《電氣控制及S7-1200 PLC應(yīng)用技術(shù)》課件第2章 可編程序控制器概述

現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)1第2章可編程序控制器概述主要內(nèi)容：中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.1PLC的定義與發(fā)展2.2PLC的主要功能、特點(diǎn)與分類2.3PLC的基本組成與工作原理1.PLC的定義美國電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）的定義“可編程序控制器是一種數(shù)字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)指令，并實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算功能，用來對(duì)各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制?！眹H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(chǔ)器，用來在其內(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。PLC及其有關(guān)的外部設(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)充功能的原則而設(shè)計(jì)”。2中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.1PLC的定義及發(fā)展現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)1.PLC的定義PLC的實(shí)質(zhì)以上PLC的定義說明，PLC是一種“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，實(shí)質(zhì)上是一種計(jì)算機(jī)。但強(qiáng)調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這是區(qū)別于一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。3中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.1PLC的定義及發(fā)展現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的發(fā)展PLC的產(chǎn)生PLC產(chǎn)生之前，工業(yè)控制領(lǐng)域中繼電器控制占主導(dǎo)地位。隨著控制系統(tǒng)的復(fù)雜化，繼電器控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)凸顯：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度慢、適應(yīng)性差，尤其當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，就必須重新設(shè)計(jì)、重新安裝，造成時(shí)間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi)。為了改變這一現(xiàn)狀，1968年美國最大的汽車制造商通用汽車公司(GM)，為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷更新的需求，以在激烈競(jìng)爭(zhēng)的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢(shì)，提出要研制一種新型的工業(yè)控制裝置來取代繼電器控制裝置，為此，特?cái)M定了十項(xiàng)公開招標(biāo)的技術(shù)要求，也就是著名的“GM十條”。根據(jù)招標(biāo)要求，1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界上第一臺(tái)PLC（PDP-14型），并在通用汽車公司自動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制新時(shí)代。從此，可編程序控制器這一新的控制技術(shù)迅速發(fā)展起來。4中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.1PLC的定義及發(fā)展現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的發(fā)展PLC的發(fā)展過程1）第一階段

從1969年第一臺(tái)PLC問世到1972年，是PLC的初創(chuàng)階段。第一臺(tái)PLC與現(xiàn)代的PLC有很大的差別，它的實(shí)質(zhì)只是一臺(tái)專用的邏輯控制計(jì)算機(jī)，還缺乏PLC自己的鮮明的性格。第一臺(tái)PLC的功績是把計(jì)算機(jī)的程序存儲(chǔ)技術(shù)引入繼電器控制系統(tǒng)。這個(gè)階段的PLC控制功能比較簡(jiǎn)單，主要用于邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和順序控制等功能。2）第二階段

從20世紀(jì)70年代初期到80年代初期，是崛起階段。由于PLC在取代繼電器控制系統(tǒng)方面的卓越表現(xiàn)，所以自從它在電氣自動(dòng)控制領(lǐng)域開始普及應(yīng)用后便得到了飛速的發(fā)展。計(jì)算機(jī)的發(fā)展促進(jìn)了PLC的發(fā)展，很快出現(xiàn)了以微處理器為核心的新一代PLC。這個(gè)階段的PLC的功能增強(qiáng)了很多，處理速度更快。增加了多種特殊功能，如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、平方、三角函數(shù)、數(shù)據(jù)表運(yùn)算、脈寬調(diào)制變換、高速計(jì)數(shù)、PID控制、定位控制、中斷控制和模擬量控制等。5中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.1PLC的定義及發(fā)展現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的發(fā)展PLC的發(fā)展過程3）第三階段

從20世紀(jì)80年代初期到90年代初期，是成熟階段。這個(gè)時(shí)期，PLC由最初用于汽車工業(yè)取代繼電器控制系統(tǒng)，發(fā)展到廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石油、化工、煤炭等工業(yè)領(lǐng)域，幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)。在大型的PLC中，一般都擴(kuò)展上了通信接口，通過PLC的網(wǎng)絡(luò)通信功能，可構(gòu)成多級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)工廠的管理與控制的自動(dòng)化。通信和聯(lián)網(wǎng)功能，是PLC發(fā)展成熟的標(biāo)志。4）第四階段

