(完整版)PLC概述m

1、2008.1 1本章内容本章内容 plc的产生和定义的产生和定义plc的发展和应用的发展和应用plc的特点的特点plc与其他控制系统的区别与其他控制系统的区别plc的分类的分类plc的系统组成的系统组成plc的工作原理的工作原理plc的编程语言的编程语言 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 23.1 plc的产生和定义的产生和定义 plc的产生的产生n背景情况背景情况l传统控制系统的缺点；传统控制系统的缺点；l当时小型计算机的不足；当时小型计算机的不足；l工业生产过程激烈竞争的要求。工业生产过程激烈竞争的要求。ngm公司的招标公司的招标l1968年，年，gm10条：条：编程方便，

2、可现场修改程序；编程方便，可现场修改程序；维修方便，采用插件式结构；维修方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制装置；可靠性高于继电器控制装置；体积小于继电器控制盘；体积小于继电器控制盘；数据可直接送入管理计算机；数据可直接送入管理计算机；成本可与继电器控制盘竞争；成本可与继电器控制盘竞争；输入可以是交流输入可以是交流115v；输出为交流输出为交流115v，容量要求在，容量要求在2 a以上，可直接驱动接触器、电磁阀等；以上，可直接驱动接触器、电磁阀等；扩展时原系统改变最小；扩展时原系统改变最小；用户存储器至少能扩展到用户存储器至少能扩展到4 kb。 可编程序控制可编程序控制器概述器概述200

3、8.1 33.1 plc的产生和定义的产生和定义 plc的产生的产生n1969年年dec公司生产出第一台公司生产出第一台plc。n名字名字l programmable logic controllerplc l programmable controllerpc 原因：计算机的发展，增加了许多功能原因：计算机的发展，增加了许多功能 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 43.1 plc的产生和定义的产生和定义 plc的定义的定义n可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内业环

4、境而设计。它采用了可编程序的存储器，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，控制各种类型机械的生产过程。制各种类型机械的生产过程。 及其有关外围设备，都应及其有关外围设备，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。设计。 l是什么？是什么？l功能功能l设计原则设计原则 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 53.2 plc的发展的发展 plc的发展概

5、述的发展概述nmodicon的的084、日本的、日本的ds-80（71年）、欧洲（年）、欧洲（73年）；年）；n总体发展情况（功能方面）。总体发展情况（功能方面）。plc发展的五个阶段发展的五个阶段n初级阶段初级阶段 从第一台从第一台plc问世到问世到20世纪世纪70年代中期。（简单功能、梯年代中期。（简单功能、梯形图编程）形图编程）n崛起阶段崛起阶段 从从20世纪世纪70年代中期到年代中期到80年代初期。（功能增强、推广应年代初期。（功能增强、推广应用）用）n成熟阶段成熟阶段 从从20世纪世纪80年代初期到年代初期到90年代初期。（大规模应用、通信年代初期。（大规模应用、通信联网）联网）n飞

6、速发展阶段飞速发展阶段 从从20世纪世纪90年代初期到年代初期到90年代末期。（过程控制、复年代末期。（过程控制、复杂控制系统）杂控制系统）n开放性、标准化阶段开放性、标准化阶段 从从20世纪世纪90年代中期以后。（年代中期以后。（iec61131） 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 63.2 plc的发展的发展 plc的发展趋势的发展趋势n向小型化、专用化、低成本方向发展向小型化、专用化、低成本方向发展n向大容量、高速度、信息化方向发展向大容量、高速度、信息化方向发展n智能化模块的发展；智能化模块的发展；n人机界面（接口）的发展人机界面（接口）的发展l编程工具的发展编程工具的

7、发展 l功能强大、价格低廉的功能强大、价格低廉的hmi l基于基于pc的组态软件的组态软件 n在过程控制领域的使用以及在过程控制领域的使用以及plc的冗余特性的冗余特性n开放性和标准化开放性和标准化n通信联网功能的增强和易用化通信联网功能的增强和易用化n软软plc的概念的概念npac的概念的概念nplc在现场总线控制系统中的位置在现场总线控制系统中的位置 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 73.3 plc的应用领域的应用领域 plc为什么能得到广泛使用为什么能得到广泛使用n价格越来越低价格越来越低n功能越来越强功能越来越强 n与时俱进地发展与时俱进地发展 plc的应用领域的应用

