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1、PLC 基础理论知识培训资料- 1 -可编程控制器的基础知识介绍可编程控制器的基础知识介绍第一课时：讲解第一课时：讲解 PLCPLC 的背景，特点，应用及工作原理的背景，特点，应用及工作原理 1PLC 的背景的背景 20 世纪 20 年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系 统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统。由于它结构简单、容易掌握、 价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广。在工业控制领域中占主导地位。但是继电 接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难于实现较复杂的控制。 特别
2、是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，连线复杂，当生产工序或对象需要改变时，原有的接线和控 制柜就要更换，所以通用性和灵活性较差。20 世纪 60 年代，由于小型计算机的出现和大规模生产及多机群控的发展，人们曾试图用小型计算机 来实现工业控制的要求，但由于价格高，输入输出电路不匹配和编程技术复杂等原因。一直没能得到推 广应用。20 世纪 60 年代末，美国的汽车制造业激烈竞争，各个厂家生产的汽车型号也不断更新，它必然要求 生产线的控制系统也随之改变，以及对整个控制系统重新配置。为抛弃传统的继电接触器控制系统的束 缚，适应市场的竞争要求，1968 年美国通用汽车公司（GM）公开招标，对汽车流水线控制
3、系统提出具体 要求，就是著名的“GM 十条” 。这些要求实际上提出了将继电接触器控制的简单易懂、使用方便、价格 低廉的优点，与计算机的功能完善、灵活性、通用性好的优点结合起来。将继电接触器的硬连线逻辑转 变成计算机的软件逻辑变成的设想。1969 年美国数据设备公司（DEC）根据上述要求，研制开发出世界 上第一台可编程控制器，并在 GM 公司汽车生产线上首次应用成功。当时人门把它称为可编程逻辑控制 器(Programmable Logic Controller)，简称 PLC。它主要用来取代继电接触器逻辑控制，系统功能仅限于执 行继电器逻辑，计时，计数等。随着微电子技术的发展，20 世纪 70
4、年代中期出现了微处理器和微计算机，人们把微机技术应用到 PLC 中，使它能够更多的发挥计算机的功能。不仅用逻辑编程取代硬连线逻辑，还增加了运算，数据传 送和处理等功能，使它真正成为一种电子计算机工业控制设备。国外工业界在 1980 年正式命名其为可编 程控制器(Programmable Controller) 简称 PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆， 所以将可编程控制器简称 PLC 。2PLC 的定义的定义PLC 一直在飞速的发展中，因此到现在为止，还未能够对其下一个十分确切的定义。 国际电工委员会（IEC）曾与 1982 年 11 月颁布了可编程
5、控制器标准草案第一稿，1985 年 1 月发表了 第二稿，1987 年 2 月颁布了第三稿，该草案对 PLC 的定义是： “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。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，并通过数字式和模 拟式的输入输出，控制各种类型机械的生产过程。 ” PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点 接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场 电气操作维修人员的技能与习惯，特别是 PLC 的程序编制，不
6、需要专门的计算机编程语言知识，而是采 用了一套以继电器梯形图为基础的简单 指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学，调试与查错 也都很方便。用户在购到所需的 PLC 后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制PLC 基础理论知识培训资料- 2 -工作，就可灵活方便地将 PLC 应用于生产实践。 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。3PLC 的特点和种类的特点和种类PLC 的特点： 抗干扰能力强，可靠性高 工业现场的电磁干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的变化。PLC 专门为工业环境下应用而设 计的，因此人们在设计 PLC 的时候就从
7、硬件和软件上都采取了抗干扰的措施，提高了其可靠性。 A、硬件措施： B、软件措施： 控制系统结构简单，通用性强使用方便。 编程方便，易于使用。 功能完善 设计、施工、调试的周期短 体积小，维护操作方便 PLC 的种类： 目前，世界上有 200 多个厂家生产可编程控制器产品，比较著名的厂家有：美国的 AB、通用（GE） 、 莫迪康（MODICON） 、日本的三菱（MITSBISHI） 、欧姆龙（OMRON） 、富士电机（FUJI） 、松下电工、 德国西门子（SIEMENS） 、法国的 TE、施耐德（SCHNEIDER） 、韩国的三星（SUMSUNG） 、LG 等4P LC 的应用领域的应用领域由