從20世紀(jì)90年代初期到90年代末期，是飛速發(fā)展階段。此階段各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高，進(jìn)一步提高PLC的處理速度，PLC已具有接近于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的強(qiáng)有力的軟、硬件功能。由于模擬量處理功能和網(wǎng)絡(luò)通信功能的提高，PLC控制系統(tǒng)在過程控制領(lǐng)城也開始大面積使用。20世紀(jì)90年代，是PLC發(fā)展的最快時(shí)期，年增長率一直都保持在30%~40%之間。6中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.1PLC的定義及發(fā)展現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的發(fā)展PLC的發(fā)展過程5）第五階段

從20世紀(jì)90年代中期以后，是標(biāo)準(zhǔn)化階段。長期以來PLC的研制走的是專門化道路，PLC的硬件和軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的。在硬件方面各廠家的CPU和I/O模塊互不通用，通信網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議往往也是專用的。在軟件方面，各廠家的PLC的編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)方式也不一致，甚至差異很大，因而各廠家的PLC互不兼容。這種不兼容問題為在工業(yè)自動(dòng)化中實(shí)現(xiàn)互換性、互操作性和標(biāo)準(zhǔn)化都帶來了極大的不便。如今，隨著可編程序控制器國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131的逐步完善和實(shí)施，特別是IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)編程語言的推廣，使得PLC真正走入了一個(gè)開放性和標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)代。7中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.1PLC的定義及發(fā)展現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的發(fā)展PLC的發(fā)展趨勢(shì)1）大型化增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通信功能

網(wǎng)絡(luò)化和強(qiáng)化通信能力是PLC的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。PLC構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)將有多個(gè)PLC、多個(gè)I/O模塊相連，并可與工業(yè)計(jì)算機(jī)、以太網(wǎng)等構(gòu)成整個(gè)工廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）技術(shù)在工業(yè)控制中將會(huì)得到越來越廣泛應(yīng)用。發(fā)展智能模塊

為了滿足各種特殊功能的需要，各種智能模塊層出不窮。智能模塊是以微處理器為基礎(chǔ)的功能部件，它們的CPU與PLC的CPU并行工作，占用主機(jī)的CPU時(shí)間很少，有利于提高PLC的掃描速度和完成特殊的控制要求。外部故障診斷功能PLC廣泛應(yīng)用了自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)，不斷提高PLC的可靠性。同時(shí)，PLC還不斷提高外部診斷功能。8中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.1PLC的定義及發(fā)展現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的發(fā)展PLC的發(fā)展趨勢(shì)1）大型化實(shí)現(xiàn)軟件、硬件標(biāo)準(zhǔn)化

由于早期PLC沒有一個(gè)統(tǒng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，所以PLC產(chǎn)品在使用上都存在著一些差別，而這此差別的存在對(duì)PLC產(chǎn)品制造商和用戶都是不利的。既增加了制造商的開發(fā)費(fèi)用；又增加了用戶學(xué)習(xí)和培訓(xùn)的負(fù)擔(dān)。需要通過標(biāo)準(zhǔn)化來消除這種不利影響。人機(jī)交互方式迅速發(fā)展

在中大型的PLC控制系統(tǒng)中，基于Windows的PC機(jī)與PLC進(jìn)行人機(jī)交互成為最佳的選擇。配合有適當(dāng)?shù)耐ㄐ沤涌诨蜻m配器，再結(jié)合組態(tài)軟件，PC機(jī)就可以和PLC之間進(jìn)行信息交換，就能完成復(fù)雜的和大量的畫面顯示，數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、設(shè)備管理等任務(wù)。使用PC機(jī)結(jié)合組態(tài)軟件來取代觸摸屏的方案已成為一種比較好的選擇。9中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.1PLC的定義及發(fā)展現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的發(fā)展PLC的發(fā)展趨勢(shì)2）小型化

