第5章可编程控制器基础知识

1、第第5章章 可编程控制器基础知识可编程控制器基础知识v5.1概述概述v5.2 可编程序控制器的基本组成可编程序控制器的基本组成v5.3 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理v5.4 可编程序控制器的性能指标可编程序控制器的性能指标v5.5 可编程序控制器的分类可编程序控制器的分类5.1概述概述v 可编程序控制器综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列的优点,在机械、冶金、能源、化工、石油、交通、电力等领域中得到了越来越广泛的应用, PLC技术已经成为工业自动化控制三大技术(PLC技术、机器

2、人、计算机辅助设计与分析)支柱之一。v 1.可编程序控制器的定义可编程序控制器的定义v 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，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，控制各种类型的机械设备或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，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进行设计。 v (1)可靠性高,抗干扰能力强 v (2) 通用性强,使用方便v (3) 程序设计简单,容易理解和掌握v (4) 系统设计周期短 v (5) 体积小,重量轻v (6) 适应性强 2.

3、可编程序控制器的特点可编程序控制器的特点 v3.可编程序控制器的发展方向可编程序控制器的发展方向v 目前PLC发展方向主要有两个:v 一是朝着小型化、简易、廉价化、方向发展。单片机技术的发展,促进了PLC向紧凑型发展,体积减小,价格降低,可靠性不断提高。v 二是朝着大型、高速、标准化、系列化、智能化、高速化、大容量化、网络化方向发展,这将使PLC功能更强,可靠性更高,使用更方便,适用面更多功能方向发展。大型的PLC一般为多微处理器系统,有较大的存储能力和功能强劲的输入/输出接口。 5.2 可编程序控制器的基本组成可编程序控制器的基本组成v 5.2.1可编程序控制器的硬件组成可编程序控制器的硬件

4、组成v PLC的基本组成包括硬件与软件两部分：v PLC的硬件组成包括中央处理器（CPU）、存储器(RAM、ROM)、输入/输出(I/O)接口、编程设备、通信接口、电源和其他一些电路组成。PLC的硬件结构框图如图5-1所示。1.中央处理单元中央处理单元v中央处理单元(CPU)是PLC的核心部件, 整个PLC的工作过程都是在中央处理器的统一指挥和协调下进行的,它的主要任务是在系统程序的控制下,完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分工作等，然后根据用户所编制的应用程序的要求去处理有关数据,最后再向被控对象送出相应的控制(驱动)信号。图5-1 PLC的硬件基本结构图v 存储器是PLC用来存放系统

5、程序、用户程序、逻辑变量及运算数据的单元。存储器的类型有可读/写操作的随机存储器RAM和只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。在PLC中，PLC的软件系统由系统程序和用户程序组成。 2.存储器存储器 v 输入/输出(I/O)是PLC和工业控制现场各类信号连接的部件。PLC通过输入接口把工业现场的状态信息读入,输入部件接收是从开关、按钮、继电器触点和传感器等输入的现场控制信号,通过用户程序的运算与操作,对输入信号进行滤波、隔离、电平转换等,把输入信号的逻辑值准确、可靠地传入PLC内部。并将这些信号转换成中央处理器能接收和处理的数字信号，把结果通过输出接口输出给执行机构。v PLC

6、通过输出接口，接收经过中央处理器处理过的输出的数字信号,并把它转换成被控制设备或显示装置所能接收的电压或电流信号,从而驱动接触器、电磁阀和指示器件等。vPLC的等效电路图图5-2所示。 3.输入输入/输出接口输出接口 52 PLC的等效电路 v 电源部件是把交流电转换成直流电源的装置,它向PLC提供所需要的高质量直流电源。可编程控制器电源包括各工作单元供电的开关稳压电源和掉电保护电源（一般为电池）。v PLC电源与普通电源相比稳定性好、抗干扰能力强。许多PLC还向外提供DC 24V稳压电源，用于对外部传感器供电。 4.电源模块电源模块 v 编程器是PLC必不可少的重要外围设备。它的主要作用是进

7、行编辑、输入用户程序、检查、调试、修改，用来监视PLC的工作状态。也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可缺少的设备。5.编程器编程器v 其它接口包括外存储器接口、BEPPROM写入器接口、A/D转换接口、D/A转换接口、远程通信接口、与计算机相连的接口、打印机接口、与CRT相连的接口等。 6.其它接口其它接口v5.2.25.2.2可编程序控制器的软件组成可编程序控制器的软件组成v 1.系统程序vPLC的系统程序有三种类型。v 1）是完成系统命令解释、功能子程序调用、管理、监控、逻辑运算、通信、各种参数设定、诊断等功能。 v 2）由PLC的制造厂家

