PLC松下系列主编郭纯生第1章

1、第第1章章 概述概述防灾仪器系防灾仪器系可编程序控制器48学时(32+16)第第1章章 概述概述防灾仪器系防灾仪器系1.1 plc的历史和特点1.2 plc的基本结构和工作原理1.3 plc的性能指标1.4 plc的分类应用和发展第第1章章 概述概述防灾仪器系防灾仪器系1.1 plc 的历史和特点1.历史历史世界上第一台世界上第一台plc是是1969年美国数字设备公司年美国数字设备公司dec生产生产 。产生的原因产生的原因： 继电器控制系统的诸多缺点。继电器控制系统的诸多缺点。美国通用汽车公司（美国通用汽车公司（gm10gm10条）：条）：1 1编程简单，可在现场修改和调试程序。编程简单，可在

2、现场修改和调试程序。2 2维护方便，各部件最好采用插件方式。维护方便，各部件最好采用插件方式。3 3可靠性高于继电器控制系统。可靠性高于继电器控制系统。4 4设备体积要小于继电器控制柜。设备体积要小于继电器控制柜。5 5数据可以直接送入管理计算机。数据可以直接送入管理计算机。6 6成本可与继电器控制系统相竞争。成本可与继电器控制系统相竞争。7 7输入量是输入量是115v115v交流电压。交流电压。8 8输出量为输出量为115v115v交流电压，输出电流交流电压，输出电流2a2a以上，能直接驱动电磁阀。以上，能直接驱动电磁阀。9 9系统扩展时，原系统只需作很小的变动。系统扩展时，原系统只需作很小

3、的变动。1010用户程序存贮器容量能扩展到用户程序存贮器容量能扩展到4k4k字节。字节。第第1章章 概述概述防灾仪器系防灾仪器系第一代：从第一台可编程控制器诞生到第一代：从第一台可编程控制器诞生到7070年代初期。其特点是年代初期。其特点是cpucpu由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯式存储器。由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯式存储器。第二代：第二代：7070年代初期到年代初期到7070年代末期。其特点是年代末期。其特点是cpucpu采用微处理器，采用微处理器，存储器采用存储器采用epromeprom。第三代：第三代：7070年代末到年代末到8080年代中期。其特点是年代中期。其特点是c

4、pucpu采用采用8 8位或位或1616位微处位微处理器，也有部分采用多处理器结构，存储器采用理器，也有部分采用多处理器结构，存储器采用epromeprom、earomearom、comsromcomsrom。第四代：第四代：8080年代中期到年代中期到9090年代中期。年代中期。pcpc全部采用全部采用8 8位、位、1616位微处理位微处理芯片的位片式芯片。处理速度也达到芯片的位片式芯片。处理速度也达到1 1微妙微妙/ /步。步。第五代：第五代：9090年代中期至今。年代中期至今。pcpc使用使用1616位和位和3232位的微处理芯片，有的位的微处理芯片，有的已采用已采用riscrisc芯片

5、。芯片。1.1 plc 的历史和特点1.历史历史第第1章章 概述概述防灾仪器系防灾仪器系2.plc的定义1.1 plc 的历史和特点plc（可编程序逻辑控制器）的英文缩写英文缩写（programmable logic controller） plc的定义定义 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子可编程序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的。它采用系统，专为在工业环境下应用而设计的。它采用可编程的存储器，在其内部存贮执行逻辑运算、可编程的存储器，在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式

6、和模拟式的输入和输出，控制各种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。可编程序控制器及其有类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。体，易于扩展其功能的原则设计。 第第1章章 概述概述防灾仪器系防灾仪器系3.plc的特点1.1 plc 的历史和特点编程简单、维护方便：编程简单、维护方便：plcplc采用面向用户的梯形图编程语言，梯采用面向用户的梯形图编程语言，梯形图符号与定义和常见的继电器控制系统中的继电器图符号完全相类形图符号与定义和常见的继电器控制系统中

7、的继电器图符号完全相类似，电气工程技术人员很容易掌握，用起来得心应手。由于似，电气工程技术人员很容易掌握，用起来得心应手。由于plcplc采用软采用软件编程来完成控制任务，所以随着要求的变量对程序的维护也显得十件编程来完成控制任务，所以随着要求的变量对程序的维护也显得十分方便。分方便。接线简单、成本降低：接线简单、成本降低：plcplc实现了硬件软件化，实现了硬件软件化，plcplc无需增无需增加硬件设备，大大减少了复杂的接线，从而降低了控制成本，使加硬件设备，大大减少了复杂的接线，从而降低了控制成本，使产品具有很强的竞争力。产品具有很强的竞争力。可靠性高、抗干扰能力强：可靠性高、抗干扰能力强

