第04章PLC概论

1、第一节 可编程序控制器的产生(chnshng)及发展 1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程序控制器。 在20世纪70年代初期、中期，可编程序控制器可以完成顺序控制，有逻 辑运算、定时、计数等控制功能。并且将可编程序控制器称为PLC （Programmable Logical Controller）。 20世纪70年代未至80年代初，可编程序控制器的处理速度大大提高，不 仅可以进行逻辑控制，而且可以对模拟量进行控制。美国电器制造协会 （NEMA）将可编程序控制器命名为PC（Programmable Controller）。 20世纪80年代以来(yli)，以16位和32位

2、微处理器为核心的可编程序控制器得 到 迅速发展。这时的PLC具有了高速计数、中断技术、PID调节和数据 通信等功能。 PLC的应用形式为以下几种类型： 开关量逻辑控制 模拟量控制 过程控制 定时和计数控制 顺序控制 数据处理通信和联网 可编程序控制器的发展过程： 为了便于与个人计算机PC（Personal Computer）相区别，人们习惯上仍将可编程序控制器称为PLC。以后章节中都用PLC。共二十页第二节 可编程序控制器的定义(dngy)及特点 是一种(y zhn)数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。 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

3、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，控制各种类型机械的生产过程。 可编程序控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统连成一个整 体、易于扩充其功能的原则设计。 可编程序控制器的定义： 可编程序控制器的特点： 可靠性高，抗干扰能力强 通用性强，使用方便 采用模块化结构，使系统组合灵活方便 编程语言简单、易学，便于掌握 系统设计周期短 对生产工艺改变适应性强 安装简单、调试方便、维护工作量小 共二十页第三节 可编程序控制器工作(gngzu)原理 PLC的基本(jbn)控制原理 PLC控制系统由输入部分、逻辑部分和输出部分组成，如图所示。 各部分的功能为： 输入部分：收集并

4、保存被控对象实际运行的数据和信息。逻辑部分：处理输入部分取得的信息，并按照被控对象实际的动作要求作出反映。输出部分：提供正在被控制的许多装置中，哪几个设备需要实时操作处理。 输入部分PLC控制的指示灯控制电路逻辑部分输出部分共二十页PLC控制(kngzh)原理:PLC将输入信息(xnx)采入PLC内部再执行逻辑部件组合后所达到的逻辑功能最后输出达到控制要求 PLC的主要逻辑部件 在PLC中用逻辑与、逻辑或、逻辑非等逻辑运算来处理各种继电器的连接 10ONOFF继电器逻辑 PLC内部存储单元与继电器的对应关系PLC为用户提供以下几种继电器： 输入继电器：是输入到PLC中的现场信号，在使用中不必考

5、虑接点的 容量。 输出继电器：具有一对物理接点，可以串接在负载回路中。 内部继电器：它与外界没有联系，仅作运算的中间结果使用，有时也 称作辅助继电器或中间继电器。 共二十页定时器逻辑(lu j) PLC采用硬件定时中断、软件(run jin)递减计数的方法来实现定时逻辑功能。定时器逻辑功能定时条件定时器定时继电器当前值操作OFF等于设定值不操作OFFON0计时OFFON0不操作ONPLC中计数器的功能是由软件来实现的，一般采用递减计数。计数器逻辑 计数器逻辑功能复位信号计数信号计数器计数继电器当前值操作ON= 0不计数OFFOFF设定值“+1”OFF设定值不计数ON不变不计数不变共二十页触发器

6、逻辑(lu j) 触发器逻辑(lu j)是用来记忆某些信息，该触发器逻辑可以被置位成“1”，也可以被复位成“0”。 触发器有置位输入（S）和复位输入（R）。逻辑功能见表。 触发器逻辑功能置位输入（S）复位输入（R）触发器OFFOFF不变OFFONOFFONOFFONON（先）ON（后）OFF（复位优先）ON（后）ON（先）ON（置位优先）数据寄存器 PLC除能进行位运算以外，还能进行字运算。PLC为用户提供了若干个数据寄存器，以存放数据，实现运算功能。 共二十页 PLC的编程语言 梯形图编程（Ladder） 语句表编程（Statement List） 功能图编程（Function Block）

