,1,第三章 可編程序控制器概述,2,本章主要內(nèi)容,3.1 PLC的產(chǎn)生和定義 3.2 PLC的主要功能及特點(diǎn) 3.3 PLC的應(yīng)用和發(fā)展 3.4 PLC的分類(lèi) 3.5 PLC的系統(tǒng)組成 3.6 PLC與其它控制系統(tǒng)的區(qū)別 3.7 PLC的工作原理 3.8 PLC的編程語(yǔ)言,3,311 PLC的產(chǎn)生-GM10條 (1)編程簡(jiǎn)單，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序； (2)維修方便，最好是插件式結(jié)構(gòu)； (3)可靠性高于繼電器控制裝置； (4)體積小于繼電器控制裝置； (5)數(shù)據(jù)可以直接輸入管理計(jì)算機(jī)； (6)可以直接用交流115V； (7)輸出為交流115V,容量要求2A以上,可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等負(fù)載； (8)通用性強(qiáng)，易擴(kuò)展，擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)只需很少變更； (9)用戶(hù)存貯器容量大于4KB； (10)性能價(jià)格比可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)。,31 PLC的產(chǎn)生與定義,4,3.1.2 PLC的定義,早期的可編程控制器主要是用來(lái)替代繼電器控制系統(tǒng)的，因此功能較為簡(jiǎn)單，只能進(jìn)行開(kāi)關(guān)量邏輯控制，稱(chēng)為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）,簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。 “可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì).它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)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)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出,控制各種類(lèi)型機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程。而有關(guān)的外圍設(shè)備,都應(yīng)按易于與工業(yè)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).” 可以認(rèn)為PLC實(shí)質(zhì)是一臺(tái)工業(yè)控制用計(jì)算機(jī)。,5,(一) PLC的功能 1 . 開(kāi)關(guān)邏輯和順序控制 2. 模擬控制 （A/D和D/A控制） 3. 定時(shí)/計(jì)數(shù)控制 4. 步進(jìn)控制 5運(yùn)動(dòng)控制 6. 數(shù)據(jù)處理 7. 通信聯(lián)網(wǎng),32 PLC的功能特點(diǎn),6,（二）PLC的特點(diǎn),1. 編程簡(jiǎn)單,易于使用； 2可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)； 3. 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)； 4. 功能完善； 5. 設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試的周期短； 6.體積小、重量輕、功耗低，維護(hù)操作方便； 7. 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 。,7,硬件方面措施： (1)隔離 (2)濾波 (3)在PLC內(nèi)部對(duì)CPU供電電源采取屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施. (4)內(nèi)部設(shè)置連鎖、故障檢測(cè)與診斷等電路，一旦發(fā)生故障就報(bào)警。 (5)外部采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)惡劣環(huán)境。 軟件方面措施： 設(shè)置數(shù)字濾波、故障檢測(cè)與診斷程序，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤立即處理（封鎖輸出、報(bào)警、保護(hù)數(shù)據(jù)）.,8,3.3 PLC的應(yīng)用與發(fā)展,3.3.1 PLC的發(fā)展?fàn)顩r,3.3.2 PLC的發(fā)展趨勢(shì) 1.向小型化、專(zhuān)業(yè)化、低成本方向發(fā)展; 2.向大容量,高速度方向發(fā)展; 3.智能型I/O模塊的發(fā)展; 4.基于PC的編程軟件取代編程器; 5.PLC編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化; 6.PLC通信的易用化; 7.組態(tài)軟件與PLC的軟件化; 8.PLC與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合,9,一方面向著大型化的方向發(fā)展，一方面則向著小型化的方向發(fā)展。 PLC向大型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在大中型PLC高功能、大容量、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，使之能與計(jì)算機(jī)組成集成控制系統(tǒng)，對(duì)大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合的自動(dòng)控制。 