ch7可编程控制器基础知识

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1、可编程序控制器基础知识,一、可编程控制器的产生,二、可编程控制器的定义,三、可编程控制器的特点,六、可编程控制器的应用,七、可编程控制器的发展,五、可编程控制器的类型,7.1 概述,四、可编程控制器的性能指标,一、可编程控制器的产生,因为继电器逻辑电路配线复杂,一、可编程控制器的产生,背景： 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

2、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； 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。,一、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，并应用于工业现场。,一、可编程控制器的产生,什么是PLC？,二、可编程控制器的定义,是一种工业控制装置,是在电气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

3、叫法 中文名称为可编程控制器； 英文名称为Programmable Logic Controller，简称PLC。,二、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”。,三、 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，

4、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.,图7-1 PLC 系统的组成,四、可编程序控制器的性能指标,存储容量 I/O点数 扫描速度 指令的多少 内部寄存器的配置和容量 扩展能力 扩展能力特殊功能单元,专指用户存储器的存储容量，它决定了用户所编制程序的长短。大、中、小型PLC的存储容量变化范围一般为2KB2MB。,I/O点数，即PLC面板上的I/O端子的个数。I/O点数越多，外部可连接的I/O器件就越多，控制规模就越大。它是衡量PLC性能的重要指标之一。,扫描速度是指PLC执行程序的快慢，是一个

5、重要的性能指标，体现了计算机控制取代继电器控制的吻合程度。从自动控制的观点来看，决定了系统的实时性和稳定性。,它是衡量PLC能力强弱的指标，决定了PLC处理能力、控制能力的强弱。限定了计算机发挥运算功能、完成复杂控制的能力。,直接对用户编制程序提供支持，对PLC指令的执行速度及可完成的功能提供直接的支持。,包括I/O点数的扩展和PLC功能的扩展两方面的内容（即模块式和集中封装式系统的可扩展性）。,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

6、I/O点数为2048以上的为大型PLC （其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）,五、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。,五、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。,紧凑式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。,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。,紧凑式P

7、LC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。,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。,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P

8、LC机具有更强的通信联网功能。,五、可编程控制器的类型,PLC著名品牌,1993年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家： 美国 AB公司 （AllenBradley） 德国西门子公司（Siemens） 美国GEFanuc公司 美国的莫迪康（Modicon）和法国的TE电器公司 日本欧姆公司（OMRON） 日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI） 日本富士电机株式会社（Fuji Electric） 日本东芝公司（TOSHIBA） 日本的光洋电子（KOYO）和中国的华光电子(CKE） 日本松下电工株式会社（MEW）：Matsushita Electric Works Ltd）,根据美国 Aut

9、omation Research Co .（ARC）的商情调查，PLC市场上，最大的5家PLC制造商是: SIEMENS AllenBradly（Rockwell) AEG Schneider 三菱电机 OMRON(立石电机）,PLC著名品牌,六、可编程控制器的应用领域,六、可编程控制器的应用领域,六、可编程控制器的应用领域,六、可编程控制器的应用领域,六、可编程控制器的应用领域,六、可编程控制器的应用领域,六、可编程控制器的应用领域,六、可编程控制器的应用领域,六、可编程控制器的应用领域,六、可编程控制器的应用领域,七、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

10、，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1

11、4336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。,七、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。,七、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/

12、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%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。,七、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

13、与发展是PLC进步的一种趋势。,七、可编程控制器的发展,7.2 常用术语及编程语言,一、常用术语,1. 位（bit ） 也称内部继电器，实际上是PLC存储器中的一个触发器。“1”和“0”两个状态。,2. I/O点（I/O Point ） 可直接和输入设备相连接的触点输入点 可直接和输出设备相连接的触点输出点 I/O点数越多，控制规模越大。,3. 通道（Channel ） 也称为字，16个位组成一个通道。,4. 区（Area ） 相同类型通道的集合。数据区、定时/计数器区、内部继电器区等。,梯形图编程 语句表编程 控制系统流程图编程 逻辑方程式或布尔代数式,二、可编程序控制器的编程语言,7.2

14、常用术语及编程语言,1.梯形图,二、可编程序控制器的编程语言,左母线,右母线,常开触点,常闭触点,输出线圈,使用最广泛的语言，与继电接触器电路图很相似，直观易懂。,可省略,梯形图的基本画法,编制PLC程序前的准备： 设计PLC控制系统的结构、配置；确定I/O位置 根据I/O位置确定信号的I/O地址（端口表） 设计、整理输入/输出信号间的逻辑关系 梯形图的基本画法： 在左右两条逻辑电源线之间，按系统逻辑要求从左到右排列接点和线圈；计算机可只画左边; 逻辑可以是一个或多个接点的串并联，然后接到输出线圈(定时器、锁存器、移位寄存器等);) 所有接点必须在输出线圈左边； 输出线圈不能不经过任何接点直接

15、接在两个逻辑电源线之间。,2. PLC语句表（助记符）编程,操作码（指令） 操作数 LD 0000 OR 0500 ANDNOT 0001 OUT 0500 LD 0500 OUT 0501,由多条语句组成一个程序段，适合经验丰富的程序员使用，可以实现某些用梯形图难以实现的功能。在使用简易编程器编程时，常常需要将梯形图转换为语句表才能输入PLC。,3.控制系统流程图编程,4.逻辑方程式或布尔代数式编程,5. PLC高级语言编程,PASCAL、BASIC、C、 汇编等,PLC的硬件结构主要由 中央处理器（CPU）、 存储器（RAM、ROM）、 输入输出单元（I/O）接口、 电源及外围编程设备等几

16、大部分构成。 其结构框图如图所示。,7.3.1 PLC的基本结构,PLC的硬件电路框图,7.3 基本结构及工作原理,电 源,输入设备,输出设备,外部设备接口,主机,PLC,PLC的硬件电路框图,中央处理单元（CPU）,在系统程序的控制下，诊断电源、PLC内部电路工作状态；接收、诊断并存储从编程器输入的用户程序和数据；用扫描方式接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器。,中央处理器是可编程序控制器的核心。,在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序；按指令规定的任务，产生相应的控制信号，去启闭有关控制门电路，分时分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等动作；完成用户程序中规定的逻辑或算术运算等任务。,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， 实现输出控制、制表、打印或数据通信等。,中央处理单元