第三章 PLC逻辑控制

1、分布式控制技术分布式控制技术 及其应用及其应用第三章 PLC逻辑控制 本章知识点 1. PLC概述 2. PLC组成 3. PLC硬件和软件结构 4. PLC梯形图的绘制 一、PLC概述第一节 PLC概述1. PLC发展1968年 美国GE公开招标寻找一种比继电器更可靠，功能更齐全，响应速度更快的新型的工业控制器，并从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，引起了开发热潮。1969年 美国数字设备公司（DEC）制造了第一台可编程序控制器PDP-14，并在GE汽车生产线上成功运用，可编程序控制器由此诞生。所以可编程序控制器是生产力发展的必然产物。早期的可编程序控制器只具有逻辑运算的功能，人们

2、称之为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller），缩写为PLC。随着微电子技术和集成电路的发展，特别是微处理器和微计算机的迅速发展，可编程序控制器具有了自诊断功能，可靠性有了大幅度提高。国外工艺界在1980年正式命名为可编程序控制器（Programmable Controller），缩写为PC。为了和个人计算机(Personal Computer)区分，一般仍把可编程序控制器缩写为PLC。 第一节 PLC概述2. PLC的用途与特点 1）PLC的用途： 顺序控制运动控制闭环过程控制数据处理通信和联网2）PLC的特点：抗干扰能力强，可靠性高； 控制系统结构简

3、单、通用性强、应用灵活 编程方便，易于使用； 功能完善，扩展能力强； PLC控制系统设计、安装、调试方便； 维修方便，维修工作量小 ；体积小、重量轻，易于实现机电一体化 ；第一节 PLC概述3. PLC的分类1）按I/O点数容量分类类别I/O点数用户程序存储器功能特点典型产品小型机256点以下4KB以下一般以开关量控制为主，某些还具有一定的通信和模拟两处理能力价格低廉，体积小，适合于控制单台设备，开发机电一体化产品。SIEMENS公司S7-200系列、OMRON公司CPM2A系列、MITSUBISH公司FX系列、AB SLC500系列中型机256204828KB开关量和模拟量控制；数字计算；通

4、信功能和模拟量处理指令比小型机丰富，适用于复杂的逻辑控制系统以及连续生产过程控制场合。SIEMENS公司S7-300系列、OMRON公司C200H系列、AB公司SLC500系列模块式PLC大型机2048点以上816KB性能已经与工业控制计算机相当，具有计算、控制和调节的功能，还具有强大的网络结构和通信联网能力监视系统采用CRT显示，能够表示过程的动态流程，记录各种曲线，PID调节参数选择图；配备多种只能板，构成一个多功能系统；和其他PLC或上位机相连，组成过程控制、监控系统。SIEMENS公司S7-400系列、OMRON公司CVM1和CS1系列、AB公司SLC5/05系列第一节 PLC概述2）

5、 按结构形式分 （i）整体式结构第一节 PLC概述整体式结构 整体式结构的可编程序控制器把电源、CPU、存储器、I/O系统都集成 plc结构 在一个单元内，该单元叫做作基本单元。一个基本单元就是一台完整的PLC。 控制点数不符合需要时，可再接扩展单元。整体式结构的特点是非常紧凑、体积小、成本低、安装方便。（ii）组合式结构 第一节 PLC概述组合式结构 组合式结构的可编程序控制器是把PLC系统的各个组成部分按功能分成 plc组合若干个模块，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块等等。其中各模块功能比较单一，模块的种类却日趋丰富。比如，一些可编程序控制器，除了些基本的I/O模块外，还有一些特

6、殊功能模块，像温度检测模块、位置检测模块、PID控制模块、通讯模块等等。组合式结构的PLC特点是CPU、输入、输出均为独立的模块。 模块尺寸统一、安装整齐、I/O点选型自由、安装调试、扩展、维修方便。 第一节 PLC概述第一节 PLC概述4.工作原理 PLC工作工程实际上周而复始地执行读输入、执行程序、处理通信请求、执行CPU自诊断和写输出地扫描过程。1） 读输入扫描过程2） 执行程序3） 与网络通信的扫描过程4） 自诊断扫描过程5） 写输出扫描第一节 PLC概述PLC 扫描方式工作扫描方式工作 PLC在执行程序时所使用的状态值不是直接从实际输入端在执行程序时所使用的状态值不是直接从实际输入端

7、口获得的，而是口获得的，而是来源于输入映像寄存器和输出映像寄存器。来源于输入映像寄存器和输出映像寄存器。输入映像寄存器的状态值取决于上一个扫描周期从输入端输入映像寄存器的状态值取决于上一个扫描周期从输入端子采样取得的数据子采样取得的数据。并在程序执行阶段保持不变。输出映。并在程序执行阶段保持不变。输出映像寄存器中的状态值取决于执行程序输出指令的结果。输像寄存器中的状态值取决于执行程序输出指令的结果。输出锁存器中的状态值是上一个扫描周期的刷新阶段从输出出锁存器中的状态值是上一个扫描周期的刷新阶段从输出映像寄存器转入的。映像寄存器转入的。 二、PLC组成第二节 PLC组成三、 PLC的硬件和软件结

