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1、可编程序控制器可编程序控制器本章内容包括：vPLC的发展、分类及应用v结构及工作原理v主要技术性能指标v 西门子SIMATIC控制器简介返回本章首页返回本章首页第1章可编程序控制器基础知识第1章可编程序控制器基础知识PLC的发展与特点的发展与特点1.1结构和工作原理结构和工作原理1.2西门子西门子SIMATICSIMATIC控制器简介控制器简介31.31.1PLC的发展与特点 v 1.1.1产生 v 1.1.2特点 v 1.1.3分类 v 1.1.4 性能指标v 1.1.5应用 与发展趋势返回本章首页返回本章首页1.1.1产生与现状v国际电工委员会国际电工委员会IECIEC定义定义PLC (P
2、LC (programmable programmable logic controllerlogic controller) )：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。v采用可编程序的存储器存储执行逻辑运算、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。v可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。v继电接触器控制系统（布线逻辑）继电接触器控制系统（布线逻辑）：由导线、继电器、接触器、开关和触点等器件按一定的逻辑关系连接起来。v优点：优点：电路图直观形
3、象、价格低廉、容易操作v缺点：缺点：设备体积大、开关动作慢、组合复杂、功能较少、维修不便、可靠性差、系统 接线固定，没有通用性和灵活性。适用于要求不高的专用逻辑控制场合。v 半导体元件逻辑控制装置：半导体元件逻辑控制装置：利用半导体二极管、三极管和中小规模集成电路构成的一种无触点逻辑顺序控制器。v 优点：优点：体积小、无触点、可靠性高、反应速度快、寿命长v 缺点：缺点：控制规模小、编织程序不够灵活、对使用环境要求高。外部接线外部接线 第一台第一台PLCPLC产生于产生于19691969年，由美国数字设备公年，由美国数字设备公司研制并应用于美国通用汽车生产线。司研制并应用于美国通用汽车生产线。
4、其发展经历了五代：其发展经历了五代：返回本节返回本节处理器处理器存储器存储器功能功能第一代第一代一位一位磁性材料磁性材料只有逻辑控制只有逻辑控制第二代第二代8位位半导体半导体逻辑控制、定时、计数逻辑控制、定时、计数第三代第三代8位和位片位和位片式式CPU半导体半导体控制功能与处理速度提高控制功能与处理速度提高第四代第四代16、32逻辑、过程、运动、数据处理、通信逻辑、过程、运动、数据处理、通信第五代第五代16、32 增加现场总线的结构标准增加现场总线的结构标准v1.功能强大：基本功能、扩展功能、其他辅助功能。v2.抗干扰能力强、可靠性高 ：软件、硬件技术。v3.控制系统组合灵活：本机模块和功能
5、扩展模块组成。v4.现场信号接线简单v5.编程简单v6.维修维护方便返回本节返回本节1.1.2特点1.1.3 可编程控制器的分类 v1. 1. 从结构上从结构上: :可分为可分为整体式整体式和和模块式模块式。整体式：CPU、存储器及I/O接口等基本部件装在一块电路板上，并连同电源装成一个整体。模块式：把CPU（包括存储器）单元、电源单元、 I/O单元等做成独立的模块，即做成CPU模块、电源模块、 I/O模块等，组装在一个框架内。返回本节返回本节v2. 2. 按按I/OI/O点数分类点数分类: :v分为分为小型、中型和大型小型、中型和大型。小型小型PLCPLC： I/O点数为256 点以下（包括
