可編程控制器原理與程序設(shè)計(jì)(第2版)謝克明第1章

可編程控制器原理與程序設(shè)計(jì)(第2版)第1章CATALOGUE目錄可編程控制器概述可編程控制器的組成與工作原理邏輯控制器與順序控制器可編程控制器應(yīng)用設(shè)計(jì)基礎(chǔ)可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)與工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)01可編程控制器概述可編程控制器（ProgrammableController，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC）是一種專(zhuān)門(mén)為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的數(shù)字電子計(jì)算機(jī)，具有編程控制功能，能夠進(jìn)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，并通過(guò)數(shù)字或模擬輸入/輸出接口控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC采用微處理器作為核心，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制系統(tǒng)的智能化、小型化和可靠性?？删幊炭刂破鞯亩x可編程控制器的歷史與發(fā)展1960年代美國(guó)DEC公司推出第一臺(tái)可編程控制器，主要用于汽車(chē)工業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)。1970年代隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能逐漸增強(qiáng)，應(yīng)用范圍擴(kuò)大到機(jī)械、化工、紡織等領(lǐng)域。1980年代PLC進(jìn)入成熟期，出現(xiàn)了許多具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的PLC產(chǎn)品，如西門(mén)子S7系列、三菱FX系列等。1990年代至今隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC逐漸向開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化、集成化方向發(fā)展，出現(xiàn)了許多具有現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、工業(yè)以太網(wǎng)等功能的PLC產(chǎn)品?？煽啃愿吖δ軓?qiáng)大維護(hù)方便分類(lèi)靈活性好編程簡(jiǎn)單PLC采用微處理器和大規(guī)模集成電路技術(shù)，具有很高的可靠性，能夠在惡劣的工業(yè)環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。PLC采用面向控制過(guò)程的編程語(yǔ)言，易于學(xué)習(xí)和掌握，同時(shí)具有豐富的指令系統(tǒng)和功能模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)各種復(fù)雜的控制功能。PLC具有豐富的輸入/輸出接口，可以方便地與各種設(shè)備連接，同時(shí)具有多種通訊協(xié)議和擴(kuò)展模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)分布式控制和智能化管理。PLC具有豐富的控制功能和數(shù)據(jù)處理能力，可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制和數(shù)據(jù)處理等操作。PLC具有自診斷功能和故障檢測(cè)功能，能夠快速定位故障并給出相應(yīng)的故障信息，便于維護(hù)和維修。根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，可以將PLC分為不同的類(lèi)型。如按結(jié)構(gòu)可分為整體式和模塊式；按功能可分為基本型和智能型；按規(guī)?？煞譃樾⌒汀⒅行秃痛笮??？删幊炭刂破鞯奶攸c(diǎn)與分類(lèi)02可編程控制器的組成與工作原理可編程控制器的組成輸入/輸出接口用于連接外部設(shè)備和控制器之間的數(shù)據(jù)交換。存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)用戶(hù)程序、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)程序。中央處理器（CPU）可編程控制器的核心部件，負(fù)責(zé)執(zhí)行用戶(hù)程序和控制整個(gè)控制器的工作。電源模塊為控制器提供電源。外設(shè)如鍵盤(pán)、顯示器等，用于與控制器進(jìn)行人機(jī)交互。掃描輸入01可編程控制器通過(guò)輸入接口不斷掃描外部輸入信號(hào)，并將輸入狀態(tài)存入相應(yīng)的輸入映像寄存器。程序執(zhí)行02控制器根據(jù)用戶(hù)程序在CPU中按順序執(zhí)行，并讀取輸入映像寄存器中的狀態(tài)，進(jìn)行邏輯運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理，然后將結(jié)果存入輸出映像寄存器中。輸出更新03在程序執(zhí)行完成后，控制器將輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)發(fā)送到輸出接口，控制外部設(shè)備。可編程控制器的工作原理指令表（IL）類(lèi)似于匯編語(yǔ)言，使用助記符表示指令。結(jié)構(gòu)化文本（ST）類(lèi)似于高級(jí)編程語(yǔ)言，使用類(lèi)似于Pascal或C語(yǔ)言的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)。功能塊圖（FBD）使用圖形化方式表示控制邏輯，易于理解和設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制算法。順序功能圖（SFC）用于描述控制系統(tǒng)的順序和并行工作流程?？删幊炭刂破鞯木幊陶Z(yǔ)言03邏輯控制器與順序控制器邏輯控制器01邏輯控制器主要用于處理開(kāi)關(guān)量信號(hào)，如啟動(dòng)、停止、前進(jìn)、后退等。02邏輯控制器通過(guò)邏輯運(yùn)算對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。邏輯控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用。0303順序控制器具有控制精度高、穩(wěn)定性好、可編程性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在自動(dòng)化生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。01順序控制器主要用于按照預(yù)設(shè)的順序和條件對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。02順序控制器通過(guò)預(yù)設(shè)的程序?