可编程序控制器讲义

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1、可编程序控制器,大连理工大学电气系 王永兴 ,可编程控制器概述,可编程控制器的产生和定义可编程控制器的特点和应用可编程控制器的分类和发展,可编程控制器的产生,因为继电器逻辑电路配线复杂,可编程控制器的产生,1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。,1968年，GM公司提出十项设计标准： 编程简单，可在现场修改程序； 维护方便，采用插件式结构； 可靠性高于继电器控制柜； 体积小于继电器控制柜； 成本可与继电器控制柜竞争；

2、可将数据直接送入计算机； 可直接使用115V交流输入电压； 输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等； 通用性强，扩展方便; 能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。,可编程控制器的产生,1969年，美国数字设备公司研制第一台可编程控制器，并应用于GM汽车自动装配线上； 日本立石（OMRON）的C系列； 日本三菱（MITSUBISHI）的F、F1、F2、FX2系列； 日本松下（PANASONIC）的FP1系列； 美国通用电气（GE）的GE系列； 美国艾论布拉德利（AB）的PLC-5系列； 德国西门子（SIEMENS）的S5、S7系列。,可编程控制器的产生,什么是PLC？,可编程

3、控制器的定义,是一种工业控制装置,是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。,通用叫法 中文名称为可编程控制器； 英文名称为Programmable Logic Controller，简称PLC。,可编程控制器的定义,1987年，国际电工委员会（IEC）定义：“可编程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，并通过数字式和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

4、控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。,可编程控制器的特点,无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强 通用性强，控制程序可变，使用方便 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 编程简单，容易掌握 系统的设计、安装、调试工作量少 维修工作量小，维护方便 体积小，能耗低.,可编程控制器的应用领域,按I/O点数分 小型PLC I/O点数为256点以下的为小型PLC（其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC） 中型PLC I/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC 大型PLC I/O点数为2048以上的为大型PLC（其中I/O点数超过8192

5、点的为超大型PLC）,可编程控制器的类型,按结构形式分 整体式PLC 将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。西门子公司的S7-200系列,松下FP1系列等,可编程控制器的类型,模块式PLC 将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。西门子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列,OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H等。,按功能分 低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数

6、据传送和比较、通信等功能。 中档PLC 具有低档PLC功能外，增加模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能。 高档PLC 具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能。,可编程控制器的类型,可编程控制器的发展,高性能、高速度、大容量发展 为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。 在存储容

7、量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。,向小型化和大型化两个方向发展 小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为816点，以适应单机及小型自动控制的需要。 大型化是指大中型PLC 向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。,可编程控制器的发展,大力开发智能模块，加强联网与通信能力 为满足

8、各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。 PLC的联网与通信有两类： PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段； PLC与计算机之间的联网通信。 为了加强联网与和通信能力，PLC生产厂家也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。,可编程控制器的发展,增强外部故障的检测与处理能力 据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。 前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理。 而其余80

9、%的故障属于PLC的外部故障。PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。,可编程控制器的发展,编程语言多样化 在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。 除了大多数PLC使用的梯形图、语句表语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。,可编程控制器的发展,可编程序控制器 的结构和工作原理,可编程控制器的组成与基本结构可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的编程语言,可

10、编程序控制器的组成与基本结构,PLC由硬件系统和软件系统两大部分组成。PLC的硬件系统由主机系统、输入/输出扩展环节及外部设备组成。PLC的软件系统由系统程序(又称系统软件)和用户程序(又称应用软件)两大部分组成。,PLC硬件结构,系统程序 系统程序由PLC的制造企业编制，固化在PROM或EPROM中，安装在PLC上，随产品提供给用户。系统程序包括系统管理程序、用户指令解释程序和供系统调用的标准程序模块等。 2. 用户程序 用户程序是根据生产过程控制的要求由用户使用制造企业提供的编程语言自行编制的应用程序。用户程序包括开关量逻辑控制程序、模拟量运算程序、闭环控制程序等。,软件系统,可编程序控制

11、器的工作原理,PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描，并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的。一个扫描周期（工作周期）主要分为以下几个阶段： 1.输入采样扫描阶段 2.执行用户程序扫描阶段 3.输出刷新扫描阶段,可编程序控制器的编程语言,梯形图 (LAD, Ladder Diagram) 2. 语句表 (STL, Statement List) 3. 功能块图 (FBD, Function Block Diagram),I0.0,( ),( ),I0.1,Q0.0,Q0.0,Q0.1,( ),M0.