PLC向小型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：為了減小體積、降低成本，向高性能的整體型發(fā)展；在提高系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上，產(chǎn)品的體積越來(lái)越小，功能越來(lái)越強(qiáng)；應(yīng)用的專(zhuān)業(yè)性，使得控制質(zhì)量大大提高。,可編程序控制器的發(fā)展趨勢(shì),10,常用PLC的生產(chǎn)廠家,日本立石（OMRON）公司的C系列可編程序控制器； 日本三菱（MITSUBISHI）公司的F、F1、F2、FX2系列可編程序控制器； 日本松下（PANASONIC）電工公司的FP1系列可編程序控制器； 美國(guó)通用電氣（GE）公司的GE系列可編程序控制器； 美國(guó)艾論布拉德利（A-B）公司的PLC-5系列可編程序控制器； 德國(guó)西門(mén)子（SIEMENS）公司的S5、S7系列可編程序控制器。,11,國(guó)產(chǎn)SOC-48NE2型PLC,國(guó)產(chǎn)JH120H型PLC,日本FX型PLC,美國(guó)通用PLC,日本松下PLC,合資產(chǎn)品歐姆龍PLC,德國(guó)西門(mén)子PLC,12,3.3.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域,PLC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(chē)、裝卸、紡織、環(huán)保和娛樂(lè)等行業(yè)。PLC的應(yīng)用范圍可分成5種類(lèi)型。 （1）順序控制 如印刷機(jī)械、包裝機(jī)械、機(jī)床裝配生產(chǎn)線及電梯控制等。 （2）運(yùn)動(dòng)控制 PLC把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。 （3）過(guò)程控制 PLC還能控制大量的過(guò)程參數(shù)，如溫度、流量、壓力和液位。一個(gè)具有PID控制能力的PLC可用于過(guò)程控制。 （4）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中,PLC作為主要的控制與管理系統(tǒng)可以完成大量的數(shù)據(jù)處理工作。 （5）通信網(wǎng)絡(luò),13,PLC的應(yīng)用領(lǐng)域,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,14,3.4 PLC的分類(lèi),一、按點(diǎn)數(shù)和功能分類(lèi) （1）超小型機(jī) ：I/O點(diǎn)數(shù)為64點(diǎn)以?xún)?nèi)，內(nèi)存容量為2561000字節(jié)； （2）小型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)為64256，內(nèi)存容量為13.6K字節(jié)； （3）中型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)為2561024，內(nèi)存容量為3.613K字節(jié)； （4）大型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)為1024以上，內(nèi)存容量為13K字節(jié)以上；,15,二、按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi),（1）整體式結(jié)構(gòu) 一般的小型及超小型PLC多為整體式結(jié)構(gòu)，這種可編程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及與編程器或EPROM寫(xiě)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。西門(mén)子公司的S7-200系列PLC為整體式結(jié)構(gòu)。 （2）模塊式結(jié)構(gòu) 模塊式結(jié)構(gòu)又叫積木式。這種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)是把PLC的每個(gè)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、通信模塊等。常見(jiàn)產(chǎn)品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西門(mén)子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。,16,17,3.5 PLC的系統(tǒng)組成,PLC專(zhuān)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，它主要是由CPU、電源、存儲(chǔ)器和專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的輸入/輸出接口電路等組成。PLC的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示：,圖3.1 PLC結(jié)構(gòu)框圖,18,1. 中央處理單元(CPU),中央處理單元(CPU)一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片上。CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入/輸出接口電路相連接。 它的主要功能有以下幾點(diǎn)： 接收從編程器輸入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)，送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)； 用掃描方式接收輸入設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)； 監(jiān)測(cè)和診斷電源、PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和用戶(hù)程序編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤； 執(zhí)行用戶(hù)程序，完成各種數(shù)據(jù)的運(yùn)算、傳遞和存儲(chǔ)等功能； 根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器表的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 PLC常用的CPU芯片有通用微處理器、單片機(jī)和位片式微處理器。 