發(fā)展小型PLC，其目的是為了適應(yīng)廣大的、分散的、中小型的工業(yè)控制場(chǎng)合，使PLC不僅成為繼電器控制柜的替代物，而且超過繼電器控制系統(tǒng)的功能。小型、超小型、微小型PLC不僅便于機(jī)電一體化，也是實(shí)現(xiàn)家庭自動(dòng)化的理想控制器。小型PLC向著簡(jiǎn)易化、體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低的方向發(fā)展。隨著PLC技術(shù)提高，目前已將原有大、中型PLC的功能移植到小型機(jī)上，如模擬量處理、復(fù)雜的功能指令和網(wǎng)絡(luò)通信等，使之具有靈活的組態(tài)特性。微小型PLC一般采用整體式結(jié)構(gòu)，集成有控制功能、操作和顯示單元、電源、I/O接口、擴(kuò)展接口、通信接口等。不僅可用于小型工業(yè)控制領(lǐng)域，而且也可以用于家庭自動(dòng)化、建筑、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等領(lǐng)域。10中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.1PLC的定義及發(fā)展現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)1.PLC的主要功能1）開關(guān)量邏輯控制這是PLC的最基本的功能。PLC具有強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力，可以實(shí)現(xiàn)各種簡(jiǎn)單和復(fù)雜的邏輯控制，常用于取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。2）模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。而PLC中的微處理器CPU只能處理數(shù)字量。所以PLC中配置了A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，把現(xiàn)場(chǎng)輸入的模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送CPU處理。而CPU處理的數(shù)字量結(jié)果，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)換成模擬量去控制被控設(shè)備，以完成對(duì)連續(xù)量的控制。3）閉環(huán)過程控制運(yùn)用PLC不僅可以對(duì)模擬量進(jìn)行開環(huán)控制，而且還可以進(jìn)行閉環(huán)控制。配置PID控制單元或模塊，對(duì)控制過程中某一變量（如電壓、電流、溫度、速度、位置等）進(jìn)行PID控制。11中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.2PLC的主要功能、特點(diǎn)與分類現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)1.PLC的主要功能4）定時(shí)控制PLC具有定時(shí)控制的功能，它為用戶提供了若干個(gè)定時(shí)器。定時(shí)器的時(shí)間可以由用戶在編程時(shí)設(shè)定，也可以用輸入設(shè)備在外部設(shè)定，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或延時(shí)的控制。5）計(jì)數(shù)控制PLC具有計(jì)數(shù)控制功能，它為用戶提供了若干個(gè)計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可以由用戶在編程時(shí)設(shè)定，也可以用輸入設(shè)備在外部設(shè)定，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)控制。6）順序（步進(jìn)）控制在工業(yè)控制中，選用PLC實(shí)現(xiàn)順序（步進(jìn)）控制，可以采用IEC規(guī)定的用于順序控制的標(biāo)準(zhǔn)化語言——順序功能圖（SequentialFunctionChart，SFC）進(jìn)行設(shè)計(jì)?？梢杂靡莆患拇嫫骱晚樋刂噶罹帉懗绦颉?2中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.2PLC的主要功能、特點(diǎn)與分類現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)1.PLC的主要功能7）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)據(jù)處理的能力。它不僅能進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示、打印以及數(shù)據(jù)通信等。8）通信和聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)代PLC具有網(wǎng)絡(luò)通信的功能，它既可以對(duì)遠(yuǎn)程I/O進(jìn)行控制，又能實(shí)現(xiàn)PLC與PLC、PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信，從而構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。PLC還可與其他智能控制設(shè)備（如變頻器、數(shù)控裝置）實(shí)現(xiàn)通信。PLC與變頻器組成聯(lián)合控制系統(tǒng)，可提高控制交流電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)化水平。13中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.2PLC的主要功能、特點(diǎn)與分類現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的特點(diǎn)1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)在設(shè)計(jì)中強(qiáng)化了PLC的抗干擾能力，使之能耐受諸如電噪聲、電源波動(dòng)、振動(dòng)、電磁波等干擾，能耐受1000V、1μm的脈沖干擾，能在高溫、高濕以及存在強(qiáng)腐蝕物質(zhì)粒子的惡劣環(huán)境下可靠地工作。通常PLC的平均無故障時(shí)間可達(dá)幾萬小時(shí)以上，有的甚至達(dá)幾十萬小時(shí)。2）通用性強(qiáng)、靈活性好、功能齊全PLC是通過軟件實(shí)現(xiàn)控制的，其控制程序編在軟件中，對(duì)于不同的控制對(duì)象都可采用相同的硬件進(jìn)行配置。目前，PLC產(chǎn)品已系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，能方便靈活地組成大小不同、功能不同的控制系統(tǒng)，通用性強(qiáng)。由于可編程序控制功能齊全，幾乎可以滿足所有控制場(chǎng)合的需求。組成系統(tǒng)后，即使控制程序發(fā)生變化，只要修改軟件即可，增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的柔性。14中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.2PLC的主要功能、特點(diǎn)與分類現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的特點(diǎn)3）編程簡(jiǎn)單、使用方便PLC在基本控制方面采用“梯形圖”語言進(jìn)行編程，這種梯形圖是與繼電器控制電路圖相呼應(yīng)的，形式簡(jiǎn)練，直觀性強(qiáng)，易于被廣大電氣工程人員接受。