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行順序控制，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制。順序控制器邏輯控制器和順序控制器在功能和應(yīng)用上存在一定的差異。邏輯控制器主要關(guān)注開(kāi)關(guān)量的邏輯運(yùn)算和控制，而順序控制器則更注重按照預(yù)設(shè)順序和條件進(jìn)行自動(dòng)化控制。在應(yīng)用上，邏輯控制器適用于簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)量控制場(chǎng)景，而順序控制器則適用于需要自動(dòng)化控制的生產(chǎn)線(xiàn)或工業(yè)過(guò)程。盡管兩者存在差異，但在實(shí)際應(yīng)用中，邏輯控制器和順序控制器可以結(jié)合使用，以實(shí)現(xiàn)更高效和精確的控制效果。在結(jié)構(gòu)上，邏輯控制器相對(duì)簡(jiǎn)單，而順序控制器通常具有更復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的控制功能。邏輯控制器與順序控制器的比較04可編程控制器應(yīng)用設(shè)計(jì)基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)安裝與調(diào)試將可編程控制器安裝在現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和參數(shù)調(diào)整，確保滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)需求。測(cè)試與調(diào)試在模擬環(huán)境下對(duì)控制程序進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試，確保程序正確無(wú)誤。軟件設(shè)計(jì)根據(jù)控制要求編寫(xiě)控制程序，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制等功能。需求分析明確控制要求，確定輸入輸出信號(hào)，了解工藝流程和設(shè)備。硬件配置根據(jù)控制要求選擇合適的可編程控制器、I/O模塊、通訊模塊等，并進(jìn)行配置?？删幊炭刂破鲬?yīng)用設(shè)計(jì)的基本步驟輸入輸出模塊根據(jù)輸入輸出信號(hào)的類(lèi)型和數(shù)量，選擇合適的輸入輸出模塊，并配置正確的信號(hào)類(lèi)型和接線(xiàn)方式。電源與接地為可編程控制器提供穩(wěn)定的電源和可靠的接地，確保控制器的正常工作。通訊模塊根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的控制功能和通訊協(xié)議，選擇合適的通訊模塊，并配置正確的通訊參數(shù)?？刂埔?guī)模根據(jù)控制點(diǎn)數(shù)、通訊方式和擴(kuò)展能力等要素，選擇合適規(guī)模的可編程控制器?？删幊炭刂破鞯倪x型與配置冗余設(shè)計(jì)采用雙機(jī)熱備、雙電源供電等冗余技術(shù)，提高系統(tǒng)的可靠性。故障診斷實(shí)現(xiàn)故障自診斷功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和定位故障，提高系統(tǒng)的可維護(hù)性。電磁兼容性設(shè)計(jì)采取屏蔽、濾波、接地等措施，提高系統(tǒng)抗干擾能力。軟件可靠性設(shè)計(jì)采用容錯(cuò)技術(shù)、軟件看門(mén)狗等措施，提高軟件的可靠性。可編程控制器的可靠性設(shè)計(jì)05可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)與工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)通信與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)隨著無(wú)線(xiàn)通信和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器正逐漸融入這些技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，提高了工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的靈活性和可靠性。高效能與高可靠性隨著技術(shù)的進(jìn)步，可編程控制器正朝著更高性能和更可靠的方向發(fā)展，以滿(mǎn)足工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)Ω咝芎透呖煽啃缘男枨?。智能化現(xiàn)代的可編程控制器具備了更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和邏輯運(yùn)算能力，能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜的控制算法和數(shù)據(jù)處理功能，推動(dòng)了工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的智能化發(fā)展。集成化與模塊化為了方便系統(tǒng)的集成和擴(kuò)展，可編程控制器正朝著集成化和模塊化的方向發(fā)展，使得系統(tǒng)的構(gòu)建更加靈活和方便。可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)是一種專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有高速、穩(wěn)定、可靠的特點(diǎn)，是工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是一種用于連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制系統(tǒng)的通信協(xié)議，具有開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備間的互操作和信息共享。無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如WiFi、藍(lán)牙、ZigBee等無(wú)線(xiàn)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的無(wú)線(xiàn)連接和控制，提高了系統(tǒng)的靈活性和便利性。工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)具有開(kāi)放、分散、標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備間的互操作和信息共享，提高了工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性和靈活性。工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)工業(yè)以太網(wǎng)具有高速、穩(wěn)定、可靠的特點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>