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1、PLCPLC第一章第一章资料料授课老师授课老师：瞿福存联系方式联系方式：EmailEmail：课件密码课件密码：studentstudent总学时总学时：3232（其中讲课学时（其中讲课学时2424，实验学时，实验学时8 8）教材：霍罡编著欧姆龙教材：霍罡编著欧姆龙CP1H PLC CP1H PLC 应用基础应用基础与编程实践机械工业出版社与编程实践机械工业出版社 第第1 1版，版，20092009年年1 1月月2主要教学参考书：主要教学参考书：1 1、可编程控制器应用与实践，杨公源、可编程控制器应用与实践，杨公源，清华大学出版社2、可编程控制器系统原理及应用，曹辉、可编程控制器系统原理及应用
2、，曹辉，电子工业出版社3、PLC编程及应用，廖常初编程及应用，廖常初，机械工业出版社3先修课程先修课程: :电路分析基础 微处理器与微计算机系统 模拟电子技术 数字电路与逻辑设计 自动控制原理4学业考核学业考核: :考核考核环节考核内容及方式考核内容及方式百分比百分比平时考核课后作业、出勤、自学与研讨。作业分等级评分、缺勤按次数扣分、自学与研讨按实际表现给分。15%实践考核实验报告按等级评分。35%期末考核闭卷考试50%必修课必修课: :5CP1H PLCCP1H PLC的硬件结构的硬件结构CP1H PLCCP1H PLC的指令系统的指令系统PLC PLC 编程编程PLC系统应用设计系统应用设
3、计课程内容：课程内容：PLCPLC的基本概论、特点，的基本概论、特点，PLCPLC基本结构、工作基本结构、工作原理、性能指标；原理、性能指标；6第一章第一章 可编程控制器基础可编程控制器基础1.1 1.1 可编程序控制器的由来可编程序控制器的由来在可编程序控制器问世以前，工业控制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，它领域中是以继电器控制占主导地位的，它结构简单、使用方便、价格低廉。结构简单、使用方便、价格低廉。但对生产工艺多变的系统适应性差，一但对生产工艺多变的系统适应性差，一旦生产任务和工艺发生变化，就必须重新旦生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬
4、件结构。设计，并改变硬件结构。719681968年，美国通用汽车公司年，美国通用汽车公司(GM(GM公司公司) )为了为了在每次汽车改型或改变工艺流程时不改动原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，降低成本，缩短开发有继电器柜内的接线，降低成本，缩短开发周期，提出了研制新型逻辑顺序控制装置，周期，提出了研制新型逻辑顺序控制装置，并提出了并提出了1010项招标的技术指标。其主要内容项招标的技术指标。其主要内容如下：如下：1.编程简单，可在现场修改程序；2.可靠性高于继电器控制柜；3.体积小于继电器控制柜；4.维护方便，最好是插件式；85.可将数据直接送入管理计算机；6.在成本
5、上可与继电器控制柜竞争；7.输入可以是交流115V；8.输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀等；9.在扩展时，原系统只需很小变更；10.用户程序存贮器容量至少能扩展到4KB以上。核心要求是用软布线（编程）方式代替继电器的硬接线方式。91969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)。1070年代后期，随着微电子技术和计算机技年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使术的迅猛发展，使
6、PLC从开关量的逻辑控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，制扩展到数字控制及生产过程控制领域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称故称为可编程控制器，简称PC(Programmable Controller)。但由于。但由于PC容易和个人计算机容易和个人计算机 (Personal Computer)相混淆，故人们仍习惯地用相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。作为可编程控制器的缩写。111.2 1.2 可编程序控制器的定义可编程序控制器的定义国际电工委员会国际电工委员会(IEC)在在1987年的年的PL
7、C标标准（第准（第3版）中对版）中对PLC作了如下的定义：作了如下的定义： PLC是一类专门为在工业环境下应用而是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子装置。它采用可以编制程设计的数字式电子装置。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，并能通过数字式或模拟式的输入作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。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及其有关的外围设备都应按照易于与工业控