PLC還可以采用面向控制過程的控制系統(tǒng)流程圖編程和語句表方式編程。梯形圖、流程圖、語句表之間可有條件地相互轉(zhuǎn)換，使用極其方便。這是PLC能夠迅速普及和推廣的重要原因之一。4）模塊化結(jié)構(gòu)PLC的各個(gè)部件，包括CPU、電源、I/O接口等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架和電纜將各模塊連接起來。系統(tǒng)的功能和規(guī)?？筛鶕?jù)用戶的實(shí)際需求自行配置，從而實(shí)現(xiàn)最佳性能價(jià)格比。由于配置靈活，使擴(kuò)展、維護(hù)更加方便。15中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.2PLC的主要功能、特點(diǎn)與分類現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的特點(diǎn)5）安裝簡(jiǎn)便、調(diào)試方便PLC安裝簡(jiǎn)便，只要把現(xiàn)場(chǎng)的I/O設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端子相連就完成了全部的接線任務(wù)，縮短了安裝時(shí)間。PLC的調(diào)試工作大都分為室內(nèi)調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。室內(nèi)調(diào)試時(shí)，用模擬開關(guān)模擬輸入信號(hào)，其輸入狀態(tài)和輸出狀態(tài)可以觀察PLC上的相應(yīng)的指示燈?？梢愿鶕?jù)PLC上的指示燈和編程器提供的信息方便地進(jìn)行測(cè)試、排錯(cuò)和修改。室內(nèi)模擬調(diào)試后，即可到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行連機(jī)調(diào)試。6）網(wǎng)絡(luò)通信PLC提供標(biāo)準(zhǔn)通信接口，可以方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。16中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.2PLC的主要功能、特點(diǎn)與分類現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)3.PLC的分類1）按控制規(guī)模分類小型機(jī)的控制點(diǎn)數(shù)小于256點(diǎn)，用戶程序存儲(chǔ)器的容量小于8K字。小型機(jī)常用于單機(jī)控制和小型控制場(chǎng)合，在通信網(wǎng)絡(luò)中常作從站。例如，西門子公司的S7-1200PLC就屬于小型機(jī)。小型機(jī)中，控制點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的為超小型機(jī)或微型PLC。中型機(jī)的控制點(diǎn)數(shù)一般在256點(diǎn)～2048點(diǎn)范圍內(nèi)，用戶程序存儲(chǔ)器的容量小于50K字。中型機(jī)控制點(diǎn)數(shù)較多、控制功能強(qiáng)，常用于中型控制場(chǎng)合，在通信網(wǎng)絡(luò)中可作主站也可作從站。例如，西門子公司的S7-300PLC就屬于中型機(jī)。大型機(jī)的控制點(diǎn)數(shù)都在2048點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)器的容量達(dá)50K字以上。大型機(jī)控制點(diǎn)數(shù)多、功能很強(qiáng)、運(yùn)算速度很快，常用于大型控制場(chǎng)合，在通信網(wǎng)絡(luò)中常作主站。例如，西門子公司的S7-400PLC就屬于大型機(jī)。以上分類沒有十分嚴(yán)格的界限，隨著PLC技術(shù)的飛速發(fā)展，這些界限會(huì)發(fā)生變更。17中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.2PLC的主要功能、特點(diǎn)與分類現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)3.PLC的分類2）按PLC的結(jié)構(gòu)形式分類整體式PLC是將電源、CPU、I/O部件都集中在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)。其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低。一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。整體式PLC由不同I/O點(diǎn)數(shù)的基本單元和擴(kuò)展單元組成。基本單元內(nèi)有CPU、I/O和電源。擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O和電源。整體式PLC一般配備有特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使PLC的功能得以擴(kuò)展。模塊式PLC結(jié)構(gòu)是將PLC各部分分成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如電源模塊、CPU模塊、I/O模塊和各種功能模塊。模塊式PLC由機(jī)架和各種模塊組成。模塊插在機(jī)架內(nèi)的插座上。模塊式PLC配置靈活，裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。疊裝式PLC將整體式和模塊式結(jié)合起來。它除了基本單元外還有擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊，配置比較方便。疊裝式PLC集整體式PLC與模塊式PLC優(yōu)點(diǎn)于一身，它結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、配置靈活、安裝方便。18中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.2PLC的主要功能、特點(diǎn)與分類現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)1.PLC的基本組成基本組成從廣義上說，PLC也是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，只不過比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適用于控制要求的編程語言。所以PLC與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)十分相似，也具有中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入/輸出(I/O)接口、電源等。19中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)1.PLC的基本組成中央處理單元（CentralProcessingUnit，CPU）中央處理單元是PLC的核心部分，它包括微處理器和控制接口電路。微處理器是PLC的運(yùn)算和控制中心，由它實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、數(shù)字運(yùn)算，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作。PLC常用的微處理器有通用微處理器、單片機(jī)、位片式微處理器等。20中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)1.PLC的基本組成存儲(chǔ)器（Memory）1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器

