PLC第二章第1节概述、第2节FP1PLC

第二章

可编程控制器原理

第1节

概述

一、可编程控制器的产生与发展1、可编程控制器的产生上个世纪60年代末期开始产生。1968年，通用汽车(GenerMotors)公司根据汽车生产流水线改造需要，面向社会进行招标提出了相应的招标条件，即：“GM10条”。1GM10条：1）编程简单：一般电气工程师不需特殊的计算机知识即可编程，且可现场修改；2）维护方便：最好采用插件式结构；3）可靠性高：优于继电器控制系统；4）体积小：小于继电器控制系统；5）成本低：性能价格比低于继电器控制系统；26）可与计算机通信：数据直接传给计算机；7）输入可以是115VAC：可直接接收交流信号；8）输出也可以用115VAC：可直接驱动电磁阀、接触器等；9）具有可扩展性：采用模块化结构；10）用户程序存储器容量：4K以上。31969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台以逻辑控制为主的可编程序控制器，命名为可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController）——PLC。1971年，日本引进美国技术，开发出自己的PLC产品，称为顺序控制器。1973年，德国SIEMENS（西门子）公司开发自己的PLC产品。1974年，我国开始研制PLC，1977年开始使用。42、可编程控制器的发展1）由PLC向PC的发展

1975年以微处理器为核心的PLC出现。其功能已不局限于逻辑量控制，模拟量控制系统也大量使用，PLC开始向PC转变。从1976年开始，美国电气制造商协会NEMA经过4年的调查，于1980将其正式命名为可编程序控制器（ProgrammableController），简称为PC。52）目前PC的发展

新一代网络型PC具有功能强、功耗小、体积小、成本低、可靠性高等特点，且具备远程控制、网络通信、图形编程等优点。目前有两个发展方向：低档PC向小型、简易及廉价方向发展。中、高档PC向大型、高速、多功能方向发展，可对大规模、复杂系统进行综合控制。63、可编程控制器的定义1980年由NEMA定义，1982年IEC第一稿，1985年IEC第二稿，1987年IEC第三稿。定义：PLC是一种专为工业环境下应用而设计的数字运算电子设备。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、计时、计数和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其外围设备均应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则来设计。71、开关量控制

主要用于各种生产流水线控制及联锁保护系统等；2、模拟量控制

主要用于各种连续过程控制；3、通信联网及多级控制主要用于网络型监控系统及远程控制系统。二、可编程控制器的功能81、可编程控制器的构成

构成与一般的计算机控制系统相似。输入接口输入/输出数据存储中央处理器单元输出接口存储器编程接口电源单元各种输入信号各种执行元件三、可编程控制器的构成及工作过程92

、可编程控制器的分类1）按I/O点数分类

分为微型、小型、中型及大型等。微型：一般I/O点数在128点以下；小型：一般I/O点数在512点以下；中型：一般I/O点数在2048点以下；大型：一般I/O点数在2048以上。102）按结构型式分类

分为整体式和模块式PC整体式PC：各组成部分集成在一起，封装为单一整体，单台主机具备一定的控制能力。

模块式PC：各组成部分按其功能制成独立的模块，如CPU模块、电源模块、输入模块、输出模块等，并按需要选择某些模块组合在一起，构成各种规模或用途的系统。113、可编程控制器的工作过程1）小型PC工作过程

分为输入采样、程序执行和输出刷新三个过程。输入信号输入端子输入映像区用户程序输出映像区输出锁存输出端子输出信号输入采样程序执行输出刷新122）中、大型PC工作过程上电复位操作硬件检查WDT复位自诊断与外部信息交换执行用户程序输入/输出操作131

、梯形图编程梯形图编程语言是借鉴继电器控制线路的特点而形成的，因此与继电器控制线路非常相似。继电器控制线路RQTR梯形图编程语言X0X1Y0Y0四、可编程控制器的编程语言142、指令语句编程

在计算机汇编语言基础上开发产生的，因此与计算机汇编语言非常相似。STX0ORY0AN/X1OTY0ED指令语句编程语言梯形图编程语言X0X1Y0Y0153、逻辑符号图编程

逻辑符号图编程语言是在数字电路逻辑符号图基础上产生的，与数字电路中的逻辑图非常相似。ANDOR继电器控制线路RQTR逻辑符号图编程语言I1I1Q1164、顺序功能图编程

主要用于顺序控制。初始步第1步第2步转步条件控制操作控制操作转步条件转步条件175、高级语言编程

有些可编程控制器可以使用高级语言来编写一些复杂的控制程序，这些编程语言有专用的编程语言，也有通常使用的一些编程语言，如BASIC、FORTRAN、C、VB、VC等语言。其核心问题是这些语言与可编程控制器专用编程语言及变量的接口。181、PC与继电器控制系统比较