8、制系统形成一个整体和易于扩展其功能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。的原则而设计。121.3 1.3 可编程序控制器的发展历史可编程序控制器的发展历史第四阶段是单机向系统化发展阶段。不同的第四阶段是单机向系统化发展阶段。不同的特殊模块构成了功能强大的特殊模块构成了功能强大的PLC系统，并与系统，并与上位机进行数据交换。上位机进行数据交换。PLC的发展经历了下列四个阶段：的发展经历了下列四个阶段：第一阶段是初创阶段。主要用于逻辑运算和第一阶段是初创阶段。主要用于逻辑运算和定时、计数，它的控制功能比较简单。定时、计数，它的控制功能比较简单。第二阶段是扩展阶段。它的主要功能是数据第
9、二阶段是扩展阶段。它的主要功能是数据传送、比较、模拟量运算等。传送、比较、模拟量运算等。第三阶段是第三阶段是PLC通信功能的实现阶段。初步通信功能的实现阶段。初步实现了分布式通信网络体系，其数学运算功实现了分布式通信网络体系，其数学运算功能也得到较大扩充。能也得到较大扩充。131.4 1.4 可编程序控制器的特点可编程序控制器的特点（1）编程简单，使用方便。（2）控制灵活，程序可变，具有很好的柔性 。（3）功能强，扩充方便，性能价格比高。（4）控制系统设计及施工的工作量少，维修方便 。（5）可靠性高，抗干扰能力强 。（6）体积小、重量轻、能耗低，是“机电一体化”特有的产品 。141.5 1.5
10、 可编程序控制器的基本结构可编程序控制器的基本结构15可编程控制器主要由CPU、存储器、基本I/O接口、 I/O扩展接口、外设接口、编程装置、电源等组成。CPU单元：CPU是可编程控制器的控制中枢，相当于人的大脑。CPU一般由控制器、运算器和寄存器组成。存储器：可编程控制器的存储器由只读存储器ROM、随机存储器RAM和可电擦写的存储器EEPROM三大部分构成，主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。16基本I/O接口：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所能接受和处理的数字信号。输出接口电路：采用光电耦合电路，将CPU处理过的信号转
11、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。I/O扩展接口 ：当基本I/O单元的输入或输出点数不够使用时，可以用I/O扩展单元来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子 。17外设接口：用于连接手持编程器、图形编程器、文本显示器、上位机等外围设备，并能通过外设接口组成PLC控制网络。编程器是PLC的重要外围设备。可将用户程序送入PLC的存储器，还可检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态 。有手持编程器和上位计算机两种形式。电源：把外部电源（220V的交流电源）转换成内部工作所需要的直流电源。要求工作可靠。181.6 可编程控制器的工作过程 接线程序控制与存储程序控
12、制接线程序控制与存储程序控制 继电接触器控制系统，又称为继电接触器控制系统，又称为接线程序控制接线程序控制系统，是通过电系统，是通过电器元器件的固定接线来实现控制逻辑，完成控制任务的。器元器件的固定接线来实现控制逻辑，完成控制任务的。19 在在PLC控制系统中，用户根据控制要求编制出相应控制系统中，用户根据控制要求编制出相应的控制程序，并写入的控制程序，并写入PLC的程序存储器中。系统运行的程序存储器中。系统运行时，时，PLC将程序执行结果输出给相应的输出设备，控将程序执行结果输出给相应的输出设备，控制被控对象工作。制被控对象工作。 这种控制称为这种控制称为存储程序控制存储程序控制。20可编程
13、序控制器的工作过程：可编程序控制器的工作过程： PLC上电后，就在系统程序的监控下，周而复始地按固定顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行，这个过程实质上是一个不断循环的顺序扫描过程。PLC在运行工作状态，执行如上所述的一次扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为1100ms。扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和CPU的运算速度有很大的关系。用户程序较长时，指令执行的时间在扫描周期中占相当大的比例。 21一个扫描周期主要分为三个阶段：一个扫描周期主要分为三个阶段： 输入刷新阶段 程序执行阶段 输出刷新阶段 输入刷新 程序执行输出刷新一个扫描周期输入刷新 PLC的扫描工作过程22读读读
14、读读读写写写写 执行用户程序执行用户程序 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新 I/O刷新刷新23PLC周期性的输入/输出处理方式对一般控制对象而言是能够满足的，但是对那些要求响应时间小于扫描周期的控制系统则不能满足，这时要用特殊的方式来解决。PLC的工作方式是周期扫描方式，其输入/输出过程是定时进行的，对用户程序而言，要处理的输入信号是输入信号状态暂存区的信号，而不是实际的信号。运算处理后的输出信号被放入输出信号状态暂存区中，而不是直接输出到现场的。24PLC的中断输入处理方法同一般计算机系统是基本相同的，即当有中断申请信号输入后，系统要中断正在执行的相关程序而转向执行中断子程序。