系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用于存放PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在PROM或EPROM存儲(chǔ)器中，用戶不可訪問和修改。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)監(jiān)控程序、用戶指令解釋程序、標(biāo)準(zhǔn)程序模塊、系統(tǒng)調(diào)用、管理等程序以及各種系統(tǒng)參數(shù)。21中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)1.PLC的基本組成存儲(chǔ)器（Memory）2）用戶程序存儲(chǔ)器用戶程序存儲(chǔ)器可分為三部分：用戶程序區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、系統(tǒng)區(qū)。22中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)1.PLC的基本組成存儲(chǔ)器（Memory）2）用戶程序存儲(chǔ)器用戶程序區(qū)：用于存放用戶經(jīng)編程設(shè)備輸入的應(yīng)用程序。為了調(diào)試和修改方便，總是先把用戶程序存放在隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM中，經(jīng)過運(yùn)行考核，修改完善，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再把它固化到EPROM中，替代RAM使用。23中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)1.PLC的基本組成存儲(chǔ)器（Memory）2）用戶程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)區(qū)：用于存放PLC在運(yùn)行過程中所用到的和生成的各種工作數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)區(qū)包括輸入、輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)，定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的預(yù)置值和當(dāng)前值的數(shù)據(jù)等。24中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)1.PLC的基本組成存儲(chǔ)器（Memory）2）用戶程序存儲(chǔ)器系統(tǒng)區(qū)：主要存放CPU的組態(tài)數(shù)據(jù)，例如，輸入輸出組態(tài)、設(shè)置輸入濾波、脈沖捕捉、輸出表配置、定義存儲(chǔ)區(qū)保持范圍、模擬電位器設(shè)置、高速計(jì)數(shù)器配置、高速脈沖輸出配置、通信組態(tài)等。25中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)1.PLC的基本組成輸入、輸出單元（Input/OutputUnit）輸入、輸出單元是可編程序控制器的CPU與現(xiàn)場(chǎng)輸入、輸出裝置或其他外部設(shè)備之間的連接接口部件。26中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)1.PLC的基本組成輸入、輸出單元（Input/OutputUnit）輸入單元：將現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)，經(jīng)過輸入單元接口電路的轉(zhuǎn)換，變換為中央處理器能接受和識(shí)別的低電壓信號(hào)，送給中央處理器進(jìn)行運(yùn)算；輸出單元：將中央處理器輸出的低電壓信號(hào)變換為控制器件所能接受的電壓、電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈、電磁閥、接觸器等。27中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)1.PLC的基本組成輸入、輸出單元（Input/OutputUnit）所有輸入、輸出單元均帶有光電耦合電路，其目的是把PLC與外部電路隔離開來，以提高PLC的抗干擾能力。為了濾除信號(hào)的噪聲和便于PLC內(nèi)部對(duì)信號(hào)的處理，輸入單元還有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)鎖存電路；輸出單元也有輸出鎖存器、顯示、電平轉(zhuǎn)換、功率放大電路。