★第1章可编程控制器概论剖析

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1、可编程序控制器技术,第一节 PLC简述,一、什么是可编程序控制器 可编程序控制器是一种以计算机（微处理器）为核心的通用工业控制装置。 早期的可编程序控制器只能进行开关量的逻辑控制，称为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller ）简称PLC。 当今可编程序控制器采用微处理（Microprocessor）作为中央处理单元，其功能大大增强，不仅具有逻辑控制功能，还具有算术运算、模拟量处理和通信联网等功能，所以称为可编程序控制器（ Programmable Controller ）简称PC。 由于个人计算机（Personal Computer）也简称PC，为避免混

2、淆，所以可编程序控制器常被称为PLC。,国际电工委员会定义如下：,可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。,二、PLC的特点 1、可靠性高，抗干扰能力强。 2、编程简单，使用方便 可采用梯形图编程方式，与实际继电器控制电路非常接近，一般电气工作者容易接受。 3、配套齐全，功能完善，适用性强。 4、体积小，重量轻，易于实现机电一体化。 5、接线简单，扩充方便，组合灵活。 6、系统设计、制造工作量小，维护方便,1、

3、开关量的逻辑控制 如：冶金、机械、纺织、轻工和化工 2、模拟量的闭环控制 具有PID或模糊控制功能，用于闭环的位置控制、速度控制和过程控制。 3、数字量的智能控制 利用PLC能接受和输出高速脉冲的功能，在传感器、脉冲伺服装置实现数字量的智能控制 4、数据采集与监控 5、通信、联网及集散控制 PLC与PLC之间，PLC与计算机之间、PLC与智能仪表和智能执行装置（如变频器）之间通信、联网。,三、PLC的应用领域, PLC与PLC之间通信,1、并行链接 使用RS-485通信适配器，实现两台PLC之间信息自动交换，一台为主站，另一台为从站；用户不需编写通信程序，只需设置与通信有关的参数。,2、N：N

4、链接网络 使用RS-485通信适配器，实现8台PLC之间信息自动交换，一台为主站，其余为从站；, PLC与计算机之间,1、计算机连接一台PLC 采用专用通信协议，由计算机发出读写PLC数据的命令侦，PLC收到后自动生成和返回响应侦，但是计算机的程序由用户编写,2、计算机与多台PLC连接通信,四、PLC的分类,（1）整体式,CPU模块，输入输出模块和电源装在一个箱状机壳内。具有结构紧凑、体积小、价格低的特点,1、PLC按结构分类,（2）模块式,由框架和模块组成，模块插在模块插座上，模块插座焊在框架中的总线连接板上.,（3）叠装式 吸取了整体式和模块式的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度

5、和深度相同，但宽度不同，它们之间通过扁平电缆连接，使用特别方便。,2、按I/O点数分类,IO点数小于 32为微型PLC； IO点数在32128为微小型PLC； IO点数在128256为小型PLC； IO点九在2561024为中型PLC； IO点数大于1024为大型PLC； IO点数在4000以上为超大型PLC。 以上划分不包括模拟量I0点数，且划分界限不是固定不变的。,3、按功能分类,低档机 中档机 高档机,4、FX系列PLC,FX1S / FX1N,QnS,五、PLC的基本组成及各部分的作用,输入端子,输入指示灯,输出端子,输出指示灯,电源指示灯,PLC运行指示灯,电池报警指示灯,程序出错指

6、示灯,PLC工作电源端子（L、N）,外部基本组成,CPU故障报警指示灯,直流+24V输出电源端子,输入信号接线,输出带负载接线,力扬PLC,PLC工作电源端子（LX、NX）,输入端子,输入指示灯,输出端子,输出指示灯,电源指示灯,PLC运行指示灯,编程通信指示灯,程序出错指示灯,通信口,模拟电位器,直流+24V输出电源端子,1、 PLC的内部基本组成,六、PLC的基本组成及各部分的作用,2、 PLC各部分的作用,（1）中央处理单元 CPU：是PLC的运算、控制中心,PLC中常采用的CPU有三类： 1) 通用微处理器（如Z80、8086、80286等） 2) 单片微处理器（如8031、8096等

7、） 3) 位片式微处理器(如AMD29W等),小型PLC为单CPU系统，中、大型PLC则大多为双CPU或多CPU系统。,（2）存储器 系统程序存储器 用户程序存储器 工作数据存储器 存储器的类型： 可读/写操作的随机存储器RAM 只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM,（3）输入/输出接口,输入/输出接口通常也称I/O 单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接通道。 PLC输入接口-可以检测被控对象的各种数据，用这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据 PLC输出接口-将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的,I/O接口的作用： 电平转换功能：由于外部输入设备和输出

8、设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU的处理的信号是标准电平信号。 光电隔离和滤波功能，以提高PLC的抗干扰能力 通常还有状态指示，工作状况直观，便于维护,输入接口电路,为了保证能在恶劣的工业环境中使用，PLC输入接口都采用了隔离措施。如下图，采用光电耦合器为电流输入型，能有效地避免输入端引线可能引入的电磁场干扰和辐射干扰。 在光敏输出端设置RC滤波器，是为了防止用开关类触点输入时触点振颤及抖动等引起的误动作，因此使得PLC内部约有10ms的响应滞后。 当各种传感器（如接近开关、光电开关、霍尔开关等）作为输入点时，可以用PLC机内提供的电源或外部独立电源供电，且规定了具体的接线方法