8、构1.硬件结构 1） 中央处理器（CPU）2） 存储器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。3） 输入、输出接口第三节 PLC硬件和软件结构5） 扩展接口4） 电源电源部件的位置有多种，对于整体式结构的PLC，其通常封装在机箱内部；对于组合式PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与CPU封装到一个模块中。 6） 通信接口7） 智能I/O接口： 8 编程工具：编程工具是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视用的设备。最常用的是编程器。编程器有简易型和智能型两类：第三节 PLC硬件和软件结构9） 智能单元10） 其他部件PLC还可配有盒式磁带机、EPROM写入器、存储器卡等其他外围设备

9、。 第三节 PLC硬件和软件结构2.软件结构 PLC的软件由系统软件系统软件和用户程序用户程序两大部分组成。系统软件由PLC制造商固化在机内，用以控制PLC本身的运作；用户程序则是由使用者编制并输入的，用来控制外部对象的运作。第三节 PLC硬件和软件结构1）系统软件系统软件包括三部分 系统管理程序用户指令解释程序标准程序模块及系统调用程序进行运行管理 存储空间管理 系统自检程序 第三节 PLC硬件和软件结构2） 用户程序它是PLC的使用者针对具体控制对象编制的应用程序。 PLC通常提供三种编程语言：梯形图（LAD）、指令表（STL）、顺序功能流程图（SFC）。3） PLC的程序结构广义上的PL

10、C程序构成 用户程序数据块参数块第三节 PLC硬件和软件结构四、 I/O设备单元 I/O设备单元保证CPU与现场设备相互联系的通道，可实现电平转换、电气隔离、串/并转换、A/D与D/A转换。输入接口用来接收和采集两种类型的输入信号： 数字量按钮、行程开关、操作开关、继电器触点、接近开关、编码器这些信号输入电路进行滤波、光电隔离、电平转换等。 模拟量输出接口用来连接被控对象中各种执行元件，如继电器、电磁阀、指示灯、调节阀门（模拟量）、调速装置（模拟量）等。第四节 I/O 设备单元1.开关量输入单元1）直流输入单元第四节 I/O 设备单元2）交流输入单元第四节 I/O 设备单元3）交/直流输入单元

11、第四节 I/O 设备单元2.开关量输出单元 1）晶体管输出单元 第四节 I/O 设备单元2）继电器输出单元第四节 I/O 设备单元D DL LK K控控制制电电流流外外部部设设备备线线圈圈铁铁芯芯触触点点衔衔铁铁3）晶闸管输出单元 第四节 I/O 设备单元光电耦合隔离器的几种类型光电耦合隔离器的几种类型光电耦合隔离器光电耦合隔离器 I/O的一般问题 A输入问题（1）无源触点输出设备指按钮或继电器等物理常开、常闭触点。有交流直流的输入接点。 第四节 I/O 设备单元（2）三极管的截止和饱和等有源无触点输出设备(i) 三极管等设备有漏电流，三极管不能工作在饱和导通而处于放大状态，只要漏电流1.3m

12、A，就能使PLC产生误动作，所以要并联一个电阻R。(ii) 旁路电流，IiI0R/（RRi）1.3时可计算出最大R。(iii) I0为漏电流，Ii为PLC的输入电流。第四节 I/O 设备单元 结论有源无触点可多次、快速使用，但易漏电流。无源触点可驱动大负载，但使用寿命短，速度慢。第四节 I/O 设备单元B输出问题 输出端子的保护； 根据负载的不同电源等级，需要考虑负载匹配； 输出开启电流的抑制，对有些大起动电流负载，需要加串联电阻来保护；感性负载反电势的抑制。 第四节 I/O 设备单元3.模拟量输入模块（AI） 模拟量输入模块接受的是模拟量变送器传递的（420mA，15V）信号； 8通道输入，

13、共用一个A/D转换器，由多路选择开关扫描切换； 模拟量值用16位二进制补码定点数表示，最高位（15位）是符号位。第四节 I/O 设备单元 电路（模块形式）第四节 I/O 设备单元4.模拟量输出模块（AO） 输出直接驱动执行机构二通道输出，用屏蔽电缆和双绞线电缆传递，电缆线QV和S+，MANA和S-分别绞接在一起，这样可减轻干扰的影响，应将电缆两端屏蔽层接地。第四节 I/O 设备单元 电路第四节 I/O 设备单元五、梯形图的设计1. Ladder编程规则1）自上而下、从左到右，每个继电器线圈为一个逻辑行，即一 层阶梯。每一个逻辑行起于左母线，然后是触点的连接，最后终止于继电器线圈或右母线。2）一