28中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)1.PLC的基本組成編程設(shè)備過去的編程設(shè)備一般是編程器，由于其功能簡(jiǎn)單，使用不便，現(xiàn)在PLC生產(chǎn)廠家不再提供編程器；取而代之的是給用戶配置在PC上運(yùn)行的基于Windows的編程軟件。這種編程設(shè)備既可以對(duì)PLC進(jìn)行編程，又可以進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)控，甚至還可以進(jìn)行故障診斷。29中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)1.PLC的基本組成電源單元電源單元是PLC的電源供給部分。它的作用是把外部供應(yīng)的電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各單元所需的電源。有的電源單元還向外提供24V直流電源，可供開關(guān)量輸入單元連接的現(xiàn)場(chǎng)無源開關(guān)等使用。電源單元還包括掉電保護(hù)電路和后備電池電源，以保持RAM在外部電源斷電后存儲(chǔ)的內(nèi)容不丟失。30中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的工作原理模擬繼電器控制系統(tǒng)的編程方法1）繼電器控制系統(tǒng)電氣控制電路圖中，根據(jù)流過電流的大小可分為主電路和控制電路。用PLC替代繼電器控制系統(tǒng)就是替代電氣控制電路圖中的控制電路那部分，而主電路部分基本保持不變。對(duì)于繼電器控制電路又可分成三個(gè)組成部分：輸入部分、邏輯部分、輸出部分。31中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的工作原理模擬繼電器控制系統(tǒng)的編程方法1）繼電器控制系統(tǒng)輸入部分：由電路中全部輸入信號(hào)構(gòu)成，這些輸入信號(hào)來自被控對(duì)象上的各種開關(guān)信息，如控制按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、光敏管信號(hào)等。輸出部分：由電路中全部輸出元件構(gòu)成，例如，接觸器線圈、電磁閥線圈等執(zhí)行電器及信號(hào)燈。邏輯部分：由各種主令電器、繼電器、接觸器等電器的觸點(diǎn)和導(dǎo)線組成，觸點(diǎn)之間以固定方式接線，控制邏輯就編制在硬接線中，這種固化的程序不能靈活變更。32中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的工作原理模擬繼電器控制系統(tǒng)的編程方法2）PLC控制系統(tǒng)基于PLC的控制系統(tǒng)，也可分為三部分：輸入部分、邏輯部分、輸出部分，這與繼電器控制系統(tǒng)很相似。33中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的工作原理模擬繼電器控制系統(tǒng)的編程方法2）PLC控制系統(tǒng)輸入部分、輸出部分與繼電器控制系統(tǒng)所用的電器大致相同，所不同的是PLC中輸入、輸出部分多了輸入、輸出單元，增加了光電耦合、電平轉(zhuǎn)換、功率放大等功能。34中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的工作原理模擬繼電器控制系統(tǒng)的編程方法2）PLC控制系統(tǒng)PLC的邏輯部分是由微處理器、存儲(chǔ)器組成，由計(jì)算機(jī)軟件替代繼電器控制電路，實(shí)現(xiàn)“軟接線”，可以靈活編程。35中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的工作原理模擬繼電器控制系統(tǒng)的編程方法2）PLC控制系統(tǒng)盡管PLC與繼電器控制系統(tǒng)的邏輯部分組成元件不同，但在控制系統(tǒng)中所起的邏輯控制條件作用是一致的。因而我們可以把PLC內(nèi)部看作有許多“軟繼電器”：如“輸入繼電器”、“輸出繼電器”、“中間繼電器”、……“時(shí)間繼電器”等。36中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的工作原理模擬繼電器控制系統(tǒng)的編程方法2）PLC控制系統(tǒng)這樣，我們就可以模擬繼電器控制系統(tǒng)的編程方法，仍然按照設(shè)計(jì)繼電器控制電路的形式來編制程序，這就是梯形圖編程方法。梯形圖是與繼電器控制電路圖相呼應(yīng)的，使用起來非常方便。37中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的工作原理模擬繼電器控制系統(tǒng)的編程方法3）

