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1、第五章 可编程序控制器的基础知识,可编程序控制器的优点与这个“可”字有关。 从软件来讲，它的程序可编，也不难编; 从硬件上讲，它的配置可变，也易变。,PLC的简史,在PLC问世前，继电接触器控制在工业控制领域中占主导地位，这种控制系统是采用固定接线的硬件实现控制逻辑。如果生产任务或工艺发生变化，就必须重新设计，改变硬件结构，这样造成时间和资金的浪费。,另外，大型控制系统用继电接触器控制，使用的继电器数量多，控制系统的体积大，耗电多，且继电器触点多为机械触点，工作频率较低，在频繁动作情况下寿命较短，造成系统故障，系统的可靠性差。,为了解决这一问题，在1968年，美国最大汽车公司（GM公司）为了适
2、应汽车型号不断翻新，以求在激烈竞争的汽车工业中占有优势，提出要求用一种新型的控制装置取代继电接触器控制装置，并且对于未来的新型控制装置作出了具体设想：,把计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优点和继电接触器控制的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点溶入于新的控制装置中，且要求新的控制装置编程简单，使得不熟悉计算机的人员也能很快掌握它的使用技术。为此，特定以下10项公开招标的技术要求：,（1）编程简单方便，可在现场修改程序； （2）硬件维护方便，采用插件式结构； （3）可靠性高于继电接触器控制装置； （4）体积小于继电接触器控制装置； （5）可将数据直接送入计算机；,（6）用户程序存储器容量至少
3、可以扩展到4KB； （7）输入可以是交流115V； （8）输出为直流115V，能直接驱动电磁阀、交流接触器等； （9）通用性强，扩展方便； （10）成本上可以与继电接触器控制系统竞争。,美国数字设备公司（DEC）根据GE公司招标的技术要求，于1969年研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GE公司汽车自动装配线上使用，获得成功。其后，日本、德国等相继引入这项新技术，可编程序控制器由此而迅速发展起来。,一、PLC的名称定义,可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC。 可编程序控制器（Programmable Controller）简称PC。 PC
4、又成为个人计算机（Personal Computer）的简称 为了加以区别，现在又把可编程序控制器简称为PLC。,“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储程序，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，并通过数字的或模拟的输入和输出，控制各种类型的机械设备或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则设计”。,IEC于1985年1月对可编程序控制器作了如下定义：,定义强调了可编程控制器是“数字运算操作的电子系统”，但它也是一种计算机。它是专为在工业环境下应
5、用而设计的工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作，它还具有“数字量或模拟量的输入输出控制”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。,定义强调了可编程控制器直接应用于工业环境，它须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。,为工业环境设计的数字式运算操作系统,PLC,可编程序控制器,二、组成与分类：,中央处理器,接收并存储程序和数据 用扫描方式接收数据 诊断电源，内部电路各种错误 完成运算,存储器,只读存储器ROM 随机存储器RAM 可擦除只读存储器E
6、PRAM 电可擦除只读存储器EEPRAM,输入/输出模块,电源,编程器,可编程序控制器发展到今天，已有多种形式和类型，且其功能也不尽相同。 （一）按容量和功能划分，大致可以分为小型、中型、和大型三类机型。,1小型机 小型PLC的功能一般以开关量控制为主（有些小型机可带少量的模拟量I/O模块），它们的输入输出点数较适合接触器，继电器控制的场合，还能直接驱动电磁阀等执行元件。 这类PLC的特点是价格低廉、体积小巧、较适合于控制单台设备。,2中型机 中型PLC一般都具有开关量和模拟量的两种控制功能，除了具有小型机的一般功能外，还具有较强的数字计算功能。为能将温度、压力、流量等模拟量与数字量进行转换，
7、一般都有8位或12位的A/D、D/A转换模块。中型机适合于温度、压力、流量等的控制和较复杂的开关量控制以及要求连续生产过程控制的场合。,3大型机 大型PLC的功能已具备某些工业控制计算机的功能，它不仅具有计算，控制和调节的功能，还具有网络连接和通讯的功能。 大型PLC机适用于设备自动化控制，过程自动化控制和生产过程监控系统。,（二）按硬件结构形状划分 按照可编程序控制器的硬件结构形状来划分，一般可以分为整体式，机架模块式和叠装式三类结构。,三、PLC应用领域及发展方向,1逻辑控制 2模拟量控制 3数字控制 4集散控制 5机电一体化 6通信控制网络化,四、工作原理,PLC 可以视为特殊的工业控制