8、领域n中小型单机电气控制系统中小型单机电气控制系统 n制造业自动化制造业自动化n运动控制运动控制n流程工业自动化流程工业自动化 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 83.4 plc的特点的特点 plc的特点如下：的特点如下：l抗干扰能力强，可靠性高抗干扰能力强，可靠性高 l控制系统结构简单，通用性强控制系统结构简单，通用性强l编程方便，易于使用编程方便，易于使用 l功能强大，成本低功能强大，成本低 l设计、施工、调试的周期短设计、施工、调试的周期短 l维护方便维护方便 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 93.5 plc与其他控制系统的区别与其他控制系统的区别 与继

9、电器控制系统的区别与继电器控制系统的区别n控制逻辑：软硬控制逻辑：软硬n工作方式：并行串行工作方式：并行串行n可靠性和可维护性可靠性和可维护性n控制速度控制速度n定时控制定时控制n设计和施工设计和施工与与ipc控制系统的区别控制系统的区别与单片机控制系统的区别与单片机控制系统的区别n本质区别本质区别n使用场合使用场合n使用过程使用过程n使用成本使用成本n学习的难易程度学习的难易程度 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 103.5 plc与其他控制系统的区别与其他控制系统的区别 与与dcs、fcs的区别的区别ndcs的特点的特点nplc的特点的特点nfcs的特点的特点n三者之间的融

10、合三者之间的融合 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 113.6 plc的分类的分类 按按i/o容量分容量分n小型机小型机n中型机中型机n大型机大型机 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 12plcplc的分类 n 按按i/oi/o点数、功能和存储器功能不同，点数、功能和存储器功能不同，plcplc可分为小型、中型和大型可分为小型、中型和大型3 3类。类。（1 1）小型）小型plcplc 小型小型plcplc又称为低档又称为低档plcplc。这类。这类plcplc的规模较小，的规模较小，它的输入它的输入/ /输出点数一般在输出点数一般在2020128128点。其中点

11、。其中i/oi/o点数点数小于小于6464点的点的plcplc又称超小型又称超小型plcplc。用户存储器容量小于用户存储器容量小于2 kb2 kb，具有逻辑运算、定时、计，具有逻辑运算、定时、计数、移位、自诊断、监控等基本功能，有些还有少量数、移位、自诊断、监控等基本功能，有些还有少量的模拟量的模拟量i/oi/o、算术运算、数据传送、远程、算术运算、数据传送、远程i/oi/o、通信、通信等功能，通常用来等功能，通常用来代替继电器代替继电器接触器控制接触器控制，在单机，在单机或小规模生产过程中使用。或小规模生产过程中使用。2008.1 13 plcplc的分类的分类 （2 2）中型）中型plc

12、plc中型中型plcplc的的i/oi/o点数通常在点数通常在128128512512点之间，用户程序点之间，用户程序存储器的容量为存储器的容量为2 kb2 kb8 kb8 kb。除具有小型机的功能外，。除具有小型机的功能外，还具有较强的模拟量还具有较强的模拟量i/oi/o、数字计算、过程参数调节、数字计算、过程参数调节、数据传送与比较、数制转换、中断控制、远程数据传送与比较、数制转换、中断控制、远程i/oi/o及通及通信连网功能。信连网功能。2008.1 14 plcplc的分类的分类（3 3）大型）大型plcplc 大型大型plcplc又称高档又称高档plcplc，i/oi/o点数在点数在

13、512512点以上，其中点以上，其中i/oi/o点数大于点数大于81928192点的又称为超大型点的又称为超大型plcplc，用户程序存储，用户程序存储器容量在器容量在8 kb8 kb以上，除具有中型机的功能外，还具有较以上，除具有中型机的功能外，还具有较强的数据处理、模拟调节、特殊功能函数运算、监视、强的数据处理、模拟调节、特殊功能函数运算、监视、记录、打印等功能以及强大的通信连网、中断控制、智记录、打印等功能以及强大的通信连网、中断控制、智能控制、远程控制等功能。能控制、远程控制等功能。 s7 s7系列系列plcplc分为分为s7-400s7-400、s7-300s7-300和和s7-20