15、在循环扫描过程中，有时会遇到必须对某个信号进行立即处理的情况，因此需要引入中断功能中断功能。当有多个中断源时，它们将按中断的优先级顺序排队处理。25外部信号中断；中断源有：定时中断；I/O中断；快速响应中断。26PLC提供的编程语言通常有以下几种：梯梯形图、指令表、顺序功能流程图和功能块形图、指令表、顺序功能流程图和功能块图。图。PLC的编程语言：梯形图编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。PLC的梯形图与继电器控制系统的梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。27典型的梯形图梯形图按从左到右、从上到下的顺序书写。最左边的竖线称为起始母线也叫左母线，然后按
16、一定的控制要求和规则连接各个触点，最后以继电器线圈结束，称为一逻辑行。28梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但他们不是物理继电器（即硬件继电器），而是软件中使用的编程元件，每个继电器和PLC存储器中元件映象寄存器的一个存储单元相对应，因此称为“软继电器”。29指令表编程语言类似于计算机中的助记符语言，它是可编程序控制器最基础的编程语言。所谓指令表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代表可编程序控制器的某种操作功能。梯形图和语句表是基本程序设计语言，梯形图和语句表能自动进行互译。30(a) 梯形图； (b) 指令表Y0X0X2X1STX0AN
17、X1ORX2OTY0例：例：31l l顺序功能图顺序功能图 (Sequential function (Sequential function chart)chart)步步转换转换动作动作32l l功能块图功能块图 (Function block (Function block diagram)diagram)功能块图（FBD）的图形结构与数字电子电路的结构极为相似。 331.7 可编程控制器的主要技术指标 1. 输入输入/输出点数输出点数2. 存储器容量存储器容量PLC的存储器由系统程序存储器，用户程序存储器和数据存储器三部分组成。PLC存储容量通常指用户程序存储器和数据存储器容量之和，表征
18、系统提供给用户的可用资源，是系统性能的一项重要技术指标。可编程控制器的I/O点数指外部输入、输出端子数量的总和。它是描述PLC大小的一个重要的参数。343. 扫描速度扫描速度可编程控制器采用循环扫描方式工作，完成1次扫描所需的时间叫做扫描周期。影响扫描速度的主要因素有用户程序的长度和PLC产品的类型。PLC中CPU的类型、机器字长等直接影响PLC运算精度和运行速度。4. 指令系统指令系统指令系统是指PLC所有指令的总和。可编程控制器的编程指令越多，软件功能就越强，但掌握应用也相对较复杂。用户应根据实际控制要求选择合适指令功能的可编程控制器。355. 通信功能通信功能通信有PLC之间的通信和PL
19、C与其他设备之间的通信。通信主要涉及通信模块，通信接口，通信协议和通信指令等内容。PLC的组网和通信能力也已成为PLC产品水平的重要衡量指标之一。361.8 可编程控制器的分类 按结构形式分类：按结构形式分类：整体式模块式 按功能分类：按功能分类：低档机中档机 高档机 37 3. 3. 按按I IO O点数和程序容量分类点数和程序容量分类分分 类I I0 0点数点数程序容量程序容量超小型机超小型机6464点以内点以内25625610001000字字节小型机小型机64642562561 13.6K3.6K字字节中型机中型机256256204820483.63.613K13K字字节大型机大型机20
20、482048以上以上13K13K字字节以上以上381.9 可编程控制器的应用领域 1. 逻辑控制逻辑控制可编程序控制器具有“与”、“或”、“非”等逻辑运算功能，可以代替继电器进行组合逻辑控制，定时控制与顺序逻辑控制。如各种机床、如各种机床、自动电梯、装配生产线、电镀流水线、运输自动电梯、装配生产线、电镀流水线、运输和检测等的控制。和检测等的控制。 2. 运动控制运动控制39可编程序控制器使用专门的运动控制模块，使运动控制与顺序控制功能有机地结合在一起。可用于精密金属切削机床、机械手、机可用于精密金属切削机床、机械手、机器人等设备的控制。器人等设备的控制。 3. 过程控制过程控制可编程序控制器可
21、以接收温度、压力、流量等连续变化的模拟量，通过AD、DA转换模块及智能PID模块实现对生产过程中的对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行闭环调节控制。量进行闭环调节控制。404. 数据处理数据处理可编程序控制器具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。 5. 构建网络控制构建网络控制可编程序控制器与其他智能控制设备一起可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。41本章重点本章重点可编程序控制器的基本结构可编程控制器的工作原理 可编程控制器的主要技术指标 可编程控制器的应用领域 42结束结束