6、256点），如S7-200.中型中型PLCPLC： I/O点数为256 点以上、2048点以下，如S7-300。大型大型PLCPLC： I/O点数为2048 点以上（包括2048点），如S7-400。3.3.按功能强弱分类按功能强弱分类v 可分为可分为低档、中档低档、中档和和高档高档。低档低档: :实现基本的逻辑控制。如S7-200。中档：中档：具有低档PLC的基本功能，更多的数字I/O点数和较强的模拟量I/O接口，并具有中断控制、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、网络通信。高档：高档：具有中档PLC的功能，带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及特殊功能函数的运算和表格传送。具
7、有更强的扩展能力和网络通信功能。1.1.4 可编程控制器的性能指标v编程语言与指令条数：编程语言与指令条数：常用编程语言有梯形图、语句表、控制流图和功能图等。编程语言种类越多，某种语言的指令种数越多，则功能越强，编程越方便。v用户程序存储容量：用户程序存储容量：以字节为单位计算，每条指令所占存储容量是1个或2个字节。vI/OI/O接口总数：接口总数：分开关量和模拟量。开关量用最大点数表示，模拟量用最大通道数表示。返回本节返回本节v内部软继电器：内部软继电器：其种类和点数标志PLC功能强弱。包括辅助继电器、计时器、计数器、移位寄存器、特殊功能继电器。v扫描速度：扫描速度：以ms/KB表示。代表了
8、其对瞬时信号的控制能力。v其他指标：其他指标：系统开展能力、I/O方式、特殊功能模块、自诊断功能、网络通信及远程I/O能力、监控功能。1.1.5 可编程控制器的应用与发展 v1 1、应用、应用 工业：开关量控制、模拟量控制、监控、建立工业网络、 其他行业：轻工食品、冶金、机械加工、汽车制造、石油化工、烟草加工、能源、交通等。v2 2、发展趋势、发展趋势 过程控制领域、网络功能、具有现场总线标准接口和串行通信接口及网络通信功能、智能I/O模块的发展、编程语言、智能诊断能力返回本节返回本节1.2可编程控制器的基本结构和工作原理 v1.2.1基本概念 v1.2.2工作原理 v1.2.3 基本结构返回
9、本章首页返回本章首页1.2.1 PLC程序控制的基本概念v继电接触器控制系统（如图继电接触器控制系统（如图a a）：）：支配控制系统的程序是由分立元件用导线连接起来实现的，控制程序的修改必须通过改变接线来实现。v存储器程序控制系统（如图存储器程序控制系统（如图b b）：）：控制系统要完成的控制任务是通过存储器中的程序来实现。如PLC。返回本节返回本节输入设备程序接线输出设备被控系统输入设备程序存储器输出设备被控系统继电-接触控制系统 PLC控制系统 继控制与继控制与PLC控制方案比较实例控制方案比较实例图图1：定子绕组串电阻：定子绕组串电阻降压起动、反接制动降压起动、反接制动并行执行并行执行P
10、LC控制图控制图输入输入- PLC内部内部 -输出输出v例例:两个开关两个开关X1、X2，要求其中任何一个接，要求其中任何一个接通都可立即点亮红灯，两秒钟后自动熄灭红通都可立即点亮红灯，两秒钟后自动熄灭红灯并点亮绿灯。灯并点亮绿灯。v1、继电、继电-接触器控制方式接触器控制方式v2、PLC控制方式控制方式1.2.2 PLC工作原理vPLCPLC控制系统由输入、控制、输出控制系统由输入、控制、输出3 3部分组成。对部分组成。对应的应的“器件器件”是内部是内部“软继电器软继电器”，对应的，对应的“导导线线”是是“程序程序”。PLCPLC是通过是通过“程序程序”控制内部控制内部“软继电器软继电器”的
11、的“软件程序软件程序”控制系统。控制系统。返回本节返回本节1.1.PLCPLC的软继电器的软继电器硬件组成：硬件组成：微处理器、存储器、接口芯片、各种模块。可看成由许多软继电器组成的控制器。PLCPLC内部等效软继电器分为：内部等效软继电器分为：输入继电器、中间继电器、输出继电器。中间继电器包括：中间继电器包括：辅助继电器、特殊功能继电器、移位寄存器、计时器、计数器等。v2 2、PLCPLC工作过程工作过程信号输入（输入采样）程序执行结果输出（输出刷新）v输入采样：输入采样：按扫描方式读入所有输入端子上的输入信号状态，并将其存入输入缓冲区。v程序执行：程序执行：对梯形图方式编写的程序按从上到下