14、0s7-200等大、中、小（微）三等大、中、小（微）三个子系列。个子系列。 本章以本章以s7-200s7-200系列系列plcplc为例，叙述小型为例，叙述小型plcplc系统的构成，编程用系统的构成，编程用的元器件，寻址方式，的元器件，寻址方式，i/oi/o扩展，编程语言等扩展，编程语言等plcplc应用的基础知识。应用的基础知识。 2008.1 15plcplc的分类的分类按结构分类：1.整体式：是把plc各组成部分安装在一起或少数几块印刷电路板上，并连同电源一起装在机壳内形成一个单一的整体，称之为主机或基本单元，一般小型、超小型plc采用这种结构。2.模块式：是把plc各基本组成做成独立

15、模块。中型、大型plc采用这种方式，便于维修。2008.1 163.7 plc的系统组成的系统组成 ncpucpun存储器存储器ni/oi/o单元单元n电源电源n通信接口通信接口n扩展接口扩展接口n编程设备编程设备n其他部件其他部件 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 173.7 plc3.7 plc的系统组成的系统组成2008.1 18横：输入状态和输入信息从输入接口进来，cpu 将之存入工作数据存储器中或输入映像寄 存器。然后由cpu把数据和程序有机地结合 在一起。把结果存入输出映像寄存器或工 作数据存储器中，然后输出到输出接口、 ，来控制外部驱动器。组成：cpu由控制器、运

16、算器和寄存器组成。这 些电路集成在一个芯片上。cpu通过地址 总线、数据总线和控制总线与i/o接口电 路相连接。3.7 plc3.7 plc的系统组成的系统组成2008.1 192.2.存储器存储器u 具有记忆功能的半导体电路。u 分为系统程序存储器和用户存储器。 系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序、监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、rom组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。 用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（ram）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为35年。3.7 plc3.7

17、 plc的系统组成的系统组成2008.1 203.3.输入输入/ /输出接口输出接口（1 1）输入接口）输入接口光电耦合器由两个发光二极管和一个光电三极管组成。 发光二极管：在输入端输入变化的电信号，则会输出与之变化规律相同的光信号。 光电三极管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。3.7 plc3.7 plc的系统组成的系统组成2008.1 21+24 v输入端子com内部电路ledplc内部内部电路直流24 v输入电路 3.7 plc3.7 plc的系统组成的系统组成2008.1 22（2）输出接口 plc的继电器输出接口电路三种类型：继电器输出：有触电、寿命短、交直流负载晶

18、体管输出：无触点、寿命长、直流负载晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载3.7 plc3.7 plc的系统组成的系统组成2008.1 23 图5-3 plc的输出接口电路(a) 继电器输出型； (b) 晶体管输出型； (c) 晶闸管输出型 (a)(b)(c)plc内 部complc内 部负载complc内 部负载com负 载3.7 plc3.7 plc的系统组成的系统组成2008.1 244 4电源电源 plcplc一般使用一般使用ac 220 vac 220 v电源或电源或dc 24 vdc 24 v电源。电源。内部的开关电源为各模块提供不同电压等级的直内部的开关电源为各模块提供不同电压等级的

19、直流电源。小型流电源。小型plcplc可以为输入电路和外部的电子可以为输入电路和外部的电子传感器提供传感器提供dc 24 vdc 24 v电源，驱动电源，驱动plcplc负载的直流电负载的直流电源一般由用户提供。源一般由用户提供。3.7 plc3.7 plc的系统组成的系统组成2008.1 255.5.编程器编程器 编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。另一种是通过plc的rs232口，与计算机相连，然后敲击键盘，通过nstp-gr软件（或winword下软件）向plc内部输入程序。3.7 plc3.7 plc的系统组成的系统组成2008.1 266. 6. plcplc的扩展单元的扩展单元

20、 每个系列的每个系列的plcplc产品都有一系列与基本单元相匹配的产品都有一系列与基本单元相匹配的扩展单元，扩展单元， 以便根据所控制对象的控制规模大小来灵活以便根据所控制对象的控制规模大小来灵活组成电气控制系统。组成电气控制系统。 扩展单元内部不配备扩展单元内部不配备cpucpu和存储器，和存储器， 仅扩展输入仅扩展输入/ /输出电路，输出电路， 各扩展单元的输入信息经扩展各扩展单元的输入信息经扩展连接电缆进入主机总线，连接电缆进入主机总线， 由主机的由主机的cpucpu统一处理，统一处理， 执行执行程序后，程序后， 需要输出的信息也由扩展连接电缆送至各扩展需要输出的信息也由扩展连接电缆送至

