PLC课件第4章PLC概述

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1、第四章 可编程序控制器概述,一、可编程控制器的产生及定义,二、可编程控制器的特点及应用,三、可编程控制器的分类和发展,四、可编程控制器的基本组成和工作原理,本章主要讲解,第一节 可编程控制器的产生及定义,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，采用插件式结构； 可靠性高于继电器控制

2、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。,1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程序控制器。并应用于工业现场。,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Programma

3、ble Logic Controller，简称PLC。,为了便于与个人计算机PC（Personal Computer）相区别，人们习惯上仍将可编程序控制器称为PLC。以后章节中都用PLC。,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”。, 区别于一般微机控制系统 区别于传统控

4、制装置 定义强调了可编程序控制器应直接应用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。 定义表明可编程序控制器内部结构和功能上都类似于计算机。它是“专为在工业环境下应用而设计”的工业计算机。,PLC控制与继电器控制的区别, 组成器件不同：继电器控制线路是许多真正的硬件继电器组成，而 梯形图则由许多所谓“软继电器”组成。 触点数量不同：硬继电器的触点数量有限，用于控制的继电器的触 点数一般只有48对；而梯形图中每个“软继电器”供编程使用的触 点数有无限对。 实施控制的方法不同：在继电器控制线路中，实现某种控制是通过 各种继电器之间硬接线解决的。而PLC控制是通过梯形图即软件

5、编 程解决的。 工作方式不同：在继电器控制线路中，采用并行工作方式；而在梯 形图的控制线路中，采用串行工作方式。,继电器控制电路,PLC控制电路,第二节 可编程控制器的特点及应用,无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强 通用性强，使用方便，控制程序可变，具有很好的柔性 编程方法简单易学 采用模块化结构，使系统组合灵活方便 系统设计周期短，安装、调试、维修工作量少维护方便 功能强，性能价格比高 体积小，重量轻，能耗低,一、可编程控制器的特点,二、PLC的应用领域,目前，PLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提

6、高，其应用领域不断扩大。 从PLC应用类型看，大致归纳为以下几个方面： 开关量逻辑控制 运动控制 过程控制（PID闭环控制 ） 数据处理 通信联网,可编程控制器的应用领域,小型PLC I/O点数在256点以下，用户程序存储器容量在2K步以下。其中I/O点数小于64点的PLC又称为超小型或微型PLC。 型号有日本松下电工FP1型、日本三菱FX系列和日本欧姆龙C40P等。 中型PLC I/O点数在2562048点之间，用户程序存储器容量在2K8K步之间。 型号有日本三菱的A1系列、日本日立公司的H-200、美国A-B公司的PLC2/80等。 大型PLC I/O点数在2048点之上，用户程序存储器容

7、量达8K步之上。其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC。 型号有美国A-B公司的PLC-3，I/O点数有8192个；德国西门子公司S5-155U，I/O点数有10000个，具有多个处理器。,按I/O点数分和存储器容量分,第三节 可编程控制器的分类和发展,一、可编程控制器的分类,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。,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。

8、,按功能分 低档PLC 中档PLC 高档PLC,1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程序控制器。 并应用于工业现场。 在20世纪70年代初期、中期，可编程序控制器可以完成顺序控制，有逻 辑运算、定时、计数等控制功能。并且将可编程序控制器称为PLC （Programmable Logical Controller）。 20世纪70年代未至80年代初，可编程序控制器的处理速度大大提高，不 仅可以进行逻辑控制，而且可以对模拟量进行控制。美国电器制造协会 （NEMA）将可编程序控制器命名为PC（Programmable Controller）。 20世纪80年代以来，以16位和3

9、2位微处理器为核心的可编程序控制器得 到迅速发展。这时的PLC具有了高速计数、中断技术、PID调节和数据 通信等功能。,二、可编程控制器的发展,1.发展概况,近年来PLC发展迅速 PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，已成为自动化工程的核心设备。 PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。 PLC成为现代工业自动化的三大支柱产业（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。,自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。各国PLC都有自己的特色。 欧洲：西门子（Siemens）；法国的施耐德（schnei

