第1章可编程控制器基础

可编程控制器原理及应用什么是可编程控制器（PLC）？P：Programmable可编程L：Logic逻辑C：Controller控制器名称规定：可编程控制器可编程序控制器个人计算机可编程逻辑控制器本门课中使用ProgrammableControllerPersonalComputerProgrammableLogicControllerPLC为什么要学习PLC？简单易学、上手快。普通工人经过短期培训就能够学会应用。PLC实用性高、应用广泛。PLC已经成为工业各相关领域中发展最快、应用最广的控制设备。与就业紧密结合。“会PLC者优先”学习PLC的目标？掌握PLC的组成及工作原理，熟悉PLC的指令系统，掌握PLC的各种功能。具备PLC控制系统硬件设计、软件编程和调试的基本能力，为走向工作岗位练就一身本领。懂原理会分析能维护会简单设计本学期学习PLC的三个层次知识与技能掌握CP1H系列PLC的功能和应用过程与方法掌握通过PLC相关手册学习的方法情感与态度培养面向工程的态度如何学习PLC？以教材为主线，适当扩展以OMRON为实例，举一反三以实际应用为目的，理论与实践相结合激发学习兴趣，课后浏览工业控制相关网站，开拓视野，了解行业发展情况http://

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第1章可编程控制器基础1.1PLC的基本概念1.2PLC的特点与发展趋势1.3PLC的基本结构与类型1.4PLC的工作原理与性能指标1.1可编程控制器的基本概念计算机技术与继电器逻辑控制概念相结合的一种新型控制器。以微处理机（CPU）为核心，用作数字控制的专用计算机。20世纪20年代继电器接触器控制优点：简单、方便、便宜接触器电动机按钮电源空气开关热继电器熔断器L1L2L3继电器接触器控制的缺点：体积大速度慢功能单一硬件接线逻辑、接线复杂通用性和灵活性较差可编程控制器的产生源于继电器逻辑电路配线复杂什么时间？谁提出要造PLC？1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM公司）为了适应生产工艺不断更新的需要，期望找到一种新的方向，尽可能减少重新设计继电控制系统和重新接线的工作，以降低成本、缩短周期。GM公司提出了十项招标指标，即：（1）编程方便，现场可修改程序；（2）维修方便，采用模块化结构；（3）可靠性高于继电器控制装置；（4）体积小于继电器控制装置，能耗较低；（5）数据可直接送入管理计算机，便于监控系统运行状态；（6）成本可与继电器控制装置竞争；（7）可直接用115V交流输入；（8）输出为115V，2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等；（9）通用性强，易于扩展；（10）用户程序存储器容量可扩展到4KB。GM10条的核心要求：采用软件代替硬件接线。1969年，美国数字设备公司（DEC公司）研制出了第一台可编程序逻辑控制器（PLC）。1971年，日本引进美国技术1973年，西欧国家研制成功以上形成了市场上PLC的三大流派。我国1974年开始仿制，1977年研制出第一台具有实用价值的PLC。国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿中对可编程控制器定义如下：

可编程控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计数字式电子系统。它采用了可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等功能的面向用户的指令，并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。可编程控制器及其有关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。PLC发展历程经历了四个阶段：第一代逻辑控制、定时计数崛起阶段第二代数据处理、模拟量控制成熟阶段第三代数据通信、工控网络通信阶段第四代高性能、多功能系统阶段PLC制造商日本OMRON（欧姆龙）公司、MITSUBISHI（三菱）公司。德国的SIEMENS（西门子）公司。法国的SCHNEIDER（施奈德）公司。美国的Rockwell（罗克韦尔）公司（包括AB公司产品）。西门子系列PLCGE系列PLCAB系列PLCLG系列PLC三菱系列PLC欧姆龙系列PLC1.2可编程控制器的特点与发展趋势1.2.1可编程控制器的特点应用简便可靠性高环境适应性强功能完善成熟的工控网络体系1.2.2可编程控制器的发展趋势更快的处理速度、多CPU结构和容错系统编程语言与工具日趋标准化和高级化强化PLC的联网通信能力记忆容量大、适用性强向小型化、高机能的整体型发展1.3可编程控制器的基本结构和类型1.3.1可编程控制器的基本结构上位计算机PLC可编程终端PT（触摸屏）输出设备输入设备

