàn)在美國，1968年，美國的汽車制造公司通用汽車公司(GM)提出了研制一種新型控制器的要求，并從用戶角度提出新一代控制器應(yīng)具備以下十大條件：一、可編程控制器的產(chǎn)生--GM十條1.編程簡單，可在現(xiàn)場方便地編輯及修改程序；2.價(jià)格便宜，其性能價(jià)格比要高于繼電器控制系統(tǒng)；3.體積要明顯小于繼電器控制柜；4.可靠性要明顯高于繼電器控制系統(tǒng)；5.具有數(shù)據(jù)通信功能；6.輸入可以是AC115V。7.輸出為AC115V，2A以上。8.硬件維護(hù)方便，最好是插件式結(jié)構(gòu)。9.擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只需做很小改動。10.用戶程序存儲器容量至少可以擴(kuò)展到4K。一、可編程控制器的產(chǎn)生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控制器，型號為PDP-14，并在GM公司的汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。稱為可編程序邏輯控制器。第一個把PLC商品化的是美國的哥德公司(GOULD)，時(shí)間也是1969年，型號為084。1971年，日本研制出第一臺可編程控制器DSC-8。1973～1974年，德國和法國也都相繼研制出自己的可編程控制器，西門子(1973)研制歐洲第一臺，型號為SIMATICS4。我國從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)應(yīng)用。二、可編程控制器的定義（1）

美國電氣制造商協(xié)會(NEMA)(1980’)：“可編程控制器是一種帶有指令存儲器，數(shù)字的或模擬的輸入／輸出接口，以位運(yùn)算為主，能完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能，用于控制機(jī)器或生產(chǎn)過程的自動控制裝置。”二、可編程控制器的定義（2）IEC(1985’)：“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(jì)。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲程序，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)字的或模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(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)充功能的原則設(shè)計(jì)”。三、組成與分類—組成三、組成與分類—組成中央處理器接收并存儲程序和數(shù)據(jù)用掃描方式接收數(shù)據(jù)診斷電源，內(nèi)部電路各種錯誤完成運(yùn)算三、組成與分類—組成存儲器只讀存儲器ROM隨機(jī)存儲器RAM可擦除只讀存儲器EPRAM電可擦除只讀存儲器EEPRAMFlash輸入/輸出模塊電源編程器(電腦)三、組成與分類—分類一）按容量和功能劃分，大致可以分為小型、中型、和大型三類機(jī)型。小型PLC的功能一般以開關(guān)量控制為主(256點(diǎn)以下)中型PLC一般都具有開關(guān)量和模擬量的兩種控制功能(256～1024點(diǎn)之間)大型PLC的功能已具備某些工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的功能，它不僅具有計(jì)算，控制和調(diào)節(jié)的功能，還具有網(wǎng)絡(luò)連接和通訊的功能。(點(diǎn)數(shù)大于1024)注：現(xiàn)在小型機(jī)功能也在增強(qiáng)三、組成與分類—分類二）按硬件結(jié)構(gòu)形狀來劃分，一般可以分為整體式，機(jī)架模塊式和疊裝式三類結(jié)構(gòu)。三、組成與分類—分類

一般的小型機(jī)多為整體式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)PLC的電源、CPU、I/O部件都集中配置在一個箱體中，有的甚至全部裝在一塊印刷電路板上。整體式三、組成與分類—分類

模塊式的PLC各部分以單獨(dú)的模塊分開設(shè)置,如電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊及其它智能模塊等。而各個模塊板之間是通過背板總線連接的。一般中型機(jī)、大型機(jī)和巨型機(jī)PLC均采用這種結(jié)構(gòu)。機(jī)架模塊式三、組成與分類—分類疊裝式其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但它們之間是靠電纜進(jìn)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。四、PLC主要功能1．邏輯控制2．模擬量控制3．定時(shí)控制4．計(jì)數(shù)控制5.步進(jìn)控制6．?dāng)?shù)據(jù)處理7．通信聯(lián)網(wǎng)四、PLC主要功能1．邏輯控制這是PLC最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，用來取代繼電器控制系統(tǒng)。PLC根據(jù)操作按鈕、限位開關(guān)及其它現(xiàn)場給出的指令信號和傳感器信號，按邏輯控制執(zhí)行部件進(jìn)行相應(yīng)的操作。2．模擬量控制PLC還可以實(shí)現(xiàn)模擬量（如溫度、壓力等）的采集與控制。過去，由于PLC擅長邏輯控制，模擬量的控制主要靠儀表控制或集散系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。目前，不但大、中型PLC都具有模擬量處理功能，甚至很多小型PLC也具有模擬量處理功能，而且編程和使用都很方便。四、PLC主要功能3．?dāng)?shù)字控制

