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1、2019/1/22,1,可编程序控制器问世于1969年。是美国汽车制造工业激烈竞争的结果。更新汽车型号必然要求加工生产线改变。正是从汽车制造业开始了对传统继电器控制的挑战。1968年美国General Motors公司，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控制器，并提出10项招标指标。这就是著名的GM 10条。,第一章 可编程控制器的基本知识,第一节 可编程控制器的产生和发展,一、可编程控制器的产生,2019/1/22,2,编程简单，可在现场修改程序； 可靠性高于继电器控制柜； 体积小于继电器控制柜； 维护方便，最好是插件式； 可将数据直接送入管理计算机； 在成本上可与继电器控制柜竞争；
2、 输入可以是交流115V； 输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀等； 在扩展时，原系统只需很小变更； 用户程序存贮器容量至少能扩展到4K。,可编程序控制器出现的直接原因：,2019/1/22,3,可编程控制器的发展及定义 1969年，美国数据设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器，并成功地应用在GM公司的生产线上。这一时期它主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC(Programmable Logic Controller)。 70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制领域，真正成
3、为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PC(Programmable Controller)。但由于PC容易和个人计算机 (Personal Computer)相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。,2019/1/22,4,1985年1月国际电工委员会的定义： “可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在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，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充的原
4、则设计”。,2019/1/22,5,PLC与传统的继电器逻辑相比 可靠性高、逻辑功能强、体积小。 在需要大量中间继电器、时间继电器及计数继电器的场合，PLC 无需增加硬设备。 随着要求的变更PLC对程序修改方便。继电器线路要想改变控制功能，必须变更硬接线，灵活性差。 具有网络通讯功能，可附加高性能模块对模拟量进行处理，实现各种复杂控制功能。,2019/1/22,6,PLC与工业控制计算机相比 PLC继承了继电器系统的基本格式和习惯，对于有继电器系统方面知识和经验的人来说，尤其是现场的技术人员，学习起来十分方便。 PLC一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，各厂家的产品不通用。工业控制机是由通用
5、计算机推广应用发展起来的，一般由微机厂、芯片及板卡制造厂开发生产。它在硬件结构方面的突出优点是总线标准化程度高，产品兼容性强。 PLC的运行方式与工业控制机不同，微机的许多软件不能直接使用。工业控制机可使用通用微机的各种编程语言，对要求快速、实时性强、模型复杂的工业对象的控制占有优势。但它要求使用者具有一定的计算机专业知识。,2019/1/22,7,PLC和工业控制机都是专为工业现场应用环境而设计的。 都具有很高的可靠性。 PLC一般具有模块结构，可以针对不同的对象进行组合和扩展。,2019/1/22,8,五.PLC与单片机相比,单片机是一种集成电路芯片，单片机系统一般是根据具体的控制要求，通
6、过专业人员设计，以印刷电路板（PCB）为基础，将单片机和其它芯片、器件等组合在一起，设计并固化相应的软件，最终构成的控制系统。,PLC是智能产品，小型PLC的核心控制器往往就是单片机，小型PLC在某种程度上可以理解为一种特殊的单片机系统。,2019/1/22,9,1) PLC是建立在单片机之上的产品，单片机是一种集成电路，两者不具有可比性。 2) PLC是单片机应用系统的一个特例。 3) 不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向迈进。这正是PLC获得广泛应用的基础。 4) 单片机应用系统则是八仙过海，各显神通，功能千差万别，质量参差
7、不齐，学习、使用和维护都很困难。,2019/1/22,10,从工程的角度，谈谈PLC与单片机系统的选用； 1) 对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高，可靠性好。 2) 对于量大的配套项目，采用单片机系统可能具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。 PLC和单片机最大的区别是PLC可靠，抗干扰能力强，适用于工业现场。电力系统中由于存在较大干扰，所以一般采用PLC。,2019/1/22,11,PLC机有以下特点： 1. 可靠性高，抗干扰能力强 平均故障间隔时间长 故障修复时间短（平均修复时间） 2 .通用性强，控制程
8、序可变，使用方便 PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬件设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。 3.功能强，适应面广 现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。,2019/1/22,12,4.编程简单，容易掌握 目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形