12、、从左到右的顺序逐一扫描各条指令，然后从输入映像区取出本循环扫描周期读入的输入数据或从输出映像区读取上个循环扫描周期输出的有关数据，再进行由程序确定的逻辑运算或其他运算，最后根据程序指令将运算结果存入确定的输出映像区对应的单元。v输出刷新：输出刷新：将输出映像区的内容送到输出锁存器，并驱动输出继电器线圈，使输出端子的信号变为被控设备所能接受的电压或电流信号，驱动被控设备。v3 3、扫描周期与响应滞后、扫描周期与响应滞后扫描周期：扫描周期：信号输入、程序执行、结果输出3个批处理阶段的工作过程。大小主要取决于：程序长短、CPU的工作速度。PLC的输出对输入的响应存在滞后现象，滞后时间与扫描周期有关
13、。减少滞后措施：采用快速响应模块、高速计数模块、中断处理等。1.2.3 PLC基本结构vPLCPLC由由输输入入部部件件、中中央央控控制制单单元元、存存储储器器单单元元、输输出出部部件件、电电源源部部件件等等构构成成。图图为为一一典典型型PLCPLC结构简图。结构简图。返回本节返回本节v1、输入部件：、输入部件：v输入接口电路和输入寄存器。输入模输入接口电路和输入寄存器。输入模块包含数字量输入模块和模拟量输入块包含数字量输入模块和模拟量输入模块。模块。v（1）数字量输入模块：）数字量输入模块：其输入信号为开关量信号，分为直流开关量输入模块和交流量输入模块。直流输入模块直流输入模块v交流输入模块
14、：由输入滤波电路、限流电路、交流输入模块：由输入滤波电路、限流电路、整流滤波电路和光电隔离电路组成。整流滤波电路和光电隔离电路组成。v（3）模拟量输入模块）模拟量输入模块v处理方式：由传感器检测并转换成连续变化处理方式：由传感器检测并转换成连续变化的电信号，再由模拟输入模块的的电信号，再由模拟输入模块的A/D转换器转换器转换成数字量送入总线接口。转换成数字量送入总线接口。v模拟输入模块是以模拟输入模块是以A/D转换器为主要器件，转换器为主要器件，配以相关扩展芯片，一般有配以相关扩展芯片，一般有4通道、通道、8通道、通道、16通道。通道。v2 2、中央控制单元、中央控制单元v一般由微处理器（CP
15、U）、系统程序存储器ROM或EPROM、用户程序存储器RAM或EEPROM、编程器接口组成。微处理器模块是PLC的核心模块。 v主主要要功功能能：1）从存储器中读取指令 2）执行指令 3）顺序取指令 4）处理中断 CB译码电路复位电路CPUAB振荡电路总线驱动PLC总线RAMEEPROM地址总线DB控制总线DBDBv（1 1）CPUCPU及其外围电路及其外围电路 外围电路有时钟震荡电路和复位电路。v（2 2）ROMROM和和EEPROMEEPROM 系统存储器：系统存储器：存储PLC内部信息。 用户存储器：用户存储器：存储用户的应用程序。v（3 3）总线及译码电路）总线及译码电路 总线分DB、
16、AB、CB。译码电路由地址译码器和地址锁存器及相关器件组成。v3 3、存储器模块、存储器模块 存储器扩展模块一般含系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器。v4 4、输出接口模块、输出接口模块 输出部件包括：输出寄存器 输出锁存器 功率放大器等 分为数字输出部件和模拟输出部件。 数字输出部件包括：晶体管输出方式（直流负载） 晶闸管输出方式（交流负载） 继电器输出方式（交、直流均可） 模拟输出部件包括：电流输出模块 电压输出模块KA输出寄存器VccR1LEDY0R2C2电源COMQ0.0Q0.7负载继电器输出模块电路继电器输出模块电路Q0.7PLCPLC+24VD/AVref+-+-+-RRR