7、 关于这三种编程语言在以后的相关(xinggun)章节中将详细介绍。共二十页第四节 可编程序控制器的硬件(yn jin)及其分类 PLC的硬件电路(dinl)框图 PLC的硬件结构主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）接口、电源及外围编程设备等几大部分构成。 其结构框图如图所示。 PLC硬件结构框图共二十页中央处理器（CPU） 在系统程序的控制下，诊断电源、PLC内部电路工作状态；接 收、诊断并存储从编程器输入的用户程序和数据；用扫描方式接收 现场输入装置的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器。 在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，

8、按指令(zhlng) 规定的任务，产生相应的控制信号，去启闭有关控制门电路，分时分 渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等动作，完成 用户程序中规定的逻辑或算术运算等任务。 根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容， 实现输出控制、制表、打印或数据通信等等。 PLC采用(ciyng)的CPU一般有三大类： 通用微处理器，如80286、80386等。 单片机芯片，如8031、8096等。 位处理器，如AMD2900、AMD2903等。中央处理器是可编程序控制器的核心。 共二十页存储器 存储器：用于存放系统程序、用户程序及运算数据(shj)的单元。 分类： 只读存储器（R

9、OM）：用来存放系统工作程序、模块化应用功能子程序、 命令解释、功能子程序的调用管理程序以及按对应定义存储各种系统参数 （I/O、内部继电器、计时/计数器、数据寄存器等）等功能。 只读存储器又分为掩膜只读存储器和电可擦除只读存储器 随机读写存储器（RAM）:用来存放用户程序及系统运行(ynxng)中产生的临时数 据。特点是写入与擦除都很容易，但在掉电情况下存储的数据就会丢失 。 PLC的存储器区域按用途不同，又可分为程序区及数据区。 存放程序存放数据输入输出接口 输入输出接口：是PLC和工业控制现场各类信号连接的部分。 两个主要的要求：一是接口有良好的抗干扰能力。二是接口能满足工业现场各类信号

10、的匹配要求。 共二十页不同的接口需求设计了不同的接口单元。主要有以下(yxi)几种： 开关量输入接口： 作用(zuyng)：是把现场的开关量信号变成PLC内部处理的标准信号。 接口接受的外信号电源有直流输入、交流输入和交流/直流输入。 如图所示： PLC开关量输入接口输入接口中都有滤波电路及耦合隔离电路，滤波有抗干扰的作用，耦合有抗干扰及产生标准信号的作用。 开关量输出接口： 作用：是把PLC内部的标淮信号转换成现场执行机构所需的开关量信号。 共二十页分类(fn li)： 继电器型 晶体管型 晶闸管型 内部参考电路图如图所示。 各类输出接口中也都具有隔离耦合电路。 特别注意：输出接口本身都不带

11、电源，而且在考虑外驱动电源时，还需考虑输出器件的类型。 继电器型的输出接口可用于交流及直流两种电源，但接通断开的频率(pnl)低。 晶体管型的输出接口有较高的接通断开频率，但只适用于直流驱动的场合。 晶闸管型的输出接口仅适用于交流驱动场合。 PLC开关量输出接口共二十页 模拟量输入(shr)接口 作用：把现场连续(linx)变化的模拟量标准信号转换成适合PLC内部处理的由 若干位二进制数字表示的信号。 模拟量输入接口接受标准模拟信号。符合国际标准的通用电压电流信号如：420mA的直流电流信号，010V的直流电压信号等 模拟量输出接口 作用：将PLC运算处理后的若干位数字量信号转换为相应的模拟量