PLC為用戶提供了一定數(shù)量的定時(shí)器，并設(shè)置了定時(shí)器指令，使用它們可實(shí)現(xiàn)定時(shí)操作的控制，同時(shí)PLC還提供了高精度的時(shí)鐘脈沖，用于準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)控制。4．計(jì)數(shù)控制PLC為用戶提供的計(jì)數(shù)器分為普通計(jì)數(shù)器、可逆計(jì)數(shù)器、高速計(jì)數(shù)器等，用來完成不同用途的計(jì)數(shù)控制。當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值等于計(jì)數(shù)器的設(shè)定值時(shí)，發(fā)出控制命令。5．步進(jìn)控制

PLC為用戶提供了一定數(shù)量的移位寄存器，用移位寄存器可方便地完成步進(jìn)控制功能。有些PLC還專門設(shè)有步進(jìn)控制指令，使得步進(jìn)控制更為方便。四、PLC主要功能6．?dāng)?shù)據(jù)處理大部分PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理功能，能完成數(shù)據(jù)運(yùn)算如：加、減、乘、除、乘方、開方等，邏輯運(yùn)算如：與、或、異或、求反等，移位、數(shù)據(jù)比較和傳送及數(shù)值的轉(zhuǎn)換等操作。7．通信聯(lián)網(wǎng)

大部分目前大多數(shù)PLC都具備了通信能力，能夠在PLC與PLC、PLC與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行通信，通過這些通信技術(shù)，使PLC聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成工廠自動化(FA)系統(tǒng)。五、工作原理PLC可以視為特殊的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，但其編程語言，工作原理與計(jì)算機(jī)不同PLC工作特點(diǎn)：采用循環(huán)掃描工作技術(shù)五、工作原理--PLC工作過程輸入采集：以掃描方式工作，按順序?qū)⑿盘柤拇娉绦驁?zhí)行：運(yùn)算，處理數(shù)據(jù)，結(jié)果寫入輸出映象寄存器輸出刷新：轉(zhuǎn)輸出映象寄存器數(shù)據(jù)至輸出狀態(tài)寄存器五、工作原理--PLC工作過程程序執(zhí)行過程示意圖

六、PLC編程語言--梯形圖（LAD）

梯形圖語言是一種以圖形符號及圖形符號在圖中的相互關(guān)系表示控制關(guān)系的編程語言，是從繼電器電路圖演變過來的。

繪梯形圖的一種設(shè)計(jì)思想:將可編程控制器中參與邏輯組合的元件看成和繼電器一樣,具有常開、常閉觸點(diǎn)及線圈,且線圈的得電失電將導(dǎo)致觸點(diǎn)的相應(yīng)動作;再用母線代替電源線,用能量流概念來代替繼電器電路中的電流概念;使用繪制繼電器電路圖類似的思路繪出梯形圖。

PLC中的繼電器等編程元件不是實(shí)際物理元件,而只是計(jì)算機(jī)存儲器中一定的位,它的所謂接通不過是相應(yīng)存儲單元置1而已。六、PLC編程語言--梯形圖（LAD）符號名稱繼電器電路圖符號梯形圖符號常開觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)線圈Eg.LAD說明(1)1．梯形圖按自上而下，從左到右的順序進(jìn)行排列。每一條邏輯行都起始于左母線，終止于繼電器線圈，右母線通?？梢允÷圆划?。2．梯形圖中母線的意義類似于繼電器線路中的電源線，但它不產(chǎn)生實(shí)際的物理電流，而只是假想在梯形圖中有“電流”流動，我們稱之為“概念電流”。概念電流在梯形圖中只能作從左向右的單向流動，改變層次也只能先上后下。LAD說明(2)

3．梯形圖由若干“梯層”組成。每個梯層由若干條并聯(lián)支路組成。每條支路又有若干個編程符號串聯(lián)組成。支路或符號的最大串聯(lián)、并聯(lián)數(shù)都是有一定限制的，具體PLC產(chǎn)品有不同規(guī)定。

4．梯形圖中的繼電器線圈不是繼電控制電路中的物理繼電器，而是與內(nèi)存映像區(qū)中的某一位相對應(yīng)的，因此稱之為“軟繼電器”。如果梯形圖中某繼電器的線圈“通電”或觸點(diǎn)“閉合”，則映像區(qū)中對應(yīng)存儲器的狀態(tài)為高電平“1”；反之，則為低電平“0”。LAD說明(3)梯形圖中的繼電器又分為輸出繼電器和內(nèi)部繼電器。輸出繼電器所對應(yīng)的映像存儲器中的信號狀態(tài)（“1”或“0”），可以通過I/O接口去驅(qū)動外部負(fù)載。內(nèi)部繼電器包括輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、寄存器等，它們所對應(yīng)的映像存儲器中信號狀態(tài)（“1”或“0”），只可在編程中供梯形圖內(nèi)部使用，不能用作輸出控制。

