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1、介绍 PLC技术的基本组成、原理与应用，了解 PLC 工作原理与特点的基础上，重点介绍小型 PLC 的应用技术。 包括小型 PLC 的硬件与系统构成、基本性 能、指令与编程方法、控制系统的硬件与软件的设 计方法、系统的安装与调试、PLC 网络与通讯。,第二章 可编程序控制器的 组成与工作原理,第一节 PLC 概述 一、PLC 的由来与定义 1、 PLC 的由来 1968年通用汽车公司提出 利用计算机的功能和继电器控制系统的简单易懂相结合。面向控制过程、面向问题的“自然语句”进行编程，使得不熟悉计算机的人也能方便地使用。指标： 1）编程简单，可在现场修改程序。 2）维护方便，最好是插件式。 3）
2、可靠性高于继电器控制柜。 4）体积小于继电器控制柜。 5）可将数据直接送入管理计算机。 6）在成本上可与继电器控制柜竞争。 7）输入可以是交流 115V 。 8）在扩展时，原有系统只需作很小变更。 9）输出交流 115V 以上，2A 以上，能直接驱动电磁阀。 10）用户程序存储器容量至少能扩展到 4Kb。,美国数字设备公司（DEC）率先研制出第一台 PLC 表2-1 各代 PLC 的特点与应用范围,输入电路,输出电路,继电器控制电路,生 产 现 场,继电器控制系统结构框图,输入电路,输出电路,可编程序控制器,生 产 现 场,集中型PLC控制系统结构框图,2、 PLC 的定义 国际电工委员会IE
3、C对PLC下的定义 （1987年2月） 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，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式，模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的设备，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而设计。,二、PLC 的特点（7点） 1、可靠性高，抗干扰能力强 1）采用循环扫描，集中采样，集中输出 2）硬件设计采用模块式结构，采取屏蔽、 滤波、隔离、联锁等抗干扰技术，增加 输出联锁、环境检测与故障诊断电路 3）软件设计中设置实时监控、
4、自诊断、信 息保护、恢复等程序与硬件电路配合实 现各种故障诊断、处理、报警显示及保 护功能,能在下列条件下可靠工作： 电源电压： AC 220V 15 抗振强度： 1055Hz 0.5mm 3轴方向各2h 抗冲击强度：10g 3轴方向各3次 抗干扰强度：1000Vp_p、脉宽1s，30100Hz噪声 工作温度： 055 存放温度： 2070 湿度： 3090（不结雾） 耐压： AC1500V 1min（各端子与地端之间）,2、编程简单，易于掌握 梯形图编程与继电器逻辑电路图类似 直观、清晰、修改方便、易掌握 3、组合灵活使用方便 采用标准化模块结构 控制系统接线简单，工作量小，使用、维护方便,
5、4、功能强，通用性好 具备很强的信息处理能力、输出控制能力 具有智能 I/O 功能模块：温度、位置高 速计数、高速模拟量转换、远程 I/O 、通 信等模块 具有逻辑运算、定时、计数、步进等功能 可完成 A/D、D/A 转换、数字运算、数据 处理、通信联网、生产过程监控 可开关量、模拟量、单台、生产线、机群控制 可现场、远距离、简单系统、复杂系统控制,5、开发周期短，成功率高 只要正确、合理选用各种模块组成系统，采用软件控制 6、体积小、重量轻、功耗低 供编程使用的软继电器（千个） 状态器（千个） 定时器（几百个） 计数器（几百个） 数据寄存器（几千个）,7、安装简单，维修方便 采用模块结构 安
6、装时只需将相应I/O端口相连接即可构成PLC控制系统 运行故障指示（灯），可方便用户了解运行情况和故障诊断,X5 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,KM,SB1 SB2,KM,X5 Y0 X1 PLC COM COM,FU,FR,输出供电电源,X0 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,继电器线路图与梯形图,KM,1,SB1 (X0) KM (Y0),SB2(X1),Y0,SB1 SB2,PLC的I/O端口接线,KM,X0 Y0 X1 PLC COM COM,FU,FR,输出供电电源,SB1 SB2,KM,X0 Y0 X1 PLC COM COM,FU,FR,输出供电电源,X0,X0
7、常开接通 常闭断开,X0 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,KM,X0 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,KM,X0 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,KM,SB1 SB2,KM,X0 Y0 X1 PLC COM COM,FU,FR,输出供电电源,X1,X1 常开接通 常闭断开,X0 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,KM,X0 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,KM,X0 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,KM,三、PLC 产品分类 1、按结构型式分类 1）整体式 PLC （单元式、箱体式） 将电源、CPU、存储器、I/O装在一起 特点：结构紧凑、体积小、