8、于微处理器芯片及有关元件的价格大大下降，使得 PLC 的成本下降。并且 PLC 的功能大大增强， 它也能够解决复杂的计算和通信问题。使得 PLC 的应用越来越广泛。目前 PLC 在国内外已广泛应用于钢 铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、装卸、造纸、纺织、环保、和娱乐等行业。 PLC 成为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和 CAD/CAM）之一。 1、顺序控制（开关量的逻辑控制） 2、模拟量控制 3、过程控制 4、定时和记数控制 5、数据处理 6、通信和连网5PLC 的分类的分类1、按照、按照 I/O 点数容量分类点数容量分类 小型机 一般以开关量为主，我们公司大多使用的都是小型
9、机。输入输出总点数在 256 点一下，用户程序存 储器容量在 4 K 字左右。典型的小型机有西门子公司的 S7-200、OMRON 公司的 CPM2A 系列、三菱公 司的 FX 系列和 AB 公司的 SLC500 系列等整体式 PLC 产品。 中型机 中型机的输入输出总点数在 2562048 点之间，用户程序存储器容量达到 8K 字左右。典型的中型机 有西门子公司的 S7-300 系列、欧姆龙公司的 C200H 系列、AB 公司的 SLC500 系列等模块式 PLC 产品。 大型机PLC 基础理论知识培训资料- 3 -大型机的输入输出总点数在 2048 点以上，用户程序存储器容量达到 16K
10、字左右。典型的大型机有 西门子公司的 S7-400、欧姆龙公司的 CVM1 和 CS1 系列、AB 公司的 SLC5/05 等系列产品。 2.按结构形式分按结构形式分 整体式结构 例如：西门子的 S7200 系列 模块式结构 例如：西门子的 S7-300 和 S7-400 系列6PLC 的基本组成的基本组成PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由 CPU、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。PLC 的硬件系统结构如下图所示：1 1、中央处理器、中央处理器 CPUCPU中央处理器（CPU）是 PLC 的核心，一般有控制器、运算器
11、和寄存器组成。这些电路都集成在一个芯片内，CPU 通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接。CPU 按 PLC 中系统程序赋予的功能指挥 PLC 有条不紊，按部就班的进行工作，用户程序和数据事先存于寄存器中，当 PLC 处于运行状态时，CPU 按循环扫描方式执行用户程序。它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、做出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC 的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程
12、序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。CPU 的主要任务有控制用户程序和数据的接收与存储；用扫描的方式通过 I/O 部件接收现场信号的状态和数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器中，诊断 PLC 内部电路的工作故障和编程中的语法错误等；PLC 进入运行状态后，从积存器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，再经输出部件实现输出控制，制表打印或数据通信等功能。CPU 的具体作用如下： 接收、存储用户程序； 以扫描的方
13、式接收来自输入单元的数据和状态信息，并存入相应的数据存储区。 执行监控程序和用户程序，完成数据和信息的逻辑处理，产生相应的内容控制信号，完成用户指令规定的各种操作； 响应外部设备（如编程器、打印机等）的请求；2 2、存储器、存储器输 入 模块CPU 模块输 出 模块可编程序控制器编程装置接触器电磁阀指示灯电源 电源 限位开关选择开关按钮 PLC 基础理论知识培训资料- 4 -可编程控制器配有两种存储器，即系统存储器（EPROM）和用户存储器（RAM） 。系统存储器用来存储系统管理程序，用户不能够访问和修改这部分的内容。用户存储器用来存放编制的应用程序和工作数据状态。存放工作数据状态的用户存储器
14、部分也称为数据存储区，它包括输入输出数据映像区，定时器/计数器预置数和当前值的数据区，存放中间结果的缓冲区。3 3、输入、输入/ /输出（输出（I/OI/O）接口电路）接口电路I/O 接口是 PLC 与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等） 。I/O 接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O 点数即输入/输出端子数是 PLC 的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。 开关量输入模块开关量输入模块开关量的输入设备是各种开关、按钮、传感器等。其信号可能是交流电压（110V220V） ，直流电压（12V24V）等。为防止各种干扰信号和高电压信号进入 PLC，影响其可靠性或造成设备损坏，现场输入接
