plc基础知识 ppt课件

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1、第一章 PLC的认知初步,1.1 可编程序控制器概述 1.1.1 PLC的由来 在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是以继电器控制占主导地位的。这种由继电器构成的控制系统有着明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，一旦生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，这造成了时间和资金的严重浪费。 1968年，美国通用汽车公司(GM公司)为了在每次汽车改型或改变工艺流程时不改动原有继电器柜内的接线，以便降低生产成本，缩短新产品的开发周期，而提出了研制新型逻辑顺序控制装置，并提出了该装置的研制指标要求，即10项招标技术指标，这1

2、0,指标实际上就是当今可编程序控制器最基本的功能。 将它们归纳一下，其核心为以下四点： (1) 用计算机代替继电器控制盘。 (2) 用程序代替硬件接线。 (3) 输入/输出电平可与外部装置直接连接。 (4) 结构易于扩展 美国数字设备公司（DEC）中标并于1969年研出 了世界上第一台可编程序控制器，并应用于通用汽车公司的生产线上。当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。紧接着，美国MODICON,公司也开发出同名的控制器，1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制成了日本

3、第一台可编程控制器 。1973年，西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。 1.1.2 可编程序控制器的定义、分类及特点 1. 可编程序控制器的定义 由于PLC在不断发展，因此，对它进行确切的定 义是比较困难的。1982年，国际电工委员会(International Electrical Committee，IEC)颁布了PLC标准草案，1985年提交了第2版，并在1987年的第3版中对PLC作了如下的定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的进行数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式

4、或模拟式的输的输入和输出。,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体和易于扩展其功能的原则而设计。 上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，是以微处理器为基础，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程、面向用户的“自然语言”编程的一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。 2.可编程序控制器的分类 （1）PLC硬件结构的类型 可编程序控制器发展很快，目前，全世界有几百家工厂正在生产几千种不同型号的PLC。为了便于,在工业现场安装，便于扩展，方便接线，其结构与普通计算机有很大区别。通常从组成

5、结构形式上将这些PLC分为两类：一类是一体化整体式PLC，另一类是结构化模块式PLC。 整体式结构。从结构上看，早期的可编程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及与编程器或EPROM写入器相连的接口、输入/输出端子、电源、指示灯等都装配在一起的整体装置。一个箱体就是一个完整的PLC。它的特点是结构紧凑，体积小，成本低，安装方便，缺点是输入/输出点数是固定的，不一定能适合具体的控制现场的需要。这类产品有OMRON公司的C20P、C40P、C60P，三菱公司的FX系列，东芝公司的EX20/40系列等。,模块式结构。模块式结构又叫积木式。这种结构形式的特点是把PLC的每个工作单元都制成独立

6、的模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、通信模块等。另外，机器上有一块带有插槽的母板，实质上就是计算机总线。把这些模块按控制系统需要选取后，都插到母板上，就构成了一个完整的PLC。这种结构的PLC的特点是系统构成非常灵活，安装、扩展、维修都很方便，缺点是体积比较大。常见产品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西门子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。 （2）PLC的分类 为了适应不同工业生产过程的应用要求，可编程序控制器能够处理的输入/输出信号数是不一样的。一般,将一路信号叫做一个点，将输入点数和输出点数的总和称为机器的点。按照I/O点数的

7、多少，可将PLC分为超小(微)、小、中、大、超大等五种类型。如表1-1所示。 表1-1 按I/O点数分类 按功能分类可分为低档机、中档机、高档机。如表1-2所示 表1-2 按功能分类,3. 可编程序控制器的特点 PLC能如此迅速发展的原因，除了工业自动化的客观需要外，还有许多独特的优点。它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。其主要特点如下： （1）编程方法简单易学 梯形图是可编程序控制器使用最多的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似。梯,形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用

8、户程序。梯形图语言实际上是一种面向用户的高级语言，可编程序控制器在执行梯形图程序时，应先用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。 （2）功能强，性能价格比高 一台小型可编程序控制器内有成百上千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，它具有很高的性能价格比。可编程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制与集中管理。 （3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强可编程序控制器产品已经标准化、系列化、模块化，配,备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。可编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连

9、接外部接线。可编程序控制器有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。 （4）可靠性高，抗干扰能力强 传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。可编程序控制器用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/101/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。可编程序控制器采取了,一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。可编程序控制器

10、已被广大用户公认为是最可靠的工业控制设备之一。 （5）系统的设计、安装、调试工作量少 可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。 可编程序控制器的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比继电器系统电路图的设计时间要少得多。 （6）维修工作量小，维修方便,可编程序控制器的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。可编程序控制器或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程序控制器上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明产生故障的原因，用更