8、价格低、 2）模块式 PLC （积木式） 各个部分按功能做成独立模块 电源模块、CPU模块、I/O模块等 特点：配置灵活、装配维护方便,2、按I/O点数和存储器容量分类 1）小型 PLC I/O点数 256点，存储器 2kB步 应用：逻辑控制、定时、计数、顺序控制 2）中型 PLC I/O点数在2562048点，存储器28kB步 具有：逻辑运算、算术运算、数据传 送、中断、数据通信、模拟量处理等功能 应用：开关量、数字量、模拟量混合控制 的较复杂系统,2）大型 PLC I/O点数在 2048点，存储器 8kB步 具有：数据运算、模拟调节、联网通信、 监视记录、打印等功能 应用：大规模控制、自动
9、化网络控制 3、按功能划分 1）低档机 2）中档机 3）高档机,四、PLC 的应用与发展 1、 PLC 的应用范围 1）用于开关量逻辑控制 应用：组合机床、电机控制中心、自动化生产线 2）用于闭环过程控制 带有 PID 调整功能 应用：锅炉、冷冻、反应堆、水处理、酿酒、 闭环位置控制和速度控制 3）PLC 配合数字控制 应用：数字控制（NC）及计算机数控（CNC） 组成一体,4）用于工业机器人控制 5）用于组成多级控制系统 应用：工厂自动化网络（FA）系统实现分层控制 2、PLC 的发展方向 （1）在功能和技术指标方面发展 1）高速、大容量方向发展 扫描速度 0.1s/步，存储器容量几十兆字节
10、 2）加强联网和通信能力 PLC 与 PLC、PLC 与 计算机,3）智能 I/O 功能模块 提高系统速度 4）增强外部故障的检测与处理能力 故障CPU占5，I/O通道占15，传感 器占45，执行器件占30，线路占5 5）编程语言的多样化 梯形图、步进顺序语句、流程图语言、 汇编、BASIC、C 等语言 6）软PLC技术,（2）在经济指标与产品类型方面发展 1）研制大型 PLC 系统庞大、技术完善、功能强、价格昂贵 2）大力发展简易、经济的超小微型 品种规格多、应用面广、价格便宜 3）提高功能价格比,第二节 PLC 的基本组成 PLC 是一种为工业控制而设计的专 用计算机 一、 PLC 主机的
11、硬件组成与各部分作用 （图2-1 是 PLC 的基本组成的简化图） 组成主机（基本单元）I/O扩展模 块外部设备端口,主机（M） 总线,I/O 扩 展 接 口,微处理器（CPU）,运算器,控制器,输 入 单 元,输 出 单 元,用 户 输 入 设 备,用 户 输 出 设 备,存储器,EPROM （系统程序）,RAM （用户程序）,电 源,I/O 扩 展 几 E,外 设 I/O 接 口,编程器,磁带机 打印机 写入器 图形 上位机,外 部 设 备,图2-1 PLC的硬件结构简化框图,1、中央处理单元（CPU） （1）CPU是运算与控制中心 1）接收用户程序、数据等信息 2）自诊断电源、内部电路、
12、编程中的语法错误 3）运行时，从存储器中逐条读取用户程序 解释产生控制信号控制电路完 成用户程序中规定的逻辑运算、算术运算 根据运算结果更新标志位数据寄存器、 输出寄存器内容由输出寄存器的位状态 或寄存器的有关内容实现输出控制,CPU 的性能决定 PLC 的功能档次 PLC 中常用的 CPU 有3种： 1）单片机芯片8031、8096 2）通用微处理器8080、8086、80386 3）双极型位片式微处理芯片AMD-29xx,2、存储器 （1）存储器作用 1）系统程序存储器（固化在 EPROM 区） 存程序，只读 2）应用软件存储器（又称为系统 RAM 区） 由3部分组成： 1） I/O映像区
13、（开关量I/O、模拟量I/O）； 2） 编程软件存储区； 3） 用户与数据存储区。,（2）存储器类型 1） EPROM 系统程序及需永久保存的用户程序 2） RAM 存放用户程序或数据 3） EEPROM 兼有1）、2）优点。,3、输入、输出单元 （I/O 单元） 输入进入 PLC 输出控制外部设备 作用电平变换、速度匹配、驱动 功率放大、信号隔离等,17 16 15 14 10 0704 03 02 01 00,输入、输出继电器接线端子,4、电源单元 交流电压波动1015 直流DC12V、DC24V 作用工作、内部、外部供电,二、PLC控制系统的组成 1、I/O扩展模块和扩展单元 I/O扩展
14、为增加输入输出口模块 表2-2 基本单元型号规格 表2-3 扩展单元型号规格 表2-4 基本模块型号规格,表2-1 基本单元型号规格,表2-2 扩展单元型号规格,表2-3 扩展模块型号规格,2、I/O特殊功能模块 应用模拟量输入/输出、数字通信、 联网。 详细见第四章 3、编程器及其他外围设备 见图2-1所示,三、 PLC 的编程软器件 继电器逻辑器件硬件电路器件 PLC 逻辑器件 软件编程器件 软件编程器件 有输入继电器、输出 继电器、定时器、 计数器 每个器件编号（按区） 编程器件名称、用途、数量、编号、 使用方法,1、输入继电器 X0X267（八进制） 作用专门用于接收和存储（记忆，对输入映 像寄存器的某一位）外部开关量信号 （FX2N系列用8位编码，地址为X0X267） 数量无数对常开、常闭触点编程 输入继电