9、，使用时应加注意。,PLC直流输入接口图,PLC交流输入接口图,输出接口电路,PLC一般都有三种输出形式可供用户选择，即继电器输出，晶体管输出和晶闸管输出。 在线路结构上都采用了隔离措施。 特点： 继电器输出：开关速度低，负载能力大，适用于低频场合。 晶体管输出：开关速度高，负载能力小，适用于高频场合。 晶闸管输出：开关速度高，负载能力小，适用于高频场合。 注意事项： （1）PLC输出接口是成组的，每一组有一个COM口，只能使用同一种电压。 （2）PLC输出负载能力有限，具体参数请阅读相关资料。 （3）对于电感性负载应加阻容保护。 （4）负载采用直流电源小于30V时，为了缩短响应时间，可用并接

10、续流二极管的方法改善响应时间。,晶体管输出方式,晶闸管输出方式,继电器输出电路,模拟量输入/输出接口 模拟量输入接口（A/D接口） 分辨率（8位、10位、12位等）、量化误差、偏移误差、满刻度误差、线性度、精度等许多PLC还有与热电阻或热电偶配套使用的A/D接口 模拟量输出接口（D/A接口） 分辨率（8位、10位、12位等）、精度、线性度、稳定时间等,（4）PLC配有各种通信接口与外部设备连接, 与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印 与监视器连接，可将控制过程图像显示出来 与 P L C 连接，组成多机系统或连成网络，实现更 大规模控制 与计算机连接，组成多级分布式控制系统，控制与管

11、 理相结合 与人机界面（触摸屏）连接 与智能接口模块连接。智能接口模块是一独立的计算 机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与 PLC系统总线相连的接口 ，PLC的智能接口模块种类 很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控制 模块、中断控制模块等。 与编程器连接,（5）PLC中的扩展接口及作用,扩展接口（是用于连接护展单元的接口）。 当PLC基本单元I/O点数不能满足要求时，可通过扩展接口连接扩展单元以增加系统的I/O点数,（6）PLC中的电源及作用,PLC配有开关式稳压电源，以提供内部电路使用。 与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。因此，对于电网提供的电源稳定度要

12、求不高，一般允许电源电压在其额定值15%的范围内波动。 许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电。 电源的容量,（7）PLC编程器及作用,第二节 PLC的工作原理,一、 PLC的工作原理,1、PLC有两种工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。,在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直到PLC停机或切换到STOP工作状态。 除了执行用户程序外，每次循环过程中，PLC不还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5 个阶段，如右图所示

13、。 PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。,2、扫描周期,在工作状态下，执行一次上图所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期。其典型值为1-100ms,（1）输入采样阶段。 PLC 首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入内存中各对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段，此时输入影响寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。 （2）程序执行阶段。 根据 PLC 梯形图程序”先左后右，先上后下”扫描原则进行逐句扫描。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。当

14、指令中涉及输入、输出状态时， PLC 就从输入映像寄存器“读入”上一阶段采入的对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件 ( “软继电器” ) 的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件 ( “软继电器” ) 的状态会随着程序执行过程而变化。 （3）输出刷新阶段。 在所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通 / 断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出，驱动外部负载。,二、可编程控制器的主要性能指标,1、I / O点数 I / O点数是指可编程控制器组成控制系统时所能接入的输入输出信号的最大数

15、量，即可编程控制器外部输入、输出端子数。通常，在总点数中，输入点数大于输出点数，且输入与输出点不能相互替代。 2 、扫描速度 一般以执行 1000 步指令所需的时间来衡量，单位为毫秒 / 千步。也有以执行一步指令时间计，单位为微秒 / 步。 3 、存储器容量 可编程控制器中程序指令是按“步”存放的，一“步”占用一个地址单元，一个地址单元一般占用两个字节。如存储容量为 1000 步的可编程控制器，其存储容量为 2K 字节。 4 编程语言 可编程控制器采用梯形图、布尔助记符、菜单图、功能模块图和语言描述等编程语言。不同的可编程控制器产品可能拥有其中一种、两种或全部的编程方式。常用三种编程方式：梯形

16、图（ LAD ），布尔助记符（ STL ），功能模块图（ SFC ）。 5 指令功能 可编程控制器的指令种类越多，则其软件的功能就越强，使用这些指令完成一定的控制目标的就越容易。 此外，可编程控制器的可扩展性、使用条件、可靠性、易操作性及经济性等性能指标也是用户在选择可编程控制器时须注意的指标。,三、FX系列PLC的命名, 系列名称 如 0 、 2 、 ON 、 OS 、 2C 、 2NC 、 1N 、 1S, 输入输出的总点数：, 单元类型： M基本单元；E输入输出混合扩展单元及扩展模块；EX输入专用扩展模块； EY输出专用扩展模块。, 输出形式 R继电器输出；T晶体管输出；S晶闸管输出, 特殊物品的区别 D：DC电源，DC输入 A1：AC电源，AC输入（AC100120V）或AC输入模块 H：大电流输出扩展模块 V：立式端子排的扩展模式 C：接插口输入输出方式 F：输入滤波器1ms的扩展模块 L：TTL输入型模块