10、der） 美国：A-B（Allen-Bradley）、GE（General Electric） 日本：三菱电机（Mitsubishi Electric）、 欧姆龙（OMRON）、日本富士（FUJI）（日本主要发展中小型PLC，其小型机性能先进，结构紧凑，价格便宜） 目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品。,PLC三大流派,向小型化和大型化两个方向发展,2.PLC技术发展动向,高性能、高速度、大容量发展,编程语言多样化、向标准化靠拢 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

11、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。,IEC1131-3标准中规定了五种标准语言 梯形图（Ladder diagram）和功能块图（Function block diagram）为图形语言； 指令表（Instruction list）和结构文本（Struction text）为文字语言； 顺序功能图（Sequential function chart）,（1）梯形图语言 梯形图语言形象直观、逻辑关系明显，实用。是目前使用最多一种编程语言，如图所示。 梯形图中的继电器、定时器、计数器等都不是物理器件，是PLC存储器中的一位，称为软件继电器。当存储器中的某位为1时，表示

12、相应的继电器线圈得电或者是相应的常开触点闭合、常闭触点断开。,PLC的梯形图是形象化的编程语言，梯形图左右两端的母线是不接任何电源的。所以梯形图中是没有任何物理电流流过的。,（2）指令语句表编程语言 这种编程语言是和计算机汇编语言类似的助记符语言形式，采用一系列的指令语句组成的语句表将控制流程描述出来，并通过编程器送到PLC中去。每一条语句由操作码、操作数两部分组成。,指令表程序 步序 指令 地址 0 LD X0 1 OUT Y0 2 LDI X1 3 OUT M100 4 OUT T0 K19 7 LD T0 8 OUT Y1,（3）顺序功能图编程 顺序功能图也是一种编程方法。这是一种图形说

13、明语言，它用于表示顺序控制的功能。目前国际电工协会（IEC）正在实施发展这种新式的编程标准。,一、PLC硬件组成,第四节 PLC的基本组成和工作原理,FX 系列PLC的硬件配置图,系统存储器系统程序存储器+系统数据存储器,存储器,CPU的作用（CPU是PLC的核心 ）,系统程序由PLC的制造厂家编写的，在PLC使用过程中不会变动，它和PLC的硬件组成有关，它关系到PLC的性能。 系统程序由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改。,用户存储器RAM/EPROM/EEPROM 存放用户工作程序； 存放工作数据。,用户程序是用户根据控制对象生产工艺及控制的要求

14、而编制的应用程序。它是由PLC控制对象的要求而定的。 为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在EPROM中。,输入单元带光电隔离电路 接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）； 接收模拟量信号（模拟量输入单元）； 接收按钮或开关命令（数字量输入单元）； 接收传感器输出信号。,输出单元带光电隔离器及滤波器 多种输出方式：晶体管 晶闸管 继电器 驱动直流负载（晶体管输出单元）； 驱动非频繁动作的交/直流负载（继电器输出单元）； 驱动频繁动作的交/

15、直流负载（晶闸管输出单元）。, 输入/输出（I/O）点数： PLC的I/O点数是指PLC的I/O接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数的总和。 I/O点数是选择PLC的重要依据之一 当I/O点数不够时，可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展, PLC配有开关式稳压电源，以提供内部电路使用。 与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。因此，对于电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值15%的范围内波动。 PLC根据型号的不同，有的采用交流供电，有的采用直流供电。交流一般为单相220V（有的型号采用交流100V，如FX2N48ERUA1），直流一般为24V。 许多P

16、LC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感 器供电。,PLC中的电源及作用,编程器的作用：是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可缺少的设备。 简易编程器 专用编程器 编程器 智能编程器 通用编程系统：PC上配专用编程软件包,PLC编程器及作用,周期循环扫描工作方式,二、PLC的工作原理, 当PLC运行时，需要进行众多的操作 而PLC的CPU不可能同时去执行多个操作，每一刻只能执行一个操作 。, 解决的办法：采用分时操作原理 由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时完成的。, 整个过程包括内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段, 整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期, 扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配置及用户程序长短有关。, 典型值为