21、各扩展单元的输出电路。单元的输出电路。 plcplc处理模拟量输入处理模拟量输入/ /输出信号时，输出信号时， 要使用模拟量扩展单元，要使用模拟量扩展单元， 这时的输入接口电路为这时的输入接口电路为a/da/d转转换电路，换电路， 输出接口电路为输出接口电路为d/ad/a转换电路。转换电路。 3.7 plc3.7 plc的系统组成的系统组成2008.1 273.8 plc3.8 plc的工作原理的工作原理 plcplc的运行方式的运行方式n理解理解plcplc的运行过程（和继电器系统比较）的运行过程（和继电器系统比较） 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 283.8 plc3.8

22、 plc的工作原理的工作原理 plcplc的运行方式的运行方式n形象理解典型例子形象理解典型例子 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 293.8 plc的工作原理的工作原理 plcplc的运行方式的运行方式nplcplc的工作方式的工作方式lplcplc的工作按集中输入、集中的工作按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。式进行工作的。l工作过程工作过程 上电处理上电处理扫描过程扫描过程出错处理出错处理 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 303.8 plc的工作原理的工作原理 plcplc的运行方式的运行方式n形象理解形象理解p

23、lcplc的工作方式的工作方式 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 313.8 plc的工作原理的工作原理 plcplc扫描过程的中心内容扫描过程的中心内容l输入采样阶段输入采样阶段一般情况下，一般情况下，plcplc对输入信号的要求对输入信号的要求l程序执行阶段程序执行阶段l输出刷新阶段输出刷新阶段 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 323.8 plc的工作原理的工作原理 plcplc对输入对输入/ /输出的处理原则输出的处理原则l输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入点在上一刷输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入点在上一刷新期间的接通和断开状态。

24、新期间的接通和断开状态。l程序执行结果取决于用户所编程序和输入程序执行结果取决于用户所编程序和输入/ /输出映像寄存器的输出映像寄存器的内容及其他各元件映像寄存器的内容。内容及其他各元件映像寄存器的内容。l输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。l输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出映像寄存器输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出映像寄存器中的数据决定。中的数据决定。l输出端子的接通和断开状态，由输出锁存器决定。输出端子的接通和断开状态，由输出锁存器决定。 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 333.9 plc的编

25、程语言的编程语言plcplc的编程语言概述的编程语言概述niec61131-3iec61131-3n五种编程语言五种编程语言l梯形图（梯形图（ladder diagramladder diagram，ldld）、）、l功能块图（功能块图（function block diagramfunction block diagram，fbdfbd）l顺序功能图（顺序功能图（sequential function chartsequential function chart，sfcsfc）l结构化文本（结构化文本（structured textstructured text，stst）l指令表（指令表（

26、instruction listinstruction list，ilil） 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 343.9 plc的编程语言的编程语言梯形图：最常用、最直观的编程语言。梯形图：最常用、最直观的编程语言。l 定义及内容定义及内容 梯形图是使用最多的梯形图是使用最多的plcplc图形编程语言。图形编程语言。梯形图与继电器梯形图与继电器接触器控制系统的电路图相似，接触器控制系统的电路图相似，具有直观易懂的优点。具有直观易懂的优点。l 梯形图由触点、线圈和用方框表示的功能块梯形图由触点、线圈和用方框表示的功能块组成。触点代表逻辑输入条件，如外部的开组成。触点代表逻辑输入条件，如外部的开关、按钮、内部条件等。线圈通常代表逻辑关、按钮、内部条件等。线圈通常代表逻辑输出结果，用来控制外部的指示灯、接触器、输出结果，用来控制外部的指示灯、接触器、内部的输出条件等。功能块用来表示定时器、内部的输出条件等。功能块用来表示定时器、计数器或数学运算等指令。计数器或数学运算等指令。 可编程序控制可编程序控制器概述器概述2008.1 35 l 能流的概念能流的概念 图中的的触点接通时，有一个假想的图中的的触点接通时，有一个假想的“能流能流”流向线圈流向线圈m m。利用能流这一概念，可以帮助我们更好的理解和分析梯形图，利用能流这一概念，可以帮助我