8、编写的，在PLC使用过程中不会变动，它和PLC的硬件组成有关，它关系到PLC的性能。v 3）由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改。v 2.用户程序用户程序v 用户存储器是指使用者根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的控制程序，是PLC应用于工业控制的一个重要环节。主要用于存放用户按控制要求所编制的程序，可通过编程器进行必要的修改。PLC的编程语言多种多样，不同的PLC厂家，不同系列PLC采用的编程语言不尽相同。5.3 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理v5.3.1扫描工作方式扫描工作方式v PLC采用循环扫描工作方式，为了连续地完成采用

9、循环扫描工作方式，为了连续地完成PLC所承担的扫描工作所承担的扫描工作,系统必须重复执行依一定的系统必须重复执行依一定的顺序完成循环扫描工作方式，每重复一次的时间称顺序完成循环扫描工作方式，每重复一次的时间称为一个扫描周期。由于为一个扫描周期。由于PLC扫描速度很快扫描速度很快,输入扫描输入扫描和输出刷新的周期时间通常为和输出刷新的周期时间通常为3ms左右左右,而程序执行而程序执行时间可根据程序的长度不同而不同。时间可根据程序的长度不同而不同。PLC一个扫描一个扫描周期通常为周期通常为10-100ms,对一般工业被控对象来说对一般工业被控对象来说,扫扫描过程几乎是与输入同时完成的。如图描过程几

10、乎是与输入同时完成的。如图5-3所示。所示。 图5-3 PLC循环扫描工作过程v PLC工作的三个阶段v（1）输入采样阶段v（2）程序执行阶段v（3）输出处理阶段5.3.2工作过程工作过程5.4可编程序控制器的主要可编程序控制器的主要性能指标性能指标 v 在对PLC性能进行描述时,经常用到位、数字、字节及字等术语。v位指二进制的一位,仅有0、1两种取值。一个位对应PLC一个继电器,某位的状态为0或1,分别对应继电器线圈断电或通电。 v4位二进制数构成一个数字,这个数字可以是0000-1001(十进制),也可以是00001111(十六进制)。 v2个数字或8位二进制数构成一个字节。v2个字节构成

11、一个字。在PLC术语中,字称为通道。一个字含16位,或者说一个通道含16个继电器。v 1.编程语言种类编程语言种类 v PLC常用的编程语言有梯形图语言、语句表语言、流程图语言及某些高级语言等，使用最多的是前两者。 v 2.存储容量存储容量v 小型机内存为1K到几K，中型机为几K至几百K，大型机几百K至2M字节。v 3.输入输出（输入输出（I/O）总点数）总点数v 输入输出（I/O）点数越多，控制规模就越大。目前输入输出点数为814336点甚至更多 。v 4.扫描速度扫描速度v 目前更快的能达到0.75ms/K字逻辑运算程序。 v v 5.PLC内部继电器的种类内部继电器的种类v 有如输入继电

12、器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、特殊继电器、数据寄存器、状态继电器等。 v 6.扩展能力扩展能力v 大部分PLC用I/0扩展单元进行I/O点数的扩展。 v 7.工作环境工作环境v 工作环境的温度050oC v 8.其它其它v 1.按输入按输入/输出点数分类输出点数分类 v （1）超小型PLC：输入输出（I/O）点数在64点以下,用户程序存储器容量通常在12KB。 v （2）小型PLC ：输入输出（I/O）点数在64256之间 ,用户程序存储器容量通常在24KB。 v （3）中型PLC ：输入输出点数在256512点之间,用户程序存储器容量通常在28K字。 v （4）大型PLC ：入

13、输出点数在512 8192之间，用户程序存储器容量通常在8K64KB。 v （5）超大型PLC ：入输出点数在8192以上，用户程序器容量大于64KB，目前已有I/O点数达14336点的超大型PLC，使用32位微处理器。 5.5可编程序控制器的分类可编程序控制器的分类 v 2按结构形式分类按结构形式分类 v （1）整体式：整体式PLC是将电源、CPU、存储器、I/O接口安装在同一机体内,具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格低。一般小型PLC常采用这种结构。v （2）模块式：模块式PLC是将PLC各部分分成若干个单独的模块，如电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块等。用户可根据需要选配不同模块组成一个系统, 构成不同控制规模和功能的PLC, 一般中型和大型PLC常采用这种结构。v 3.按实现的功能分类按实现的功能分类v （1）低档机：具有逻辑运算、定时、计数、移位以、自诊断、监控等基本功能，低档机以逻辑运算为主, 可实现逻辑、顺序、移位、计时计数控制等。v （2）中档机：PLC除具有低档机的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术