并行工作方式與串行工作方式繼電器控制系統(tǒng)是一種“硬件邏輯系統(tǒng)”，如左下圖所示，它的三條支路是并行工作的，當(dāng)按下按鈕SF1，中間繼電器KF得電，KF的兩個(gè)觸點(diǎn)閉合，接觸器QAI、QA2同時(shí)得電并產(chǎn)生動(dòng)作，所以繼電器控制系統(tǒng)采用的是并行工作方式。PLC是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的工作原理是建立在計(jì)算機(jī)工作原理基礎(chǔ)之上，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)的，如右下圖所示，CPU是以分時(shí)操作方式來處理各項(xiàng)任務(wù)的，計(jì)算機(jī)在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序依次完成相應(yīng)各電器的動(dòng)作，所以它屬于串行工作方式。38中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的工作原理建立I/O映像區(qū)在PLC存儲(chǔ)器內(nèi)開辟了I/O映像區(qū)。對(duì)于系統(tǒng)的一個(gè)輸入點(diǎn)總有輸入映像區(qū)的某一位與之相對(duì)應(yīng)。對(duì)于系統(tǒng)的每一個(gè)輸出點(diǎn)都有輸出映像區(qū)的某一位與之相對(duì)應(yīng)。系統(tǒng)的輸入、輸出點(diǎn)的編址號(hào)與I/O映像區(qū)的映像寄存器地址號(hào)相對(duì)應(yīng)。39中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的工作原理建立I/O映像區(qū)PLC工作時(shí)，將采集到的輸入信號(hào)狀態(tài)存放在輸入映像區(qū)對(duì)應(yīng)的位上；將運(yùn)算的結(jié)果存放到輸出映像區(qū)對(duì)應(yīng)的位上。PLC在執(zhí)行用戶程序時(shí)所需“輸入繼電器”、“輸出繼電器”的數(shù)據(jù)取用于I/O映像區(qū)，而不直接訪問外部設(shè)備。40中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2.3PLC的基本組成與工作原理現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)2.PLC的工作原理建立I/O映像區(qū)I/O映像區(qū)的建立，使PLC工作時(shí)只和內(nèi)存有關(guān)地址單元內(nèi)所存信息狀態(tài)發(fā)生聯(lián)系，而系統(tǒng)輸出也是只給內(nèi)存某一地址單元設(shè)定一個(gè)狀態(tài)。這樣不僅加快程序執(zhí)行速度，而且還使控制系統(tǒng)與外界隔開，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力