11、换模块的方法迅速地排除故障。 （7）体积小，能耗低 对于复杂的控制系统，使用可编程序控制器后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型可编程序控制器的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/21/10。 可编程序控制器的配线比继电器控制系统的配线少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，加上开关柜体积的缩小，可以节省大量的费用。,1 . 开关逻辑和顺序控制 这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种简单或十分复杂的控制要求。 2. 模拟控制 在工业生产过程中，许多连续变化的需要进行控制的物

12、理量，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。为了实现工业领域对模拟量控制的广泛要求，目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能。特别是当系统中模拟量控制点数不多，同时混有较多的开关量时，PLC具有其他控制装置所无法比拟的优势。另外，某些PLC产品还提供了典型控制策略模块，如PID模块，从而可实现对系统的 PID等反馈或其他模拟量的控制运算。,1.1.3 可编程序控制器的功能和应用,3. 定时控制 PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时器与计数器。对于定时器，其定时间隔可以由用户加以设定。对于计数器，如果需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速计数器。

13、,4. 数据处理 新型PLC都具有数据处理的能力，它不仅能进行算术运算、数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等功能，有些PLC还可以进行浮点运算和函数运算。 5. 信号联锁系统 信号联锁是安全生产所必需的。在信号联锁系统中，采用高可靠性的PLC是安全生产的要求。对安全要求高的系统还可采用多重的检出元件和联锁系统，而对其中的逻辑运算等，可采用冗余的PLC实现。 6. 通信联网 把PLC作为下位机，与上位机或同级的可编程序控制器进行通信，可完成数据的处理和信息的交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理，因此PLC是实现工厂自动化的理想工业控制器。,1增强网络通信功能 PLC将具有

14、计算机集散控制系统(DCS)的功能。网络化和增强通信能力是PLC的一个重要发展趋势。 2发展智能模块 智能模块是以微处理器为基础的功能部件，其CPU和PLC的CPU并行工作，占用PLC的机时很少，有利于提高PLC扫描速度和特殊控制要求。这些不断出现的新智能I/O模块，使PLC在实时精度、分辨率、人机对话等方面得到进一步的改善和提高。 3外部诊断功能 在PLC控制系统中，80%的故障发生在外围，能快速准确地诊断故障将极大地减少维护时间。因此，研制了智能可编程I/O系统，开发了故障诊断程序并发展了公共回路远距离诊断和网络诊断技术，供用户了解I/O组件状态和监测系统的故障。 4编程语言、编程工具标准

15、化、高级化,1.1.4可编程序控制器的发展趋势,随着PLC功能的增强，梯形图语言的一统局面将被打破，而符合IEC 1131标准的顺序功能图(SFC)标准化语言、高级语言将会更多地得到应用。高级语言更有利于通信、运算、打印和报表等。 手持式编程器也为计算机所取代，并将会出现通用的、功能更强的组态软件，以进一步改善开发环境，提高开发效率。 手持式编程器也为计算机所取代，并将会出现通用的、功能更强的组态软件，以进一步改善开发环境，提高开发效率 5软件、硬件的标准化 PLC的各生产厂商在硬件和软件系统设计中互不兼容，差异很大，这给PLC的进一步发展带来了诸多不便。国际电工委员会(IEC)对PLC未来的

16、发展制定出了一个方向或框架，并先后颁布了IEC 1131-1IEC 1131-5五项包括一般信息、设备特性与测试、编程语言、用户导则、制造信息规范伴随标准等PLC标准。 6组态软件的迅速发展 个人计算机具有很强的数字运算、数据处理、通信和人机交互的功能，使得很多PLC生产厂商推出了在计算机上运行的可实现PLC功能的软件包。这些组态软件使编程更加简单，极大地方便了PLC控制系统的开发和使用。,工业控制计算机，其硬件系统都大体相同，主要由中央处理器模块、存储器模块、输入输出模块、编程器和电源等几部分构成，如图1-1所示。,1.1.5 PLC的组成与基本结构,图1-1 PLC系统结构,1中央处理器（CPU） CPU是PLC的核心部件，主要用来运行用户程序、监控输入/输出接口状态以及进行逻辑判断和数据处理。CPU用扫描的方式读取输入装置的状态或数据，从内存逐条读取用户程序，通过解释后按指令的规定产生控制信号，然后分时、分渠道地执行数据的存取、传送、比较和变换等处理过程，完成用户程序所设计的逻辑或算术运算任务，并根据运算结果控制输出设备响应外部设备的请求以及进