可编程序控制器的基础知识52

第五章可编程序控制器的基础知识

可编程序控制器的优点与这个“可”字有关。从软件来讲，它的程序可编，也不难编;

从硬件上讲，它的配置可变，也易变。

PLC的简史

在PLC问世前，继电接触器控制在工业控制领域中占主导地位，这种控制系统是采用固定接线的硬件实现控制逻辑。如果生产任务或工艺发生变化，就必须重新设计，改变硬件结构，这样造成时间和资金的浪费。

另外，大型控制系统用继电接触器控制，使用的继电器数量多，控制系统的体积大，耗电多，且继电器触点多为机械触点，工作频率较低，在频繁动作情况下寿命较短，造成系统故障，系统的可靠性差。为了解决这一问题，在1968年，美国最大汽车公司（GM公司）为了适应汽车型号不断翻新，以求在激烈竞争的汽车工业中占有优势，提出要求用一种新型的控制装置取代继电接触器控制装置，并且对于未来的新型控制装置作出了具体设想：把计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优点和继电接触器控制的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点溶入于新的控制装置中，且要求新的控制装置编程简单，使得不熟悉计算机的人员也能很快掌握它的使用技术。为此，特定以下10项公开招标的技术要求：（1）编程简单方便，可在现场修改程序；（2）硬件维护方便，采用插件式结构；（3）可靠性高于继电接触器控制装置；（4）体积小于继电接触器控制装置；（5）可将数据直接送入计算机；（6）用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB；（7）输入可以使交流115V；（8）输出为交流115V，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；（9）通用性强，扩展方便；（10）成本上可以与继电接触器控制系统竞争。

美国数字设备公司（DEC）根据GE公司招标的技术要求，于1969年研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GE公司汽车自动装配线上使用，获得成功。其后，日本、德国等相继引入这项新技术，可编程序控制器由此而迅速发展起来。一、PLC的名称定义

可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC。

可编程序控制器（ProgrammableController）简称PC。PC又成为个人计算机（PersonalComputer）的简称为了加以区别，现在又把可编程序控制器简称为PLC。