9、图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。 PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。 5.减少了控制系统的设计及施工的工作量 由于PL
10、C采用了软件来取代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，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。,2019/1/22,13,图例：FX-PLC,2019/1/22,14,图例：FX-PLC,2019/1/22,15,图例： 西门子S7-200,2019/1/22,16,图例： 西门子S7-300,2019/1/22,17,图例： 西门子S7-400,2019/1/22,18,图例：欧姆龙,2019/1/22,19,图例：AB SLC5
11、00,2019/1/22,20,第二节 可编程控制器的基本结构 PLC的系统结构,2019/1/22,21,PLC各部分的作用 CPU 诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 采集现场的状态或数据，并送人PLC的寄存器中。 逐条读取指令，完成各种运算和操作。 将处理结果送至输出端。 响应各种外部设备的工作请求。,2019/1/22,22,（一）中央处理机,中央处理机是PLC的大脑，它由中央处理器（CPU）和存储器等组成。,2019/1/22,23,1中央处理器 （Central Processing UnitCPU）,中央处理器（CPU）一般由控制电路、运算器和寄存器组成，
12、这些电路一般都集成在一芯片上。CPU通过地址总线、数据总线和控制总线与存储单元、输入输出（I/O）接口电路相连接。,图2-3 PLC硬件系统框图,2019/1/22,24,CPU的主要功能,l）从存储器中读取指令。CPU从地址总线上给出存储地址，从控制总线上给出读命令，从数据总线上得到读出的指令，并存入CPU内的指令寄存器中。 2）执行指令。对存放在指令寄存器中的指令操作码进行译码，执行指令规定的操作，如读取输入信号，取操作数、进行逻辑运算或算术运算，将结果输出给有关部分。 3）准备取下一条指令。CPU执行完一条指令后，能根据条件产生下一条指令的地址，以便取出和执行下一条指令，在CPU的控制下
13、，程序的指令既可以顺序执行，也可以分支或跳转。 4）处理中断。CPU除顺序执行程序外，还能接收输入输出接口发来的中断请求，并进行中断处理，中断处理完后，再返回原址，继续顺序执行 。,2019/1/22,25,PLC各部分的作用 存储器 系统程序存储器：用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据。PLC出厂前已将其固化在只读存储器ROM或PROM中，用户不能更改。 用户存储器：包括用户程序存储区及工作数据存储区。这类存储器一般由低功耗的CMOS-RAM构成，其中的存储内容可读出并更改。 注意： PLC产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。,2019/1/22,
14、26,二.PLC各部分的作用 3.输入输出接口电路 这是PLC与被控设备相连接的接口电路。 输入：用户设备需输入PLC的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其它一些传感器输出的开关量或模拟量（要通过模数变换进入机内）等，通过输入接口电路将这些信号转换成中央处理器能够接收和处理的信号。 输出：输出接口电路将中央处理器送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、电动机等被控设备的执行元件。,2019/1/22,27,PLC各部分的作用 输入输出接口电路 输入接口电路：采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所
15、能接受和处理的数字信号。,PLC的输入接口电路（直流输入型）,2019/1/22,28,2019/1/22,29,2019/1/22,30,2019/1/22,31,PLC各部分的作用 输出接口电路：采用光电耦合电路，将CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。有三种类型：,继电器输出型,继电器输出型：为有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路。,2019/1/22,32,（b） 晶闸管输出型,（c） 晶体管输出型 （NPN集电极开路）,（d） 晶体管输出型 （PNP集电极开路）,晶体管输出型：为无触点输出方式，用于接通或
16、断开开关频率较高的直流电源负载。,晶闸管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载。,2019/1/22,33,2019/1/22,34,2019/1/22,35,2019/1/22,36,2019/1/22,37,电源 PLC的电源是指将外部输入的交流电处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备提供标准电源。,2019/1/22,38,手持编程器 手持编程器采用助记符语言编程，具有编辑、检索、修改程序、进行系统设置、内存监控等功能。可一机多用，具有使用方便、价格低廉的特点。 缺点：不够直观 可通过PLC的RS232外设通讯口(或RS422口配以适配器)与计算机联机，利用专用工具软件（NPSTGR、FPSOFT、FPWINGR）对PLC进行编程和监控。利用计算机进行编程和监控比手持编程工具更加直观和方便。,2019/1/22,39,输入输出I0扩展接口 若主机单元的IO