5．輸入繼電器僅供PLC接受外部的輸入信號，而不能用內(nèi)部其它繼電器的觸點(diǎn)來驅(qū)動或輸入信號。所以，梯形圖中只出現(xiàn)輸入繼電器的觸點(diǎn)，不會出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。梯形圖中輸入繼電器的觸點(diǎn)閉合表示信號輸入。

6．在梯形圖程序中，繼電器線圈一般情況下只能出現(xiàn)一次。而繼電器觸點(diǎn)在編程時(shí)則可無限次引用，且既可以是常開觸點(diǎn)，也可以是常閉觸點(diǎn)。LAD說明(4)

7．PLC運(yùn)行時(shí)是按照梯形圖符號排列順序自上而下，從左向右執(zhí)行程序的，即PLC是按照掃描方式順序執(zhí)行梯形圖程序的。因此不會出現(xiàn)幾條并列支路同時(shí)動作的情況，使得梯形圖設(shè)計(jì)大為簡化。六、PLC編程語言--指令表

指令表也叫做語句表。它和單片機(jī)程序中的匯編語言有點(diǎn)類似,由語句指令依一定的順序排列而成。一條指令一般可分為二部分,一為助記符,二為操作數(shù)。

指令表語言和梯形圖有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。對指令表運(yùn)用不熟悉的人可先畫出梯形圖,再轉(zhuǎn)換為語句表。另一方面,程序編制完畢裝入機(jī)內(nèi)運(yùn)行時(shí),簡易編程設(shè)備都不具備直接讀取圖形的功能,梯形圖程序只有改寫為指令表才有可能送入可編程控制器運(yùn)行。

六、PLC編程語言--功能塊圖

功能塊圖是一種類似于數(shù)字邏輯電路的編程語言。該編程語言用類似與門、或門的方框來表示邏輯運(yùn)算關(guān)系,方框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量,右側(cè)為輸出變量,輸入端、輸出端的小圓圈表示“非”運(yùn)算,信號自左向右流動。ORANDSRS1Q1RTest1Test2Sw1%IX3ResetStart六、PLC編程語言--順序功能圖

順序功能圖常用來編制順序控制類程序。它包含步、動作、轉(zhuǎn)換三個要素。順序功能編程法將一個復(fù)雜的順序控制過程分解為一些小的工作狀態(tài),對這些小狀態(tài)的功能分別處理后再將它們依順序連接組合成整體的控制程序。步1步2步3動作1動作2轉(zhuǎn)換1轉(zhuǎn)換21．存儲器容量

存儲器容量指的是存放用戶程序的RAM容量，通常用字（每個字為16位二進(jìn)制數(shù)）或K字節(jié)來表示，這里的1K=1024個字。七、PLC的基本性能指標(biāo)2．掃描速度掃描速度是以PLC執(zhí)行1K字節(jié)的用戶指令所需時(shí)間來衡量，常以ms/K為表示單位。3．I/O點(diǎn)數(shù)I/O的點(diǎn)數(shù)是指PLC最大輸入輸出點(diǎn)的總和。4．內(nèi)部繼電器及其類型

內(nèi)部繼電器是專供用戶程序使用，具有“軟”繼電器的特征。常用的內(nèi)部繼電器有內(nèi)部輔助繼電器，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，內(nèi)部專用繼電器等。PLC的內(nèi)部繼電器種類和數(shù)量越多，表明其功能越強(qiáng)。5．編程語言(編程指令)不同的PLC機(jī)型使用廠家各自開發(fā)研制的編程語言，互不兼容，但對應(yīng)功能的指令都具有可移植性。PLC的編程語言一般都具備用梯形圖語言和助記符指令編程的能力。編程指令又分成基本指令和功能指令兩大類，基本指令各種PLC共有，而功能指令的條數(shù)越多表明PLC的軟件功能越強(qiáng)。七、PLC的基本性能指標(biāo)6．可擴(kuò)展性PLC的擴(kuò)展性可分為控制點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和控制區(qū)域的擴(kuò)展，也是衡量PLC性能的一個重要指標(biāo)?？刂泣c(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展、控制區(qū)域的擴(kuò)展1、選型原則：使用場合、控制對象、工作環(huán)境、性價(jià)比2、選型方法輸入/輸出點(diǎn)數(shù)估算開關(guān)輸入點(diǎn)：DI開關(guān)輸出點(diǎn)：DO模擬輸入點(diǎn)：AI模擬輸出點(diǎn)：AO八、PLC硬件選型存儲器容量估算：與用戶內(nèi)存容量相匹配3、功能選擇運(yùn)算功能邏輯運(yùn)算定時(shí)運(yùn)算計(jì)數(shù)運(yùn)算四則運(yùn)算根據(jù)系統(tǒng)的要求選擇八、PLC硬件選型處理速度不同點(diǎn)數(shù)不同機(jī)型