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1、学习内容, PLC的产生与发展, PLC的组成及基本工作原理, PLC的性能、特点及分类, PLC的应用领域,学习目标：,了解PLC的产生原因,了解PLC的发展过程,掌握PLC的组成,掌握PLC的基本工作原理,理解PLC的性能,理解PLC的特点,理解PLC的分类,理解PLC的控制功能,什么时间？谁提出要造PLC？,二十世纪六十年代末期，美国汽车制造工业竞争十分激烈，为了适应市场从少品种大批量生产向多品种小批量生产的转变，为了尽可能减少转变过程中控制系统的设计制造时间，减少经济成本，1968年美国通用汽车公司GM（GenerlMotors）公开招标，要求用新的控制装置取代生产线上的继电接触器控制
2、系统。,1.1 PLC的产生和发展,什么时间？谁最先造出世界上的第一台PLC？,1969年美国数字设备公司DEC（DIGTAL）根据上述要求，首先研制出了世界上第一台可编程控制器PDP-14，用于通用汽车公司的生产线，取得了满意的效果。,1.1 PLC的产生和发展,KM2,SB1,SB3,FR,Q,FR,FU,M 3 ,SB2,KM1,KM2,KM1,KM2,KM1,KM2,KM1,继电接触器电动机正反转控制线路,Q,FR,FU,M 3 ,KM1,KM2,M+ 0V M1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 S7-200CPU L N COM0 0.0 0.1 0.2 0.3,SB1,SB
3、2,SB3,KM1,KM2,KM1,KM2,PLC电动机正反转控制线路,Q0.0,Q0.1,PLC电动机正反转控制程序,( ),( ),PLC从产生到现在经历了几代的发展过程？,第二代PLC（19731975年）：采用了8位微处理器及半导体存储器，增加了数字运算、传送、比较等功能，能实现模拟量的控制，开始具备自诊断功能，初步形成系列化。,从PLC产生到现在，已发展到第四代产品。其过程基本可分为：,第一代PLC（19691972年）：大多用一位机开发，用磁芯存储器存储，只具有单一的逻辑控制功能，机种单一，没有形成系列化。,第四代PLC（1983年现在）：不仅全面使用16位、32位高性能微处理器，
4、高性能位片式微处理器，RISC(reduced instruction set computer)精简指令系统CPU等高级CPU，而且在一台PLC中配置多个微处理器，进行多通道处理，同时生产了大量内含微处理器的智能模块，使得第四代PLC产品成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的真正名符其实的多功能控制器。,第三代PLC（19761983年）：随着高性能微处理器及位片式CPU在PLC中大量的使用，PLC的处理速度大大提高，从而促使它向多功能及联网通信方向发展，增加了多种特殊功能，如浮点数的运算、三角函数、表处理、脉宽调制输出等，自诊断功能及容错技术发展迅速
5、。,由于PLC的发展，使其功能已经远远超出了逻辑控制的范围，因而用“PLC”已不能描述其多功能的特点。1980年，美国电气制造商协会(NEMA)给它起了一个新的名称，叫“programmable controller”，简称PC。由于PC这一缩写在我国早已成为个人计算机(personal computer)的代名词，为避免造成名词术语混乱，因此在我国仍沿用PLC表示可编程控制器。,正是由于PLC具有多种功能，并集三电（电控装置、电仪装置、电气传动控制装置）于一体，使得PLC在工厂中备受欢迎，用量高居首位，成为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。,+,1.2 PLC的
6、组成和基本工作原理,1.2.1 PLC的组成,中央处理单元,输入输出接口,编程器接口,I/O扩展接口,电源,编程器,系 统 总 线,通信 接口,1.PLC的硬件系统,(一)PLC的硬件系统,中央处理单元,输入输出接口,编程器接口,I/O扩展接口,电源,编程器,系 统 总 线,通信 接口,中央处理单元,PLC的中央处理单元主要由微处理器CPU、存储器ROM/RAM和微处理器I/O接口组成。 微处理器CPU CPU作为整个PLC的核心起着总指挥的作用，是PLC的运算和控制中心。 存储器RAM/ROM 存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它一些信息。 微处理器I
7、/O接口 它一般由数据输入寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路构成，负责微处理器及存储器与外部设备的信息交换。,这是PLC与被控设备相连接的接口电路。 用户设备需输入PLC的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其它一些传感器输出的开关量或模拟量(要通过模数变换进入机内)等，通过输入接口电路将这些信号转换成中央处理单元能够接收和处理的信号。 输出接口电路将中央处理单元送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、电机等被控设备的执行元件。,输入输出接口,直流输入接口电路示意图,内 部 电 路,输入LED,IN IN COM,交流输入接口电路示意图,中小
8、型的PLC输入输出接口都是与中央处理单元CPU制造在一起的，为了满足被控设备输入输出点数较多的要求，常需要扩展数字量输入输出模块；为了满足模拟量控制的需要，常需要扩展模拟量输入输出模块，如A/D、D/A转换模块等；I/O扩展接口就是为连接各种扩展模块而设计的。,I/O扩展接口的连接,通信接口用于PLC与计算机、PLC、变频器、触摸屏等智能设备之间的连接，以实现PLC与智能设备之间的数据传送。,1.PLC的硬件系统,通信接口的连接,输入输出接口,I/O扩展接口,用于将编程器与PLC进行连接，以实现编程器对PLC的操作。,1.PLC的硬件系统,编程器用作用户程序的编制、编辑、调试和监视，还可以通过