8、：可靠性高，抗干扰能力强，可靠性高，抗干扰能力强，mbtf(mbtf(平均无故障时间平均无故障时间) )约为约为5 5万小时，特别适合在恶劣的工业环万小时，特别适合在恶劣的工业环境下运行境下运行。第第1章章 概述概述防灾仪器系防灾仪器系1.1 plc 的历史和特点3.plc的特点模块化组合，灵活方便：模块化组合，灵活方便：plcplc多采用模块化组合，用户可以针多采用模块化组合，用户可以针对不同的控制对象灵活组合和扩展，以满足不同的工业控制需要。对不同的控制对象灵活组合和扩展，以满足不同的工业控制需要。维修便利、施工周期缩短：维修便利、施工周期缩短：plcplc具有完善的监控诊断功能，具有完善

9、的监控诊断功能，内部工作状态、通信状态、内部工作状态、通信状态、i/oi/o点的状态及异常状态均有醒目的显点的状态及异常状态均有醒目的显示，维修人员可以及时准确地发现和排除故障，大大缩短了维修时示，维修人员可以及时准确地发现和排除故障，大大缩短了维修时间。间。通信功能强，高度网络化：通信功能强，高度网络化：采用多种通信接口、采用多种通信接口、c-netc-net网络，能轻松实现网络，能轻松实现plcplc之间以及之间以及plcplc与管理计算机之间的通信，与管理计算机之间的通信，形成多层分布控制系统，或整个工厂的自动化网络，使通信更形成多层分布控制系统，或整个工厂的自动化网络，使通信更方便快捷

10、。方便快捷。第第1章章 概述概述防灾仪器系防灾仪器系1.2 plc的基本结构和工作原理 plc plc采用了典型的计算机结构，主要是由采用了典型的计算机结构，主要是由cpucpu、ramram、romrom和输入输出接口电路等组成和输入输出接口电路等组成。输入接口中央处理单元存储器输入输出数据存储输出接口照明电磁装置电动机其他执行装置或接触器开关量传感器 继电器触点 行程开关 模拟量输入编程单元地址总线控制总线数据总线电源单元地址总线 控制总线第第1章章 概述概述防灾仪器系防灾仪器系i i/ /o o扩扩展展单单元元i i/ /o o扩扩展展接接口口 中中央央处处理理单单元元 ( (c cp

11、pu u) )输输入入接接口口输输出出接接口口限限位位开开关关手手动动开开关关编编码码器器数数字字开开关关电电源源外外部部设设备备接接口口存存储储器器系系统统程程序序用用户户程程序序数数据据编编程程器器上上位位计计算算机机图图形形监监控控系系统统打打印印机机e ep pr ro om m写写入入器器盒盒式式磁磁带带机机条条码码判判读读机机电电源源电电磁磁阀阀继继电电器器指指示示灯灯蜂蜂鸣鸣器器第第1章章 概述概述防灾仪器系防灾仪器系1.中央处理器cpu1.2.1 plc 的基本结构u 核心部件，大规模或超大规模集成电路微处理器所构成，一般采核心部件，大规模或超大规模集成电路微处理器所构成，一般

12、采用用mcs51/96mcs51/96系列芯片系列芯片。u 通过地址总线、数据总线和控制总线与存储单元、输入输出通过地址总线、数据总线和控制总线与存储单元、输入输出（i/oi/o）接口电路相连接，发挥其大脑指挥的作用。）接口电路相连接，发挥其大脑指挥的作用。u cpucpu的主要功能的主要功能1 1）. .读入现场状态。读入现场状态。2 2）. .控制存贮和解读用户逻辑。控制存贮和解读用户逻辑。3 3）. .执行各种运算程序。执行各种运算程序。4 4）. .输出运算结果。输出运算结果。5 5）. .执行系统诊断程序。执行系统诊断程序。6 6）. .与外部设备或计算机通信等。与外部设备或计算机通

13、信等。 第第1章章 概述概述防灾仪器系防灾仪器系1.2.1 plc 的基本结构2.存储器rom/ram 存储器具有存储记忆功能，主要用于存储系统程序、应用存储器具有存储记忆功能，主要用于存储系统程序、应用程序、逻辑变量和其它一些信息，它一般有程序、逻辑变量和其它一些信息，它一般有romrom和和ramram两种类两种类型。型。plc程序分类提供对象存储地方系统程序厂家提供固化到rom中，只能读应用（用户）程序用户编写写入到ram中，可修改表表1-2-1 rom和和ram作用比较作用比较第第1章章 概述概述防灾仪器系防灾仪器系1.2.1 plc 的基本结构3.输入/输出接口电路 输入输出接口电路