14、般情况下，在梯形图中某个编号继电器线圈只能出现一次，而继电器触点（常开/常闭）可重复出现。第五节 梯形图设计3） 在一个逻辑行上，串联触点多的支路应放在上方，如果将串联触点多的支路放在下方，则语句增多，程序变长，如下图：合理 不合理 第五节 梯形图设计4） 在每一个逻辑行上，并联触点多的支路应放在左边。如果将并联触点多的电路放在右边，则语句增多，程序变长。如下图：合理 不合理 第五节 梯形图设计5） 不允许一个触点上有双向“电流”通过。 不合理 合理第五节 梯形图设计6） 多个逻辑行都具有相同条件时，为了节省语句数量，常将这些逻辑行合并。不合理 合理第五节 梯形图设计7）设计梯形图时，输入继电

15、器的触点状态全部按相应的输入设备为常开状态进行设计更为合适，不易出错。因此，也建议尽可能用输入设备的常开触点与PLC输入端连接。 如果某些信号只能用常闭触点输入，可先按输入设备全部为常开来设计，然后将梯形图中对应的输入继电器触点取反（即常开改为常闭，常闭改为常开）。第五节 梯形图设计2.典型单元梯形图分析 （1）起动保持和停止电路第五节 梯形图设计I0.0起动按钮，一按即放，I0.1为停止按钮，Q0.0为设备的起动线圈，即将I0.0放开，由于Q0.0常开触点已闭合，通过“旁通”（自保电路）使Q0.0一直得电，直至“停止”按钮按下才放开。第五节 梯形图设计（2） 电动机正反转控制电路第五节 梯形

16、图设计第五节 梯形图设计第五节 梯形图设计 无互锁电路在正转前提下，当反转起动按钮（SB3）由按下时，这时正反转接触器KM1，KM2线圈均闭合，其主触头均闭合，方式电源两相短路，熔断器FU1熔断，不能正常工作。 电气互锁是将正反转主接触器常闭触点分别串在对方得线圈电路中，起互锁作用（正停反）。是在电气互锁得基础上，再分别将正、反转起动按钮的辅助常闭触头串在对方得接触器线圈电路中，起机械互锁作用（正反停）。 双重互锁第五节 梯形图设计外部设备如何引入PLC内部？ 设备表： 标签表：SB2:启动（正转） I0.0: SB2 SB3:启动（反转） I0.1: SB3SB1:停止 I0.2: SB1K

17、M1:正转接触器 Q0.0: KM1 KM2:反转接触器 Q0.1: KM2 第五节 梯形图设计PLC内部梯形图PLC外部接线第五节 梯形图设计（3） 延时接通/断开电路通电延时断开通电延时接通第五节 梯形图设计断电延时接通断电延时断开第五节 梯形图设计延时接通/断开电路T37、T38为通电型延时继电器，分辨率为100ms，PT为设定值，其延时时间为：分辨率*设定值。 所以T37延时时间=90*100=9s T38延时时间=60*100=6s。 当输入端为1时，开始计数，到延时时间，输出为高电平。第五节 梯形图设计（4） 定时范围的扩展S7200最长定时时间为3276.7s，为了延长定时可以进

18、行定时扩展。 i) 定时器与定时器级联第五节 梯形图设计ii) 定时器与计数器配合使用第五节 梯形图设计C4计数器：S7200有加计数器（CTU）、加/减计数器（CTUD）、减计数器（CTD）。CTU：CU为输入，当CU自动加1，直至到达PV时，输出为高电平，R为复位端。CTD：CU为输入，PV为设定值，当CU为输入脉冲时，PV值自动减1，直至0。CTD输出为1，LD为复位端。第五节 梯形图设计（5）闪烁电路第五节 梯形图设计（6） 报警电路第五节 梯形图设计故障信号I0.0接通时 Q0.0（蜂鸣器）响；同时特殊存储器SM0.5（1s时钟脉冲）周期性通/断，使Q0.1也跟着周期性的通/断，使与之相连的报警指示灯发光闪烁。待工作人员发现后，按下蜂鸣器复位按钮I0.1，使位存储器M0.1接通，其常开触点闭合自锁，另一常开触点闭合，使Q0.1持续接通，报警指示灯停止闪烁持续发光。待故障排除后去掉故障信号使I0.0断开，报警指示灯熄灭。第五节 梯形图设计3.典型电路的应用（1） 电机的Y/换接启动电动机的起动电流很大，约为额定电流的4-7倍。为了限制起动电流，鼠笼式三相异步电动机采用降压起动方法。常用的降压起动方法有自耦变压器起动和星三角起动。这样的起动方法，能使起动时电流减少到为形直接起动时的三分之一。但必须是电动机正常运转时是接的情况下才能采用Y-起动法。第五节 梯形图