可编程序控制器及应用（plc技术）

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1、可编程序控制器及应用全有文档 可编程序控制器及应用一、课程设置v34学时 实验4 学分2 专业方向课(选修) 二、教学内容 1.了解PLC的硬件结构,工作原理. 2.掌握软件指令系统和控制功能,软件编程技巧. 教材:廖常初.PLC编程及应用 2版. 机工出版社 三、教学要求 现代工业控制三大支柱（PLC;NC;ROBOT)之一。v成绩：平时20%（作业10%、出勤10%）期末 80%。目 录第一章第一章 概述概述 第二章第二章 PLCPLC硬件结构和工作原理硬件结构和工作原理 第三章第三章 PLCPLC的程序设计基础的程序设计基础 第四章第四章 数字量控制系统梯形图设计方法数字量控制系统梯形

2、图设计方法 第五章第五章 顺序控制梯形图的设计方法顺序控制梯形图的设计方法 第六章第六章 PLCPLC的功能指令的功能指令 第七章第七章 PLCPLC的通信与自动化通信网络的通信与自动化通信网络 第八章第八章 PLCPLC应用中的一些问题应用中的一些问题第1章 概 述v 定义v 分类v 特点v 应用领域v 国内外状况v 发展趋势第1章 概 述11 可编程序控制器的定义v可编程序控制器(Programmable Controller)简称 为PC v可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Cntroller)。简称为PLC v一、可编程序控制器的历史v20世纪70年代前 继电器

3、接触器控制系统v优点：结构简单、价格低廉。v缺点：灵活性差、可靠性低。v 1968年美国最大的汽车制造厂家通用汽车 公司(GM)为了适应汽车型号不断更新的需要，提出 了十条技术指标在社会上公开招标，制造一种新型 的工业控制装置，提出了研制可编程序控制器的基 本设想，即v (1)能用于工业现场。v (2)能改变其控制“逻辑”，而不需要变动组成它的 元件和修改内部接线。v (3)出现故障时易于诊断和维修。v 1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出了世界 上第一台PLC。并在GM公司汽车生产线上首次应用 成功。 （逻辑、计时、计数）1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其 命名为可编程

4、序控制器（Programmable Controller ），简称 PC国际电工委员会（ IEC）于 1982.11月;1985.1和 987.2发布了可编程序控制器标准草案的第1，2，3 稿。在第3稿中对可编程序控制器作了如下的定义： 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的指令，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设备，都 应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充 其功能的原则设计。” v定义强调了PLC

5、是：v 1 数字运算操作的电子系统也是一种计 算机v 2 专为在工业环境下应用而设计v 3 面向用户指令编程方便v 4 逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操 作v 5 数字量或模拟量输入输出控制v 6 易与控制系统联成一体v 7 易于扩充v v1.2 PLCPLC的分类的分类v（1）按 IO点数分类vIO点数小于 32为微型PLC；vIO点数在32128为微小型PLC；vIO点数在128256为小型PLC；vIO点九在2561024为中型PLC；vIO点数大于1024为大型PLC；vIO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。（2）按结构形式

6、分类v整体式PLC： 又称单元式或箱体式。整体式 PLC是将电源、CPU、I0部件都集中装在一 个机箱内。一般小型PLC采用这种结构。v模块式PLC：将PLC各部分分成若干个单独的 模块，如 CPU模块、I0模块、电源模块和各 种功能模块。模块式PLC由框架和各种模块组 成。模块插在插座上。一般大、中型PLC采用 模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构。v有的PLC将整体式和模块式结合起来，称为叠 装式PLC。电源模块CPU模块底 板IO模块模块式1.3 PLC的特点 优点： 1编程方法简单易学 2可靠性高,抗干扰能力强 3通用性强 4系统的设计、安装、调试工作量少 5维修工作量小，维修方便

7、 6体积小，能耗低 vv缺点：缺点：v1.主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不 是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议 ，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各 不相同。v2.编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、 语言结构均不一致，因此各公司的 PLC互不兼 容。vSIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为 基础，在Windows平台下，结合IEC11313 国际标准的新一代开放体系结构的PLC。 1.4 PLC的应用领域PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用， 在国内外已广泛应 用于机械、冶金、石油、化工 、轻工、纺织、电力、电子、食品、 交通等行业 。经验表明， 80 以上的

8、工业控制可以使用 PLC来完成。 主要有以下几个方面： 1.数字量逻辑控制 2.运动控制 3.闭环过程控制 4.数据处理 5.通信联网1.4 PLC的国内外现状 v1969年美国研制出世界上第一台PLC以后 ，日本、德国、法国等国相继研制了各自 的PLC。v70年代中期，PLC进入了实用化阶段。v70年代末和 80年代初，PLC进入了成熟 阶段。美国PLC发展得最快：v1984年有48家，生产150多种PLC；v1987年有63家，生产243种PLC；v1996年有70余家，生产近300种PLC。v著名厂家有AB（AllenBradley）艾伦 一布拉德利公司，MODICON莫迪康公司 ，GE