“可编编程序序控制制器是是一种种数字字运算算操作作的电电子系系统，，专为为在工工业环环境下下应用用而设设计。。它采采用可可编程程序的的存储储器，，用来来在其其内部部存储储程序序，执执行逻逻辑运运算、、顺序序控制制、定定时、、计数数和算算术运运算等等操作作的指指令，，并通通过数数字的的或模模拟的的输入入和输输出，，控制制各种种类型型的机机械设设备或或生产产过程程。可可编程程序控控制器器及其其有关关设备备，都都应按按易于于与工工业控控制系系统联联成一一个整整体，，易于于扩充充功能能的原原则设设计””。IEC于1985年1月对可编程程序控制器器作了如下下定义：定义强调了了可编程控控制器是““数字运算算操作的电电子系统””，但它也也是一种计计算机。它它是专为在在工业环境境下应用而而设计的工工业计算机机。这种工工业计算机机采用“面面向用户的的指令”，，因此编程程方便。它它能完成逻逻辑运算、、顺序控制制、定时、、计数和算算术操作，，它还具有有“数字量量或模拟量量的输入输输出控制””的能力，，并且非常常容易与““工业控制制系统联成成一体”，，易于“扩扩充”。定义强调了了可编程控控制器直接接应用于工工业环境，，它须具有有很强的抗抗干扰能力力、广泛的的适应能力力和应用范范围。这也也是区别于于一般微机机控制系统统的一个重重要特征。。为工业环境境设计的数数字式运算算操作系统统PLC可编程序控控制器二、组成与与分类：中央处理理器接收并存存储程序序和数据据用扫描方方式接收数据据诊断电源源，内部部电路各各种错误误完成运算算存储器只读存储储器ROM随机存储储器RAM可擦除只只读存储储器EPRAM电可擦除除只读存存储器EEPRAM输入/输输出模块块电源编程器可编程序序控制器器发展到到今天，，已有多多种形式式和类型型，且其其功能也也不尽相相同。（一）按按容量和功功能划分，大大致可以以分为小小型、中中型、和和大型三三类机型型。1．小型机小型PLC的功能一一般以开开关量控控制为主主（有些些小型机机可带少少量的模模拟量I/O模块），，它们的的输入输输出点数数较适合合接触器器，继电电器控制制的场合合，还能能直接驱驱动电磁磁阀等执执行元件件。这这类PLC的特点是是价格低低廉、体体积小巧巧、较适适合于控控制单台台设备。。2．中型机中型PLC一般都具具有开关关量和模模拟量的的两种控控制功能能，除了了具有小小型机的的一般功功能外，，还具有有较强的的数字计计算功能能。为能能将温度度、压力力、流量量等模拟拟量与数数字量进进行转换换，一般般都有8位或12位的A/D、D/A转换模块块。中型型机适合合于温度度、压力力、流量量等的控控制和较较复杂的的开关量量控制以以及要求求连续生生产过程程控制的的场合。。3．大型机大型PLC的功能已已具备某某些工业业控制计计算机的的功能，，它不仅仅具有计计算，控控制和调调节的功功能，还还具有网网络连接接和通讯讯的功能能。大大型PLC机适用于于设备自自动化控控制，过过程自动动化控制制和生产产过程监监控系统统。（二）按按硬件结构形状状划分按照可编编程序控控制器的的硬件结结构形状状来划分分，一般般可以分分为整体体式，机机架模块块式和叠叠装式三三类结构构。三、PLC应用领域域及发展展方向1．逻辑控控制2．模拟量量控制3．数字控控制4．集散控控制5．机电一一体化6．通信控控制网络络化四、工作作原理PLC可以视为为特殊的的工业控控制计算算机，但其编程程语言，，工作原原理与计计算机不不同PLC工作特点：采用循环扫描描工作技术PLC工作过程输入采集：以扫描方式工作，按顺序将信号寄存程序执行：运运算，处理数数据，结果写入输出映象寄存器输出刷新：转转输出映象寄存器数据至输出状态寄存器图7-10用户程序执行行过程示意图图五、PLC编程语言图中的继电器器是软继电器图中流过的电电流是概念电流图中的继电器器线圈只能出出现一次，触触点在编程时时可无限次引用梯形图编程语语言（LAD）特点：1．梯形图按自自上而下，从从左到右的顺顺序进行排列列。以一个继继电器线圈为为一个控制逻逻辑行（即为为一阶梯层））。每一条逻逻辑行都起始始于左母线，终止于继电器线圈，右母线通常可可以省略不画画。2．梯形图中母母线的意义类类似于继电器器线路中的电电源线，但它它不产生实际际的物理电流流，而只是假假想在梯形图图中有“电流流”流动，我我们称之为““概念电流”。概念电流流在梯形图中中只能作从左左向右的单向向流动，改变变层次也只能能先上后下。。3．梯形图由若若干“梯层”组成。每个个梯层由若干干条并联支路路组成。每条条支路又有若若干个编程符符号串联组成成。支路或符符号的最大串串联、并联数数都是有一定定限制的，具具体PLC产品有不同规规定。4．梯形图中的的继电器线圈圈不是继电控控制电路中的的物理继电器器，而是与内内存映像区中中的某一位相相对应的，因因此称之为““软继电器”。