12、信号输出 模拟量输出接口一般由光电隔离、D/A转换和信号驱动等环节组成。 智能输入输出接口 PID控制单元 高速计数器工作单元 温度控制单元等特点： 大多是独立的工作单元。 一般带有单独的CPU。 有专门的处理能力。 共二十页 电源(dinyun) PLC工作单元供电的开关电源。为掉电保护电路(dinl)供电的后备电源。 锂离子电池 外部设备 编程器 分类： 手持的专用的编程器 台式的 PLC机身上自带编程器 个人计算机:个人计算机上运行PLC相关的编程软件 简易型:联机编程智能型:联机编程和脱机编程 其他外围设备 盒式磁带机：用以记录程序或信息。 打印机：用以打印程序或制表。 EPROM写入

13、器：用以将程序写入用户EFR()M中。 高分辨率大屏幕彩色图形监控系统：用以显示或监视有关部分 的运行状态。 共二十页 PLC的分类(fn li) 按应用规模和功能按硬件结构类型 小型机：适合于控制单台设备，开发机电一体化产品 中型机：适合于有温度控制和开关动作要求复杂的机 械以及连续生产过程控制的场合 大型机: 适用于设备自动化控制、过程自动化控制和 过程监控系统 整体式结构：一个完整的PLC安装在一个机箱中 模块式结构：系统构成非常灵活，安装、扩展和维修都 很方便，但是体积比较大 叠装式结构：将整体式结构和模块式结构的特点相结合 共二十页第五节 可编程序控制器的软件(run jin)及其工

14、作原理 PLC的软件(run jin)两大部分 系统软件应用软件：又叫用户软件，是用户为达到某种控制目的、采 用PLC厂家提供的编程语言自主编制的程序。 系统的管理程序用户指令的解释程序专用标准程序块等 PLC的工作原理 采用循环扫描工作方式： 系统周而复始地依一定的顺序完成一系列的具体的工作，这种工作方式叫做循环扫描工作方式。 PLC系统正常工作所要完成的任务包括： PLC内部各工作单元的调度、监控； PLC与外围设备间的通信； 用户程序所要完成的工作等。共二十页其中，用户程序的完成可分为以下(yxi)三个阶段输入处理(chl)阶段输出处理阶段 程序执行阶段 PLC顺序读入所有输入端子的状态

15、，并将读入的信息存入内存中所对应的输入映像寄存器。根据PLC梯形图程序的扫描原则，按先左后右，先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。将输出映像寄存器中寄存器的状态，转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。 PLC用户程序执行阶段扫描工作过程如图所示。PLC用户程序扫描工作过程共二十页 PLC控制(kngzh)与继电器控制(kngzh)的区别 组成(z chn)器件不同：继电器控制线路是许多真正的硬件继电器组成，而 梯形图则由许多所谓“软继电器”组成。 触点数量不同：硬继电器的触点数量有限，用于控制的继电器的触 点数一般只有48对；而梯形图中每

16、个“软继电器”供编程使用的触 点数有无限对。 实施控制的方法不同：在继电器控制线路中，实现某种控制是通过 各种继电器之间硬接线解决的。而PLC控制是通过梯形图即软件编 程解决的。 工作方式不同：在继电器控制线路中，采用并行工作方式；而在梯 形图的控制线路中，采用串行工作方式。 PLC的控制结果有一定的特殊性： 输入/输出滞后现象：与PLC的集中输入集中刷新、程序循环执行、 输入滤波器造成的时间常数、输出继电器机械滞后以及程序设计不 当的附加影响等有关。 多重输出不允许：关于步进梯形图多重输出的情况，将在后面具体 讲述的PLC指令时予以介绍。 共二十页谢谢(xi xie)!共二十页内容摘要第一节 可编程序控制器的产生及发展。20世纪80年代以来，以16位和32位微处理器为核心的可编程序控制器得。PLC控制系统由输入部