PC取代以继电器为基础的控制系统的原因是:现代生产线要求的时间响应快,控制精度高,可靠性好,控制程序可随工艺改变,易与计算机接口,维修方便等诸多高品质与功能,继电器控制系统远远比不上PC控制系统。五、PC与其它控制系统比较192、PC与集散控制系统（DCS）比较可编程序控制器与集散系统(分布式计算机控制系统)都是自动化控制设备,它们分别由两个不同的古典设备发展而来。可编程序控制器是由继电器逻辑控制系统发展而来,所以它在数字处理、顺序控制方面具有一定优势,发展初期主要侧重于数字量顺序控制方面的应用。在此之后,其模拟量处理功能也得到了迅速的发展。20集散系统是由回路仪表控制系统发展而来,所以它在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势,发展初期主要侧重于回路调节功能。这两种设备都在随着微电子技术、大规模集成电路芯片、计算机技术、通信技术等的发展而发展,同时都向对方扩展自己的技术功能。213、PC与工业控制计算机比较这两种机器都适合于工业控制应用。工业控制机是由通用微机推广应用发展起来的,在硬件结构方面,总线标准化程度高,品种兼容性强,是微机厂及芯片制造厂开发的。可编程序控制器是由电气控制厂家研制生产的,从开始就是针对工业顺序控制而发展起来的。因此硬件结构专用、各厂家产品不通用。22工业控制机由于直接由通用微机而来,故软件资源丰富,特别是有实时操作系统的支持,故在要求快速,实时性强,运算复杂的领域占有优势。可编程序控制器非常适合于逻辑及顺序控制。编程时使用的梯形图编程语言直观易懂，很受熟悉电器控制人员欢迎。目前其功能已进一步扩充,如数据运算,PID调节等功能，可满足一般模拟量控制系统的需要。23

FP1可编程控制器是由日本松下公司生产的，属于小型机系列。分为C16、C24、C40、C56、C72等型号。最大I/O点数：I—208点；O—208点。定时/计数器数量：144个程序步数：最大2720步指令系统：192条扫描速度：1.6μS/步第2节

FP1可编程控制器

一、概述241、控制单元

按I/O点数的多少，及输入/输出类型（继电器、晶体管、可控硅）等分为多种型号。控制单元由主机部分和I/O部分组成，包括：主机板（带有内置电源）；I/O接口及I/O接线端子；编程器接口及扩展接口；二、FP1硬件25控制单元上还提供了一个24VDC电源，供用户使用。此外，还有状态指示和状态切换开关等。261）FP1-C24RS232口电池座电源输入端子

输出端子直流电源输出端子输入端子I/O状态指示灯扩展插座

方式选择开关

运行监视指示灯电位器（V0、V1）波特率选择开关编程工具连接插座

272）输入接口电路COM（±）LED3KΩ470Ω输入端子内部电路283）输出接口电路（A）继电器输出型内部电路LEDL:负载COML～L输出端子继电器29（B）晶体管输出型L:负载输出端子LED内部电路COMLLNPN集电极开路30输出端子LED内部电路COML:负载LL（PNP集电极开路）31（C）晶闸管（双向可控硅）输出型LED输出端子L:负载COMLL～内部电路322、扩展单元

包括输入扩展单元、输出扩展单元、输入/输出扩展单元。按I/O点数可分为E8、E16、E24、E40。E8——8入/0出、4入/4出、0入/8出E16——16/0、8/8、0/16E24——16/8E40——24/16333、智能单元

1）A/D单元每个单元有四个通道，模拟量输入范围为0~5VDC、0~10VDC、0~20mADC。对应的数字量输出范围为K0~K1000

2）D/A单元

每个单元有两个通道，模拟量输出范围为0~5VDC、0~10VDC、0~20mADC。数字量输入范围为K0~K1000344、链接单元

1）同位链接单元

I/OLINK单元，用于PC—PC链接。2）上位链接单元

C—NET单元，用于PC—上位机链接。355、编程单元

1）手持编程器

属于简易编程设备，一般只支持指令语句编程。此外，具有简单的监控功能。2）计算机编程终端

分为专用编程终端和通用计算机编程终端。支持多种编程语言，且具有较强的监控功能。36

系统的最大配置为1个控制单元，2个扩展单元，1个A/D单元，2个D/A单元，1个链接单元。控制单元扩展单元扩展单元A/D单元D/A单元D/A单元链接单元各附加模块的安放顺序任意三、FP1硬件配置方式37所谓编址也称为地址分配，即编程时用户可以使用的各种内部寄存器（有时也称为编程元件）。寻址方式分为“位寻址”和“字寻址”。现以C24为例编址。1、控制单元

支持位寻址和字寻址。输入：X0~XF（字地址为WX0）共16点。

输出：Y0~Y7（WY0的低8位）共8点。

WY0的高8位为内部点。四、FP1的编址382、扩展单元支持位寻址和字寻址

1#单元：按E40计，占用X30~X47（24点）及Y30~Y3F（16点）

字地址：WX3、WX4（低8位为外部点，高8位为内部点）；WY3。2#单元：按E40计，占用X50~X67（24点）及Y50~Y5F（16点）字地址：WX5、WX6（低8位为外部点，高8位为内部点）；WY5。393、I/O链接单元

X70~X8F（WX7、WX8）Y70~Y8F（WY7，WY8）4、A/D单元模拟量输入，通常以字为单位读取数据。CH1：WX9

（X90~X9F）

CH2：WX10

（X100~X10F）CH3：WX11

（X110~X11F）

CH4：WX12

（X120~X12F）

FP1-C24最多4个A/D通道。405、D/A单元模拟量输出，通常以字为单位读写数据。0#单元

CH0：WY9

（Y90～Y9F）CH1：WY10

（Y100～Y10F）1#单元：

CH0：WY11

（Y110~Y11F）

CH1：WY12

（Y120~Y12F）

FP1-C24最多4个D/A通道。416、内部继电器内部通用继电器

支持位寻址和字寻址，用于中间计算、存储。

R000~R62F（共16*63=1008点）字寻址时为WR0~WR62内部特殊继电器通常使用位寻址，用于存储各种状态标志。R9000~R903F（共16*4=64点，未全部使用）42常用内部特殊继电器：R9000—自诊断错误R9009—进位标志R900A—大于标志R900B—等于标志R900C—小于标志R9010—常ONR9011—常OFFR9013—第1扫描周期为ON，然后一直为OFFR901C—1秒脉冲437、定时/计数器共144个，默认为前100个为定时器