9、FSNUC公司，TI（Texas Instrument）德州仪器公司， WESTHOUSE Electric西屋电气公司， IPM（International Parallel Machines） 国际并行机器公司等。欧洲PLC的厂家有60余家:西门子（Siemens）于1973年研制出第一 台PLC。v法国的TE(Telemecanique）(施耐德）v瑞士的Selectron公司等。1971年，日本从美国引进PLC技术，由日 立公司研制成功日本第一台PLC。日本生产PLC的厂家有40余家：v三菱电机(MITSUBISHI),欧姆龙 (OMRON),v富士电机（Fuji Electric）,

10、东芝（ TOSHIBA）,v光洋（KOYO),松下电工（MEW）,v和泉（IDEC）,夏普(SHARP）,v安川等公司。我国在 70年代末和 80年代初开始引进PLC。我 国早期独立研制PLC的单位有：v北京机械工业自动化研究所，v上海工业自动化仪表研究所，v大连组合机床研究所，v成都机床电器研究所，v中科院北京计算机所及自动化所，v长春一汽，v上海起重电器厂，v上海香岛机电公司，v上海自力电子设备厂等单位。v以上诸单位都没有形成规模化生产v辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产 PLC；v无锡电器和日本光洋合资生产的 PLC;v中美合资的厦门 AB公司生产的PLC；v上海香岛机电公司引进技术生

11、产的PLC;v上海OMRON公司;v西安Siemens公司等。1.5PLC的发展趋势v（1）向高速度、大存储容量方向发展（CPU处理速度nS级；内存2M字节）v（2）向多品种方向发展和提高可靠性（超大型和超小型）v（3）产品更加规范化、标准化 （硬件、软件兼容的PLC）v（4）分散型、智能型、与现场总线兼容的I0v（5）加强联网和通信的能力v（6）控制的开放和模块化的体系结构OMAC（ open Modular Architecture for ControlvvPLCPLC著名品牌著名品牌1993年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家：v美国 AB公司 （AllenBradley）v德国西门

12、子公司（Siemens）v美国GEFanuc公司v美国的莫迪康（Modicon）和法国的TE电器公司v日本欧姆公司（OMRON）v日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI）v日本富士电机株式会社（Fuji Electric）v日本东芝公司（TOSHIBA）v日本的光洋电子（KOYO）和中国的华光电子(CKE）v日本松下电工株式会社（MEW）：Matsushita Electric Works Ltd）根据美国 Automation Research Co（ ARC）的商情调查，在1994年PLC市场上 ，最大的5家PLC制造商是:SIEMENS，AllenBradly，（Rockwell)

13、AEG Schneider，三菱电机,OMRON(立石电机）（1996年中国PLC市场）第二章PLC基本组成和工作 原理 PLC的基本组成 PLC的工作原理2.1 PLC的基本组成v1.中央处理单元（CPU）： (1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令 (2)将各种输入信号取入 (3) 把运算结果送到输出端(4) 响应各种外部设备的请求 v（1）通用处理器：8086、80286、80386v（2）单片机芯片：8031、8096v（3）位片式微处理器：AMD-2900v小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPUv中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPUv大型PLC多采用高速位片

14、式微处理器v2.存储器：v作用：存放系统程序，用户程序和数据。v系统程序：决定PLC的基本智能，由厂家 设计，并存入ROM、EEPROM。用户不 能修改。v用户程序：根据要求，用PLC的编程语言 ，编制的程序，用户用编程器写入RAM或 EEPROM。类型(1)随机存取存储器(RAM) 用户可以用编程装置读出RAM中的内容，也可以 将用户程序写入RAM，它是易失性的存储器，它 的电源中断后，储存的信息将会丢失。(2)只读存储器(ROM)ROM的内容只能读出，不能写入。它是非易 失的，它的电源消失后，仍能保存储存的内容。 ROM一般用来存放可编程序控制器的系统程序 。(3)可电擦除可编程的只读存储

15、器 (EEPROM)它是非易失性的，但是可以用编程装置 对它编程兼有ROM的非易失性和RAM的 随机存取优点，但是将信息写入它所需的时 间比RAM长得多。EEPROM用来存放用户 程序和需长期保存的重要数据。 3. 输入、输出接口 采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路 的电气隔离，减小了电磁干扰。 输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生 的信号，转换成数字信号送入主机 输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以 驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等 电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电 隔离。 输出三种形式： 继电器 - 低速大功率可控硅 - 高速大功率晶体管 - 高速小功率（1）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。COM光电三极管发光二极管直流电源输入端子+PLCXn+24V 发光二极管继电器输出（2）输出接口电路：以继电器形式为例：PLC 内部电路内部电路J+ 交流电源或 直流电源YCOM-4.电源单元v把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的 电源。v有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源，可供 开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。可 编程序控制器使用220V交流电源或24V直流电源 。内部的开关电源为各模块提供DC 5V、12V、 24V等直流电源。可编程序控制器的电源一般采用开关式电源，其特