9、其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数，它经过编程器接口与中央处理器单元联系，完成人机对话操作。,1.PLC的硬件系统,PLC手持编程器,液晶显示窗,工作方式开关,指令键,数字键,编辑键,通信电缆,1.PLC的硬件系统,电源部件将交流电源转换成供PLC的中央处理器、存储器等电子电路工作所需要的直流电源，同时还向各种扩展模块提供24V直流电源。,2.PLC的软件组成,系统管理程序 用户指令解释程序 标准化模块程序 开关量逻辑控制程序 模拟量运算控制程序 闭环控制程序 工作站初始化程序,2）用户程序,PLC由硬件系统组成，由软件系统支持，硬件和软件共同构成了PLC系统。PLC的软件系统可
10、分为：,1）系统程序,1)系统程序,系统程序是用来控制和完成PLC各种功能的程序，这些程序是由PLC制造厂家用相应 CPU的指令系统编写的，并固化到ROM中。它包括 系统管理程序 用户指令解释程序 供系统调用的标准程序模块,2.PLC的软件组成,系统管理程序,系统管理程序主要功能是运行时序分配管理、存储空间分配管理和系统自检等 。,用户指令解释程序,用户指令解释程序将用户编制的应用程序翻译成机器指令供CPU执行。,供系统调用的标准程序模块,标准程序模块具有独立的功能，使系统只需调用输入、输出、特殊运算等程序模块即可完成相应的具体工作 。,2)用户程序,用户程序是用户根据工程现场的生产过程和工艺
11、要求、使用PLC生产厂家提供的专门编程语言而自行编制的应用程序。它包括： 开关量逻辑控制程序 模拟量运算控制程序 闭环控制程序 工作站初始化程序,2.PLC的软件组成,工作站初始化程序是用户为PLC系统网络进行数据交换和信息管理而编制的初化程序，在PLC厂商提供的通信程序的基础上进行参数设定，一般采用高级语言实现。,开关量逻辑控制程序,开关量逻辑控制程序一般采用PLC生产厂商提供的如梯形图、语句表等编程语言编制。,模拟量运算控制和闭环控制程序,模拟量运算控制和闭环控制程序是大中型PLC系统的高级应用程序，通常采用PLC厂商提供的相应程序模块及主机的汇编语言或高级语言编制。,工作站初始化程序,自
12、诊断,通讯处理,扫描输入,执行程序,刷新输出,1.2.2 PLC的基本工作原理,PLC经过五个阶段的工作过程，称为一个扫描周期，完成一个扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。,每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容为I0部分、存储器、CPU等，发现异常停机显示出错。若自诊断正常，继续向下扫描。,PLC检查是否有与编程器、计算机等的通信请求，若有则进行相应处理，如接收由编程器送来的程序、命令和各种数据，并把要显示的状态、数据、出错信息等发送给编程器进行显示。如果有与计算机等的通信请求，也在这段时间完成数据的接受和发送任务。,PLC的中央处理器对各个输入端进行扫描，
13、将所有输入端的状态送到输入映象寄存器。,中央处理器CPU将逐条执行用户指令程序，即按程序要求对数据进行逻辑、算术运算，再将正确的结果送到输出状态寄存器中。,当所有的指令执行完毕时，集中把输出映象寄存器的状态通过输出部件转换成被控设备所能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备。,PLC经过这五个阶段的工作过程，称为一个扫描周期，完成一个扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。在不考虑第二个因素（通讯处理）时，扫描周期T的大小为： T=（读入一点时间输入点数）+（运算速度程序步数）+（输出一点时间输出点数）+故障诊断时 显然扫描周期主要取决于程序的长短，一般每秒钟可扫描数十次以上，这对于
14、工业设备通常没有什么影响。但对控制时间要求较严格，响应速度要求快的系统，就应该精确的计算响应时间，细心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少扫描周期造成的响应延时等不良影响。,输入电路,输出电路,按钮,按钮,输入扫描,执行程序,输出刷新,1.I/O总点数,I/O总点数是衡量PLC接入信号和可输出信号的数量。PLC的输入输出有开关量和模拟量两种。其中开关量用最大I/O点数表示，模拟量用最大I/O通道数表示。,2.存储器容量,存储器容量是衡量可存储用户应用程序多少的指标，通常以字或K字为单位。一般的逻辑操作指令每条占1个字，定时器、计数器移位操作等指令占2个字，而数据操作指令占24个字。,1.
15、3.1 PLC的性能指标,1.3 PLC的性能、特点及分类,3.编程语言,编程语言是可编程控制器厂家为用户设计的用于实现各种控制功能的编程工具，它有多种形式，常见的是梯形图编程语言及语句表编程语言，另还有逻辑图编程语言、布耳代数编程语言等。,4.扫描时间,扫描时间是指执行1000条指令所需要的时间。一般为10ms左右，小型机可能大于40ms。,5.内部寄存器的种类和数量,内部寄存器的种类和数量是衡量PLC硬件功能的一个指标。它主要用于存放变量的状态、中间结果、数据等，还提供大量的辅助寄存器如定时器/计数器、移位寄存器、状态寄存器等，以便用户编程使用。,6.通讯能力,通讯能力是指可编程控制器与可编程控制器、可编程控制器与计算机之间的数据传送及交换能力，它是工厂自动化的必备基础。目前生产的可编程控制器不论是小型机还是中大型机，都配有一至两个、甚至更多个通讯端口。,7.智能模块,智能模块是指具有自己的CPU和系统的模块。它作为PLC中央处理单元的下位机，不参与PLC的循环处理过程，但接受PLC的指挥，可独立完成某些特殊的操作。如常见的