PLC的檔次越高，所用的CPU的位數(shù)也越多，運(yùn)算速度也越快，功能越強(qiáng)。,19,2. 存儲(chǔ)器,PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶(hù)存儲(chǔ)器兩部分。 系統(tǒng)存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)程序，并固化到ROM內(nèi)，用戶(hù)不能直接更改。它使PLC具有基本功能，能夠完成PLC設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。其內(nèi)容主要包括三部分。 第一部分為系統(tǒng)管理程序； 第二部分為用戶(hù)指令解釋程序； 第三部分為標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用。 用戶(hù)存儲(chǔ)器用來(lái)存放用戶(hù)編制的控制程序。它包括用戶(hù)程序存儲(chǔ)器（程序區(qū)）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。 PLC常用的存儲(chǔ)器類(lèi)型三種： （1）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM） （2）只讀存儲(chǔ)器（ROM） （3）可電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EPROM、EEPROM,20,3. 輸入/輸出單元,PLC的輸入/輸出信號(hào)類(lèi)型可以是開(kāi)關(guān)量和模擬量。 輸入單元接收來(lái)自用戶(hù)設(shè)備的各種控制信號(hào)，通過(guò)接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識(shí)別和處理的信號(hào)，并存到輸入映像寄存器。運(yùn)行時(shí)CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備的執(zhí)行元件。 常用開(kāi)關(guān)量輸入/輸出接口電路有： （1）輸入接口電路 通常PLC的輸入類(lèi)型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內(nèi)部提供。,21,圖3.2 直流輸入接口電路,圖3.3 交流輸入接口電路,22,(2)輸出接口電路 輸出接口電路按輸出開(kāi)關(guān)器件的種類(lèi)分通常有三種類(lèi)型:繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。每種輸出電路都采用電氣隔離技術(shù)，電源由外部提供，輸出電流一般為0.52A。,它只能帶直流負(fù)載，屬于直流輸出方式，直流電源由用戶(hù)提供。 特點(diǎn)：壽命長(zhǎng)、無(wú)噪音、可靠性高、可以高速通斷，頻率響應(yīng)快，響應(yīng)時(shí)間為0.2ms能滿(mǎn)足一些直流負(fù)載的特殊要求.如直流電機(jī)、電器和高速電磁閥的驅(qū)動(dòng)等，但其價(jià)格高，過(guò)載能力差。,晶體管輸出：如圖示,23,晶閘管輸出：如圖示,晶閘管輸出也是無(wú)觸點(diǎn)輸出，它采用光觸發(fā)型雙向晶閘管。它屬于交流輸出方式，只能帶交流負(fù)載。交流電源由用戶(hù)提供。 特點(diǎn)：響應(yīng)速度快,響應(yīng)時(shí)間為1ms以下,壽命長(zhǎng),可驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載,但過(guò)載能力差.,特點(diǎn):它耐受電壓范圍寬,導(dǎo)通壓降小,價(jià)格便宜。即可控制交流負(fù)載，也可控制直流負(fù)載，但其機(jī)械觸點(diǎn)壽命短，轉(zhuǎn)換頻率低，響應(yīng)時(shí)間平均為10ms，觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)有電弧產(chǎn)生，容易產(chǎn)生干擾。,繼電器輸出:如圖示,4. 電源部件 5. 編程器,6. 擴(kuò)展接口 7. 通信接口 8. 其它部件,24,1. 控制邏輯 繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，而PLC采用存儲(chǔ)器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故稱(chēng)為“軟接線”。 2. 工作方式 前者屬于并行工作方式，PLC屬于串行工作方式。 3. 可靠性和可維護(hù)性 4. 控制速度 5. 定時(shí)控制 6. 設(shè)計(jì)和施工,PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較 PLC與單片機(jī)的比較 PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的比較,3.6 PLC與其他控制系統(tǒng)的區(qū)別,25,3.7 PLC的工作原理,3.7.1 PLC的工作方式與運(yùn)行框圖,26,PLC是以分時(shí)操作方式來(lái)處理各項(xiàng)任務(wù)的,程序的執(zhí)行是按順序依次完成相應(yīng)各電器的動(dòng)作,它屬于串行工作方式.PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)順序掃描的方式工作的,每一次掃描所用的時(shí)間為掃描周期或工作周期.PLC工作的全過(guò)程可用如圖3-7所示的運(yùn)行框圖來(lái)表示. 