17、/4RR电流输出电压电流转换电压输出缓存电压输出缓存功率放大模拟输出部件：由控制电路、D/A转换器、电压/电流转换器、输出保持和功率放大电路组成。v5 5、电源部件、电源部件 将交流电源转换成CPU、I/O模块和存储器模块等部件所需要的直流电源。v6 6、编程器、编程器 对PLC进行程序编辑、调试、监视，将程序固化在EPROM中。分为简易型和通用型。简易型编程器可在线编程，通用型编程器既可在线编程，又可离线编程，PC也作为一种编程器，通过RS232通信口与PLC相连，在PC上进行梯形图编辑、调试和监控。手持式编程器手持式编程器PC编程编程编程语言编程语言梯形图梯形图语句表语句表LD I0.0L
18、D I0.0O I0.0 O I0.0 AN T101 AN T101 = Q0.0= Q0.0TON T101TON T101，#20#20LD T101LD T101= Q0.1= Q0.1功能块图功能块图顺序流程图顺序流程图状态图状态图连续功能图连续功能图v与计算机的异同与计算机的异同v相同点：相同点：（1）基本结构相同 （2）程序执行原理相同 v不同点：不同点： 两者的不同点主要体现在工作方式上。vPLCPLC与继电接触控制系统的比较与继电接触控制系统的比较v继电接触控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连接，为全硬件控制；PLC内部大部分采用“软”电器、“软”接点和“软”线连接，为软控制
19、。v继电接触控制系统体积大；PLC系统结构紧凑，体积小。v继电接触控制全为机械式触点，动作慢；PLC内部全为“软接点”，动作快。v继电接触控制功能改变，需拆线，接线乃至继电接触控制功能改变，需拆线，接线乃至更换元器件，比较麻烦；更换元器件，比较麻烦；PLCPLC控制功能改变，控制功能改变，一般仅修改程序即可，及其方便。一般仅修改程序即可，及其方便。vPLCPLC控制系统的设计、施工与调试比继电接控制系统的设计、施工与调试比继电接触控制系统周期短。触控制系统周期短。vPLCPLC控制的自检和监控功能比继电接触控制控制的自检和监控功能比继电接触控制的强。的强。vPLCPLC的使用范围比继电接触控制
20、的广泛。的使用范围比继电接触控制的广泛。vPLCPLC可靠性比继电接触控制的高。可靠性比继电接触控制的高。1.3 西门子SIMATIC控制器简介v1.3.1 西门子SIMATIC系统 v1.3.2 西门子SIMATIC控制器返回本章首页返回本章首页1.3.1 西门子SIMATIC系统v 西门子西门子SIMATIC系统由系统由SIMATIC硬件和硬件和 SIMATIC软件组成。结构硬件构成图如下。软件组成。结构硬件构成图如下。SIMATCI软件包括标准工具、工程工具、运软件包括标准工具、工程工具、运行时软件和人机界面。行时软件和人机界面。PLC 系统组成系统组成1.3.2 西门子SIMATIC控
21、制器v西门子西门子SIMATICSIMATIC控制器包括控制器包括SIMATIC S7SIMATIC S7、 SIMATIC SIMATIC M7M7、 SIMATIC C7SIMATIC C7三个三个PLCPLC系列和系列和WinACWinAC。vSIMATIC S7SIMATIC S7系列包括系列包括S7-200S7-200、S7-300S7-300、S7-400S7-400。vSIMATIC M7SIMATIC M7系列包括系列包括M7-300M7-300、M7-400M7-400，将，将ATAT兼容机兼容机的性能引入了的性能引入了PLCPLC或将或将PLCPLC的功能加入计算机中并保的功能加入计算机中并保持熟悉的编程环境。持熟悉的编程环境。vSIMATIC C7SIMATIC C7是基于计算机的解决方案，有一个是基于计算机的解决方案，有一个PLCPLC、一个一个HMIHMI操作面板和过程监视系统组成。操作面板和过程监视系统组成。vWinACWinAC包括包括WinAC BasicWinAC Basic（纯软件解决）、（纯软件解决）、 WinAC WinAC ProPro（硬件解决）、（硬件解决）、 WinAC FI Station ProWinAC FI Station Pro（完全（完全解决）解决）