IO扩展单元特殊功能单元输出单元输入单元

电源外设接口扩展口存储器

系统程序存储器CPU

用户程序存储器编程器…1.中央处理机大脑CPU+存储器中央处理器（CPU）从存储器中读取指令执行指令准备取下一条指令存储器（Memory）用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量等ROM系统程序EEPROM、FLASHRAM用户程序、变量专用电池电源PLC电源：DC24V、AC220V输出电源：DC24V后备电源：RAM、锂电池设备电源：DC24V、AC220V等输入输出部分PLC与被控设备相连接的接口电路。输入接口电路将输入信号转换成CPU能够接收处理的信号。输入设备：限位开关、操作按钮、行程开关以及一些其他传感器。光耦合电路输入接口电路输出接口电路将CPU送出的微弱控制信号转换成现场需要的强电信号输出。输出设备指示灯、电磁阀、接触器等执行元件。输出接口电路功率放大电路继电器、晶闸管、晶体管编程方式专用编程器手持编程器编程软件PLC适配器显示屏工作方式选择开关编程位主机监控位运行位编程器直插式编程器PLC与编程器的连接1.3.2可编程控制器的类型按I/O点数、存储容量和功能分类超小型小型中型大型超大型按结构形式分类整体式结构将CPU、存储器、I/O点、电源等硬件都装在一个机壳内的PLC。模块式结构将PLC各部分分成若干个单独的模块。1.4可编程控制器的工作原理与性能指标1.4.1可编程控制器的工作原理1.可编程控制器的等效电路继电器控制逻辑“与”串联“或”并联“非”常闭触点KMFUFRM3~QFUSB2SB1KMKM主电路控制电路SB1按下KM得电SB2按下KM失电KMFUFR

M3~

QPLC~SB1SB2KM000000000110000COMCOM软接线主电路PLC控制电路SB1闭合KM得电SB2闭合KM失电USB接触器电动机按钮电源空气开关热继电器熔断器直流电源L1L2L3N等效电路图输入部分用户程序输出部分PLC00000010000000110000SB1SB2~KM10000COM0000000001COM00000≈00001输入端子软触点软线圈输出端子~KM线圈通电SB1闭合00000闭合接点闭合KMFUFR

M3~QKM通电KM通电触点闭合电动机转触点闭合PLCCOM000000000000001≈00000010000000110000COM1000000001SB2PLC~SB1SB2KM000000000110000COMCOM相同点：PLC梯形图与继电器控制电路的符号基本类似，结构基本相同，反映的输入、输出逻辑关系基本一致。000000100010000PLC控制00001SB2KMKM继电器控制SB1线圈线圈常开触点常开触点常闭触点常闭触点PLC控制与继电器控制比较不同点：继电器控制PLC控制（1）组成器件硬件继电器“软继电器”（2）触点情况数量、寿命限制不限（3）工作电流实际电流“能流”（4）接线方式复杂简单（5）工作方式并行循环扫描2.可编程控制器的工作方式循环扫描：周而复始地进行扫描工作。（1）输入采样阶段读入所有输入状态和数据，存入输入映像寄存器区（存储器输入暂存区）中相应的单元。（2）用户程序执行阶段从梯形图的第一个梯级开始自上而下、从左向右依次扫描用户程序。（3）输出刷新阶段将输出映像寄存器的状态和数据传送到输出所存器，再经输出电路的隔离和功率放大，转换成适用于被控装置接收的电压、电流或脉冲信号驱动各种执行器。输入采样阶段

用户程序执行阶段输出刷新阶段设置各异常继电器异常：(ERR/ALM)LED灯亮警告：(ERR/ALM)LED闪烁异常或警告？无有异常检查结果正常？扫描周期监视时间预置执行用户程序程序结束？(END命令？)NoYes扫描周期固定值设定检查有固定值设置？等待设定扫描周期到计算扫描周期

I/O刷新正常异常警告接通电源初始化I/O外设端口服务初始化I/O、内部辅助、特殊辅助、辅助记忆继电器区域清零定时器预置识别扩展单元公共处理执行用户程序扫描周期计算处理刷新硬件、用户程序内存检查外设端口服务循环扫描工作流程PLC接通电源

初始化硬件检查正常？异常报警异常处理扫描周期监视执行用户程序程序结束？扫描周期检查有固定设置？等待扫描周期计算I/O刷新外设端口服务异常

公共处理

执行用户程序扫描周期计算新刷务外设服3.扫描周期PLC执行一次扫描的时间。PLC的重要技术指标。WDT看门狗定时器超时错误分析设计程序时要有扫描周期的概念！5.I/O响应时间（1）I/O信号的传递过程读读读写写执行用户程序I/O刷新I/O刷新

I/O刷新

I/O刷新1000110000000000000110000输入端子输入电路输入映像寄存器输出电路输出端子元件映像寄存器输出锁存器

用户输出设备用户输入设备（2）产生I/O滞后现象的原因由于PLC采用循环扫描的工作方式输入滤波器对信号的延迟作用输出继电器的动作延迟（继电器输出型）（3）最小I/O响应时间输入触点输入滤波输出锁存输出触点刷新执行程序其他刷新执行程序其他扫描周期(Ts)扫描周期(Ts)输入ON延时输出ON延时I/O响应时间（4）最大I/O响应时间输入ON延时输入触点输入滤波输出锁存输出ON延时输出触点I/O响应时间刷新执行程序