可编程序控制器概论1.ppt

1、第3章可编程序控制器概述及工作原理,3.1PLC的概述 3.2PLC的基本组成 3.3PLC控制系统与电器控制系统的比较 3.4PLC的工作原理 3.5 PLC的性能指标与发展趋势 3.6 国内外PLC产品比较,本章内容包括,l PLC的发展、分类及应用 l基本组成及工作原理 l主要技术性能指标 lPLC的发展趋势 l 国内外PLC产品比较,返回本章首页,3.1PLC的概述,3.1.1定义 3.1.2产生 3.1.3发展阶段 3.1.4特点和应用 3.1.5分类,返回本章首页,3.1.1定义,可编程序逻辑控制器PLC产生于1969年，最初只具备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继电接触

2、器控制。 现在所说的可编程序控制器PC（Programmable Controller）是1980年以来，美、日、德等国由先前的可编程序逻辑控制器PLC进一步发展而来。 1985年，国际电工委员会IEC对可编程序控制器作了如下规定：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,返回本节,3.1.1定义,国际电工委员会(IEC) 在1987年2月对PLC做如下的定义： “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输

3、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部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。,3.1.1定义,总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制,3.1.2PLC 的产生,1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可*性高，通用灵活，体积小，使用寿

4、命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用,3.1.3PLC的发展阶段,1.早期的PLC（60年代末70年代中期） 2.中期的PLC（70年代中期80年代中，后期） 3.近期的PLC（80年代中、后期至今,返回本节,3.1.3 PLC的发展阶段,早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继

5、电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言梯形图一直沿用至今,3.1.3 PLC的发展阶段,在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美

6、国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)。这样，使PLC的功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC的应用范围得以扩大,3.1.3 PLC的发展阶段,进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且

7、，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化,3.1.4特点和应用,1. 主要特点 2. 主要功能 3.应用,返回本节,3.1.4主要特点,1.高可靠性 2.丰富的I/O接口模块 3.采用模块化结构 4.编程简单易学 5.安装简单，维修方便 6.体积小，重量轻，能耗低,返回本节,3.1.4主要功能,1.条件控制功能 2.定时 3.步进控制功能 4.数据处理功能 5. A/D 与 D/A 转换功能 6.运动控制功能 7.过程控制功能 8.其他功能,返回本节,3.1.4应用领域,1. 开关量逻辑控制 2.运动控制 3.过程控

8、制 4.数据处理 5.通信联网,3.1.5 PLC的分类,1按结构形式分类 （1）整体式PLC （2）模块式PLC 2.按功能分类 （1）低档PLC （2）中档PLC （3）高档PLC 3.按I/O点数分类,3.2PLC的基本组成,2.2.1PLC的硬件组成 2.2.2PLC的软件组成,返回本章首页,3.2.1PLC的硬件组成,PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。图2.1为一典型PLC结构简图,图2.1结构简图,1. 中央处理单元,中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。 C

9、PU的主要功能： 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,2. 存储器,1）只读存储器 2）随机存储器RAM,3. 输入输出单元,1）输入接口电路 （2）输出接口电路,通常PLC的输入类型可以是直流、交流和交直流。输入电路的电源可由外部供给，有的也可由PLC内部提供。图2.2和图2.3分别为一种型号PLC的直流和交流输入接口电路的电路图，采用的是外接电源。 图2.2描述了一个输入点的接口电路。其输入电路的一次电路与二次电路用光耦合器相连，当行程开关闭合时，输入电路和一次电路接通，上面的发光管用于对外显示，同时光耦合器中的发光管使三极管导通，信号进入内部电路，此输入点

10、对应的位由0变为1。即输入映像寄存器的对应位由0变为1,图2.2 直流输入电路图,图2.3交流输入电路图,返回本节,3.2.2PLC的软件组成,PLC的软件包括: 系统程序 用户程序,系统程序,系统程序由PLC制造厂商设计编写的，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等,用户程序,PLC的用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序。在PLC的应用中，最重要的是用PLC的编程语言来编写用户程序，以实现控制目的。由于PLC是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是广大电气技术人员，为了满足他

11、们的传统习惯和掌握能力，PLC的主要编程语言采用比计算机语言相对简单、易懂、形象的专用语言,3.3 PLC控制系统与电器控制系统的比较,1.控制方法 2.工作方式 3.控制速度 4.定时和计数控制 5.可靠性和可维护性,3.4 PLC的工作原理,1. 循环扫描 PLC采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括五个阶段：内部处理、与编程器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理，其工作过程如图2.4所示。 图2.4中当PLC方式开关置于RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开关置于STOP（停止）时，不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联机或离线编程,图2.4 工作原理图,可编

12、程序控制器的输入处理、执行用户程序和输出处理过程的原理如图2.5所示。 PLC执行的五个阶段，称为一个扫描周期，PLC完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行,图2.5程序执行原理图,2. 与计算机的异同,相同点： （1）基本结构相同 （2）程序执行原理相同 不同点： 两者的不同点主要体现在工作方式上,3. 与继电接触器的异同,相同点： 图形结构和逻辑关系相同。 不同点： （1）实现原理不同 （2）工作方式不同,返回本节,3.5 PLC的性能指标与发展趋势,3.5.1 PLC的性能指标 3.5.2 PLC的发展趋势,3.5.1技术性能指标,1. 外形尺寸 2. 输入输出点数 3. 机器字长 4. 速度 5. 指令系统 6. 存储器容量 7. 扩展性 8. 通信功能,返回本章首页,3.5.2 PLC