12、1,I0.5,I0.3,I0.4,( ),Q0.2,M0.1,(,a,),(,b,),LD,O,A,=,LD,=,A,=,LDN,AN,=,I0.0,Q0.0,I0.1,Q0.0,I0.5,Q0.1,I0.3,M0.1,I0.4,M0.1,Q0.2,梯形图和指令表,功能块图,S7-200系列可编程控制器,西门子S7系列可编程控制器分为S7-400、S7-300、S7-200三个系列，分别为S7系列的大、中、小型（超小型）可编程控制器系统。 S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222

13、，CPU224和CPU226四种基本型号。,西门子S7-200 CPU模块,CPU 技术性能指标,7个模块,主机及I/O特性,输入输出扩展模块 当主机单元模板上的I/O点数不够时,或者涉及到模拟量控制时,除了CPU221以外,都可以通过增加扩展单元模板的方法,对输入/输出点数进行扩展.,数据存储器 输入映像寄存器I（输入继电器） 输入继电器是PLC用来接收用户设备输入信号的接口 输出映像寄存器Q（输出继电器） 输出继电器是用来将输出信号传送到负载的接口 变量存储器V 变量存储器主要用于存储变量，CPU224/226为V0.0V5119.7共5KB存储容量,内部标志位存储器（中间继电器）M 内部

14、标志位存储器，用来保存控制继电器的中间操作状态，其作用相当于继电器控制中的中间继电器特殊标志位存储器SM 特殊标志位存储器位提供大量的状态和控制功能 定时器T 定时器作用相当于继电器控制系统中的时间继电器。每个定时器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用,计数器C 计数器用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数。高速计数器HC累加器AC顺序控制继电器S（状态元件）模拟量输入/输出映像寄存器（AI/AQ）,编址方式 位编址的指定方式为：（区域标志符）字节号位号 如I0.0；Q0.0；I1.2。 字节编址的指定方式为：（区域标志符）B（字节号） 如IB0表示由I0.0I0.7这8位组成的字节

15、。 字编址的指定方式为：（区域标志符）W（起始字节号） 例如VW0表示由VB0和VB1这2字节组成的字。 字编址的指定方式为:（区域标志符）D（起始字节号） 例如VD0表示由VB0到VB3这4字节组成的双字。,寻址方式 直接寻址 直接寻址是在指令中直接使用存储器或寄存器的元件名称（区域标志）和地址编号，直接到指定的区域读取或写入数据。有按位、字节、字、双字的寻址方式 间接寻址 间接寻址时操作数并不提供直接数据位置，而是通过使用地址 指针来存取存储器中的数据。在S7-200中允许使用指针对I、Q、M、V、S、T、C（仅当前值）存储区进行间接寻址 （1）使用间接寻址前，要先创建一个指向该位置的指针

16、。 （2）指针建立好后，利用指针存取数据。,直接寻址,S7-200的基本指令,位操作类指令 运算指令 数据处理指令 转换指令 表功能指令,位操作类指令,1.逻辑取（装载）指令 LD/LDN 2. 触点串联指令 A/AN 3. 触点并联指令 O/ON 4. 置位/复位指令 S/R 5. 边沿触发指令 EU/ED,逻辑取（装载）及线圈驱动指令 LD（load）：常开触点逻辑运算的开始。LDN（load not）：常闭触点逻辑运算的开始=（OUT）：线圈驱动指令。,触点串联指令A/AN指令 A(And)：与操作，表示串联连接单个常开触点。 AN(And not)：与非操作，表示串联连接单个常闭触点。,触点并联指令：O（Or）/ON（Or not）O：或操作，表示并联连接一个常开触点。ON：或非操作，表示并联连接一个常闭触点。,网络1 LD I0.0 O I0.1 ON M0.0 = Q0.0,