一個(gè)掃描周期的五個(gè)階段：內(nèi)部處理與編程器等的通信處理輸入掃描 執(zhí)行用戶(hù)程序輸出處理。,PLC運(yùn)行正常時(shí),掃描周期與CPU的運(yùn)算速度、I/O點(diǎn)的情況、用戶(hù)應(yīng)用程序的長(zhǎng)短等有關(guān)。,27,PLC的運(yùn)行框圖:,28,3.7.2 PLC工作過(guò)程的中心內(nèi)容,輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新這三個(gè)階段是PLC工作過(guò)程的中心內(nèi)容。PLC典型的掃描工作過(guò)程如圖所示：,29,1. 輸入采樣階段：,在輸入采樣階段，PLC以?huà)呙璺绞桨错樞驅(qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘?hào)狀態(tài)（“0”或“1”，表現(xiàn)在接線端子上是否承受外加電壓）讀入輸入映像寄存器中，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為對(duì)輸入信號(hào)的采樣，接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在輸入采樣階段結(jié)束后，即使輸入信號(hào)狀態(tài)發(fā)生改變，輸入映像寄存器中的狀態(tài)也不會(huì)發(fā)生改變。,30,2程序執(zhí)行階段:,在程序執(zhí)行階段，PLC對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描，又稱(chēng)程序處理階段。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、先左后右的順序?qū)τ山狱c(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng)RAM區(qū)對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。在程序執(zhí)行階段，只有輸入映像寄存器區(qū)存放的輸入采樣值不會(huì)發(fā)生改變，其他各種元素在輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能隨著程序的執(zhí)行隨時(shí)發(fā)生改變。 3. 輸出刷新階段： 當(dāng)程序執(zhí)行后進(jìn)入輸出刷新階段。此時(shí)將輸出映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，再通過(guò)輸出端驅(qū)動(dòng)用戶(hù)輸出設(shè)備（負(fù)載）。,31,3.7.3 PLC對(duì)輸入、輸出的處理原則,PLC在輸入/輸出處理方面必須遵守的一般原則： (1)輸入映像寄存器中的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子板上各輸入點(diǎn)在上一刷新期間的接通和斷開(kāi)的狀態(tài)。 (2)程序執(zhí)行結(jié)果取決于用戶(hù)所編程序和輸入/輸出映像寄存器的內(nèi)容及其他各元件映像寄存器的內(nèi)容。 (3)輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸出指令的執(zhí)行結(jié)果。 (4)輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一個(gè)掃描周期輸出刷新階段輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定。 (5)輸出端子的接通和斷開(kāi)狀態(tài)，由輸出鎖存器決定。,32,3.8 PLC的編程語(yǔ)言,3.8.1 PLC的編程語(yǔ)言 PLC提供的編程語(yǔ)言通常有以下幾種:梯形圖、指令表、功能塊圖、順序功能圖、結(jié)構(gòu)化文本。 1. 梯形圖（LD） 語(yǔ)言簡(jiǎn)單,易于理解,是所有編程語(yǔ)言的首選. 2. 指令表(IL) 類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的助記符語(yǔ)言,是最基礎(chǔ)的編程語(yǔ)言.用一個(gè)或幾個(gè)字符來(lái)代表PLC的某種操作功能.,1.梯形圖示例:,33,2. 指令表,指令表（IL）語(yǔ)言類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，特別適 合于來(lái)自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員。用指令助記符創(chuàng)建用 戶(hù)程序，屬于面向機(jī)器硬件的語(yǔ)言，STEP7 Micro/Win32 的指令表如圖所示。,圖 指令表舉例,34,圖 PLC控制三相交流異步電動(dòng)機(jī)的電路連接電路,35,本 章 小 結(jié),（1）PLC從結(jié)構(gòu)上可分為整體式和模塊式；從容量上可分為小型、中型和大型。 （2）PLC的組成部件有中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出（I/O）接口和電源等。 （3）PLC按集中采樣、集中輸出，按順序周期性循環(huán)掃描用戶(hù)程序的方式工作。其工作過(guò)程的中心內(nèi)容為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。 （4）PLC是為取代繼電接觸式控制系統(tǒng)而產(chǎn)生的，因而兩者存在一定的聯(lián)系。PLC與繼電接觸式控制系統(tǒng)具有相同的邏輯關(guān)系，但PLC使用的是計(jì)算機(jī)技術(shù)，其邏輯關(guān)系用程序?qū)崿F(xiàn)，而不是實(shí)際電路。 （5）可用多種形式的編程語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)PLC的用戶(hù)程序，而梯形圖和語(yǔ)句表是兩種最常用的編程語(yǔ)言。,