8、计算机，但其编程语言，工作原理与计算机不同,PLC 工作特点：采用循环扫描工作技术,PLC 工作过程,输入采集：以扫描方式工作，按顺 序将信号寄存,程序执行：运算，处理数据，结果 写入输出映象寄存器,输出刷新：转输出映象寄存器数据 至输出状态寄存器,图7-10 用户程序执行过程示意图,五、 PLC编程语言,图中的继电器是软继电器 图中流过的电流是概念电流 图中的继电器线圈只能出现一次，触点在编程时可无限次引用,梯形图编程语言（LAD）,特点：,1梯形图按自上而下，从左到右的顺序进行排列。以一个继电器线圈为一个控制逻辑行（即为一阶梯层）。每一条逻辑行都起始于左母线，终止于继电器线圈，右母线通常可
9、以省略不画。,2梯形图中母线的意义类似于继电器线路中的电源线，但它不产生实际的物理电流，而只是假想在梯形图中有“电流”流动，我们称之为“概念电流”。概念电流在梯形图中只能作从左向右的单向流动，改变层次也只能先上后下。,3梯形图由若干“梯层”组成。每个梯层由若干条并联支路组成。每条支路又有若干个编程符号串联组成。支路或符号的最大串联、并联数都是有一定限制的，具体PLC产品有不同规定。,4梯形图中的继电器线圈不是继电控制电路中的物理继电器，而是与内存映像区中的某一位相对应的，因此称之为“软继电器”。如果梯形图中某继电器的线圈“通电”或触点“闭合”，则映像区中对应存储器的状态为高电平“1”；反之，则
10、为低电平“0”。,梯形图中的继电器又分为输出继电器和内部继电器。输出继电器所对应的映像存储器中的信号状态（“1”或“0”），可以通过I/O接口去驱动外部负载。内部继电器包括辅助继电器、定时器、计数器、寄存器等，它们所对应的映像存储器中信号状态（“1”或“0”），只可在编程中供梯形图内部使用，不能用作输出控制。,5输入继电器仅供PLC接受外部的输入信号，而不能用内部其它继电器的触点来驱动或输入信号。所以，梯形图中只出现输入继电器的触点，不会出现输入继电器的线圈。梯形图中输入继电器的触点闭合表示信号输入。,6在梯形图程序中，继电器线圈一般情况下只能出现一次。而继电器触点在编程时则可无限次引用，且既
11、可以是常开触点，也可以是常闭触点。,7PLC运行时是按照梯形图符号排列顺序自上而下，从左向右执行程序的，即PLC是按照扫描方式顺序执行梯形图程序的。因此不会出现几条并列支路同时动作的情况，使得梯形图设计大为简化。,六、PLC的基本性能指标,1存储器容量 存储器容量指的是存放用户程序的RAM容量，通常用字（每个字为16位二进制数）或K字节来表示，这里的1K=1024个字。,2扫描速度 扫描速度是以PLC执行1K字节的用户指令所需时间来衡量，常以ms/K为表示单位。,3输入/输出（I/O）点数 I/O的点数是指PLC最大输入输出点的总和。,4内部继电器（内存区域）及其类型 PLC的内部继电器是专供
12、用户程序使用，不同的继电器有一个指定的内存区域，并各自担负着不同的功能。内部继电器不直接对外接负载进行控制，它仅供用户程序内部调用，具有“软”继电器的特征。常用的内部继电器有内部辅助继电器，暂存继电器，保持继电器，定时/计数器，内部专用继电器等。 PLC的内部继电器种类和数量越多，表明其功能越强。,指令语言表编程语言（STL）,特点：与计算机汇编语言类似的助记符编程表达式,5编程语言（编程指令） 不同的PLC机型使用厂家各自开发研制的编程语言，互不兼容，但对应功能的指令都具有可移植性。PLC的编程语言一般都具备用梯形图语言和助记符指令编程的能力。 编程指令又分成基本指令和功能指令两大类，基本指
13、令各种PLC共有，而功能指令的条数越多表明PLC的软件功能越强。,6可扩展性 PLC的扩展性可分为控制点数的扩展和控制区域的扩展，也是衡量PLC性能的一个重要指标。 控制点数的扩展 控制区域的扩展,七、 PLC硬件选择方法,1、选型原则：使用场合、控制对象、 工作环境、性价比,2、选型方法,输入/输出 点数估算,开关输入点：DI 开关输出点：DO 模拟输入点：AI 模拟输出点：AO,p264页,存储器容量估算,与用户内存容量相匹配,3、功能选择,运算功能,逻辑运算 定时运算 计数运算 四则运算,根据系统的要求选择,处理速度,不同点数 不同机型 内存容量,根据系统的要求选择,4、外形结构选择,平
14、板型：小规模，无扩展，价格低廉 块状型：小规模，适中扩展，价格低廉 输入/输出模块插件型：专供扩展模块， 适合中大规模系统,5、输入/输出模块选择,输入接口模块接受来自按钮开关、选择开关、行程开关等送来的开关量信号或者由电位器、热电偶、测速发电机等送来的模拟量信号，然后送入PLC的CPU执行。输入接口模块一般由光电耦合电路和微电脑的输入接口电路组成。,(1) 输入接口模块,直流：交流：脉冲：,图7-4 输入接口模块的接线形式 a）汇点式 b）分组式 c）分隔式,（2）输出接口模块,PLC通过输出接口模块控制现场的执行元件如接触器、继电器、电磁阀以及指示灯、数字显示器、报警装置等。输入电路一般有三种： 低速、大功率负载，采用继电器型输出； 高速、较大功率的交流负载,采用晶闸管型输出； 高速、小功率直流负载,可采用晶体管型输出。,输出模块,数字量 模拟量 继电器,直流交流,电压电流,图7-6 输出接口模块外部接线形式 a）汇点式 b）分组式 c）分隔式,