如果梯形形图中某继电电器的线圈““通电”或触触点“闭合””，则映像区区中对应存储储器的状态为为高电平“1”；反之，则为为低电平“0”。梯形图中的继继电器又分为为输出继电器器和内部继电电器。输出继继电器所对应应的映像存储储器中的信号号状态（“1”或“0”），可以通过过I/O接口去驱动外外部负载。内内部继电器包包括辅助继电电器、定时器器、计数器、、寄存器等，，它们所对应应的映像存储储器中信号状状态（“1”或“0”），只可在编编程中供梯形形图内部使用用，不能用作作输出控制。。5．输入继电器器仅供PLC接受外部的输输入信号，而而不能用内部部其它继电器器的触点来驱驱动或输入信信号。所以，，梯形图中只出出现输入继电电器的触点，，不会出现输输入继电器的的线圈。梯形图中输入入继电器的触触点闭合表示示信号输入。。6．在梯形图程程序中，继电电器线圈一般般情况下只能能出现一次。。而继电器触触点在编程时时则可无限次次引用，且既既可以是常开开触点，也可可以是常闭触触点。7．PLC运行时是按照照梯形图符号号排列顺序自自上而下，从从左向右执行行程序的，即即PLC是按照扫描方方式顺序执行行梯形图程序序的。因此不不会出现几条条并列支路同同时动作的情情况，使得梯梯形图设计大大为简化。六、PLC的基本性能指指标1．存储器容量存储器容量指指的是存放用用户程序的RAM容量，通常用用字（每个字字为16位二进制数））或K字节来表示，，这里的1K=1024个字。2．扫描速度扫描速度是以以PLC执行1K字节的用户指指令所需时间间来衡量，常常以ms/K为表示单位。。3．输入/输出（I/O）点数I/O的点数是指PLC最大输入输出出点的总和。。4．内部继电器（（内存区域））及其类型PLC的内部继电器器是专供用户户程序使用，，不同的继电电器有一个指指定的内存区区域，并各自自担负着不同同的功能。内内部继电器不不直接对外接接负载进行控控制，它仅供供用户程序内内部调用，具具有“软”继继电器的特征征。常用的内内部继电器有有内部辅助继继电器，暂存存继电器，保保持继电器，，定时/计数数器器，，内内部部专专用用继继电电器器等等。。PLC的内内部部继继电电器器种种类类和和数数量量越越多多，，表表明明其其功功能能越越强强。。指令令语语言言表表编编程程语语言言（（STL））特点点：：与与计计算算机机汇汇编编语语言言类类似似的的助记记符符编编程程表达达式式5．编程程语语言言（（编编程程指指令令））不同同的的PLC机型型使使用用厂厂家家各各自自开开发发研研制制的的编编程程语语言言，，互互不不兼兼容容，，但但对对应应功功能能的的指指令令都都具具有有可可移移植植性性。。PLC的编编程程语语言言一一般般都都具具备备用用梯形形图图语语言言和助记记符符指指令令编程程的的能能力力。。编程程指指令令又又分分成成基本本指指令令和功能能指指令令两大大类类，，基基本本指指令令各各种种PLC共有有，，而而功功能能指指令令的的条条数数越越多多表表明明PLC的软软件件功功能能越越强强。。6．可扩扩展展性性PLC的扩扩展展性性可可分分为为控控制制点点数数的的扩扩展展和和控控制制区区域域的的扩扩展展，，也也是是衡衡量量PLC性能能的的一一个个重重要要指指标标。。控制制点点数数的的扩扩展展控制制区区域域的的扩扩展展七、、PLC硬件件选选择择方方法法1、、选选型型原原则则：：使用用场场合合、、控控制制对对象象、、工作作环环境境、、性性价价比比2、、选选型型方方法法输入入/输输出出点数数估估算算开关关输输入入点点：：DI开关关输输出出点点：：DO模拟拟输输入入点点：：AI模拟拟输输出出点点：：AOp264页存储储器器容容量量估估算算与用用户户内内存存容容量量相相匹匹配配3、、功功能能选选择择运算算功功能能逻辑辑运运算算定时时运运算算计数数运运算算四则则运运算算根据据系系统统的的要要求求选选择择处理理速速度度不同同点点数数不同同机机型型内存存容容量量根据据系系统统的的要要求求选选择择4、、外外形形结结构构选选择择平板板型型：：小小规规模模，，无无扩扩展展，，价价格格低低廉廉块状状型型：：小小规规模模，，适适中中扩扩展展，，价价格格低低廉廉输入入/输输出出模模块块插插件件型型：：专专供供扩扩展展模模块块，，适合合中中大大规规模模系系统统5、、输输入入/输输出出模模块块选选择择输入入接接口口模模块块接接受受来来自自按按钮钮开开关关、、选选择择开开关关、、行行程程开开关关等等送送来来的的开开关关量量信信号号或或者者由由电电位位器器、、热热电电偶偶、、测测速速发发电电机机等等送送来来的的模模拟拟量量信信号号，，然然后后送送入入PLC的CPU执行行。。输输入入接接口口模模块块一一般般由由光光电电耦耦合合电电路路和和微微电电脑脑的的输输入入接接口口电电路路组组成成。。(1)输入入接接口口模模块块直流流：：交交流流：：