14、输入输出接口电路是plc与控制设备联系的交通要道，用户设备需输入plc的各种控制信号，如操作按钮、限位开关、选择开关、传感器输出的模拟量或开关量等，通过输入接口输入接口电路电路将这些信号转换成plc的cpu能够接收和处理的信号。输出接口电路输出接口电路将plc中的cpu送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、电动机等被控设备的执行元件。光电耦合电路微电脑的输入电路继电器输出型：有触点输出晶闸管输出型：无触点输出晶体管输出型：无触点输出第第1章章 概述概述防灾仪器系防灾仪器系1.2.1 plc 的基本结构4.电源部分 电源是plc的能源供给中心，电源的好坏直接影响p

15、lc的功能和可靠性，电源部件通常将交流电转换成供plc需要的直流电。 目前大部分目前大部分plc采用开关式稳压电源供电，采用开关式稳压电源供电，plc的供电可分为220v或110v交流电，部分机型也提供24直流电源。第第1章章 概述概述防灾仪器系防灾仪器系1.2.2 plc 的工作原理1.工作原理 1 1）plcplc控制系统与微机控制系统的区别控制系统与微机控制系统的区别 plc plc的工作原理与微机不同，微机一般采用等待命令的的工作原理与微机不同，微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或工作方式，如常见的键盘扫描方式或i/oi/o扫描方式，当有键扫描方式，当有键按下或有按下

16、或有i/oi/o变化，则转去执行相应的子程序，若无则继续变化，则转去执行相应的子程序，若无则继续扫描等待。而扫描等待。而plcplc则是采用则是采用“循环扫描循环扫描”的工作方式，从第的工作方式，从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期。 （见图（见图1-2-41-2-4所示）所示）步序 指令1 st x02 or y03 an/ x14 ot y05 ed第第1章章 概述概述防灾仪器系防灾仪器系1

17、.2.2 plc 的工作原理1.工作原理2）扫描周期）扫描周期一个循环扫描周期可分为五个阶段。 自 诊 断 阶 段通信请求阶段输入采样阶段程序执行阶段输出刷新阶段图图1-2-5 plc1-2-5 plc扫描工作过程扫描工作过程扫描周期扫描周期t是是plc的重要指标之一，如用户程序事先写入，一般通信的重要指标之一，如用户程序事先写入，一般通信请求阶段可忽略，则一个扫描周期通常为：请求阶段可忽略，则一个扫描周期通常为：t=读入一点时间读入一点时间输入点数输入点数+运算速度运算速度程序步数程序步数+输输出一点时间出一点时间输出点数输出点数+故障诊断时间故障诊断时间第第1章章 概述概述防灾仪器系防灾仪

18、器系1.3 plc的性能指标1. 1. 输入输出点数（输入输出点数（i/oi/o点数）点数） 内存容量内存容量 扫描速度扫描速度 plcplc的扫描速度一般以执行的扫描速度一般以执行10001000步指令所需的时间来衡量，单位为步指令所需的时间来衡量，单位为ms/ms/千步，如以执行一步指令的时间计，则为千步，如以执行一步指令的时间计，则为 ,扫描速度越扫描速度越快，扫描周期越短。快，扫描周期越短。步/s在在plcplc中，程序指令是按中，程序指令是按“步步”而论，一而论，一“步步”占一个地址单元，占一个地址单元，一个地址单元占用两个字节，一个一个地址单元占用两个字节，一个10001000步的

19、程序，其内存为步的程序，其内存为2k2k字节。字节。 指令条数指令条数 第第1章章 概述概述防灾仪器系防灾仪器系 内部寄存器内部寄存器1.3 plc的性能指标plcplc中有许多中有许多“通用寄存器通用寄存器”、“专用寄存器专用寄存器”、“索引寄存器索引寄存器”、“辅助寄存器辅助寄存器”等内部寄存器，用以存放变量状态、中间结果、等内部寄存器，用以存放变量状态、中间结果、定时计数、索引等数据，它可给用户提供许多特殊功能，并简化定时计数、索引等数据，它可给用户提供许多特殊功能，并简化整个系统的程序设计，因此，内部寄存器多少也是衡量整个系统的程序设计，因此，内部寄存器多少也是衡量plcplc的指标。

20、的指标。 高功能模块高功能模块 除主控模块外，除主控模块外，plcplc还可以配接各种高级模块，如还可以配接各种高级模块，如a/da/d和和d/ad/a转换模块、转换模块、高速计数模块、位置控制模块、高速计数模块、位置控制模块、pidpid控制模块、远程通信模块等。控制模块、远程通信模块等。第第1章章 概述概述防灾仪器系防灾仪器系1.4 plc的分类、应用和发展1.4.1 plc1.4.1 plc的分类的分类1.1.以输入输出点数（以输入输出点数（i/oi/o点数）的多少进行分类点数）的多少进行分类 2.2.按结构形式分为整体式、模块式、板式按结构形式分为整体式、模块式、板式 3.3.按功能分为低档机、中档机、高档机按功能分为低档机、中档机、高档机 第第1章章 概述概述防灾仪