Lec5 可编程序控制器基础知识

第5讲

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可编程序控制器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。八、PLC硬件选型一、可编程控制器的产生二、可编程控制器的定义三、组成与分类四、PLC主要功能五、PLC工作原理六、PLC编程语言七、PLC的基本性能指标一、可编程控制器的产生

可编程控制器最先出现在美国，1968年，美国的汽车制造公司通用汽车公司(GM)提出了研制一种新型控制器的要求，并从用户角度提出新一代控制器应具备以下十大条件：一、可编程控制器的产生--GM十条1.编程简单，可在现场方便地编辑及修改程序；2.价格便宜，其性能价格比要高于继电器控制系统；3.体积要明显小于继电器控制柜；4.可靠性要明显高于继电器控制系统；5.具有数据通信功能；6.输入可以是AC115V。7.输出为AC115V，2A以上。8.硬件维护方便，最好是插件式结构。9.扩展时，原有系统只需做很小改动。10.用户程序存储器容量至少可以扩展到4K。一、可编程控制器的产生1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器，型号为PDP-14，并在GM公司的汽车生产线上首次应用成功。称为可编程序逻辑控制器。第一个把PLC商品化的是美国的哥德公司(GOULD)，时间也是1969年，型号为084。1971年，日本研制出第一台可编程控制器DSC-8。1973～1974年，德国和法国也都相继研制出自己的可编程控制器，西门子(1973)研制欧洲第一台，型号为SIMATICS4。我国从1974年开始研制，1977年开始工业应用。二、可编程控制器的定义（1）

美国电气制造商协会(NEMA)(1980’)：“可编程控制器是一种带有指令存储器，数字的或模拟的输入／输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算等功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。”二、可编程控制器的定义（2）IEC(1985’)：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的或模拟的输入和输出，控制各种类型的机械设备或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则设计”。三、组成与分类—组成三、组成与分类—组成中央处理器接收并存储程序和数据用扫描方式接收数据诊断电源，内部电路各种错误完成运算三、组成与分类—组成存储器只读存储器ROM随机存储器RAM可擦除只读存储器EPRAM电可擦除只读存储器EEPRAMFlash输入/输出模块电源编程器(电脑)三、组成与分类—分类一）按容量和功能划分，大致可以分为小型、中型、和大型三类机型。小型PLC的功能一般以开关量控制为主(256点以下)中型PLC一般都具有开关量和模拟量的两种控制功能(256～1024点之间)大型PLC的功能已具备某些工业控制计算机的功能，它不仅具有计算，控制和调节的功能，还具有网络连接和通讯的功能。(点数大于1024)注：现在小型机功能也在增强三、组成与分类—分类二）按硬件结构形状来划分，一般可以分为整体式，机架模块式和叠装式三类结构。三、组成与分类—分类

一般的小型机多为整体式结构。这种结构PLC的电源、CPU、I/O部件都集中配置在一个箱体中，有的甚至全部装在一块印刷电路板上。整体式三、组成与分类—分类

模块式的PLC各部分以单独的模块分开设置,如电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块及其它智能模块等。而各个模块板之间是通过背板总线连接的。一般中型机、大型机和巨型机PLC均采用这种结构。机架模块式三、组成与分类—分类叠装式其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。四、PLC主要功能1．逻辑控制2．模拟量控制3．定时控制4．计数控制5.步进控制6．数据处理7．通信联网四、PLC主要功能1．逻辑控制这是PLC最基本最广泛的应用领域，用来取代继电器控制系统。PLC根据操作按钮、限位开关及其它现场给出的指令信号和传感器信号，按逻辑控制执行部件进行相应的操作。2．模拟量控制PLC还可以实现模拟量（如温度、压力等）的采集与控制。过去，由于PLC擅长逻辑控制，模拟量的控制主要靠仪表控制或集散系统来实现。目前，不但大、中型PLC都具有模拟量处理功能，甚至很多小型PLC也具有模拟量处理功能，而且编程和使用都很方便。四、PLC主要功能3．数字控制

PLC为用户提供了一定数量的定时器，并设置了定时器指令，使用它们可实现定时操作的控制，同时PLC还提供了高精度的时钟脉冲，用于准确的实时控制。4．计数控制PLC为用户提供的计数器分为普通计数器、可逆计数器、高速计数器等，用来完成不同用途的计数控制。当计数器的计数值等于计数器的设定值时，发出控制命令。5．步进控制

PLC为用户提供了一定数量的移位寄存器，用移位寄存器可方便地完成步进控制功能。有些PLC还专门设有步进控制指令，使得步进控制更为方便。四、PLC主要功能6．数据处理大部分PLC都具有不同程度的数据处理功能，能完成数据运算如：加、减、乘、除、乘方、开方等，逻辑运算如：与、或、异或、求反等，移位、数据比较和传送及数值的转换等操作。7．通信联网

大部分目前大多数PLC都具备了通信能力，能够在PLC与PLC、PLC与计算机之间进行通信，通过这些通信技术，使PLC联成网络，构成工厂自动化(FA)系统。五、工作原理PLC可以视为特殊的工业控制计算机，但其编程语言，工作原理与计算机不同PLC工作特点：采用循环扫描工作技术五、工作原理--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：运算，处理数据，结果写入输出映象寄存器输出刷新：转输出映象寄存器数据至输出状态寄存器五、工作原理--PLC工作过程程序执行过程示意图

六、PLC编程语言--梯形图（LAD）

梯形图语言是一种以图形符号及图形符号在图中的相互关系表示控制关系的编程语言，是从继电器电路图演变过来的。

绘梯形图的一种设计思想:将可编程控制器中参与逻辑组合的元件看成和继电器一样,具有常开、常闭触点及线圈,且线圈的得电失电将导致触点的相应动作;再用母线代替电源线,用能量流概念来代替继电器电路中的电流概念;使用绘制继电器电路图类似的思路绘出梯形图。

PLC中的继电器等编程元件不是实际物理元件,而只是计算机存储器中一定的位,它的所谓接通不过是相应存储单元置1而已。六、PLC编程语言--梯形图（LAD）符号名称继电器电路图符号梯形图符号常开触点常闭触点线圈Eg.LAD说明(1)1．梯形图按自上而下，从左到右的顺序进行排列。每一条逻辑行都起始于左母线，终止于继电器线圈，右母线通常可以省略不画。2．梯形图中母线的意义类似于继电器线路中的电源线，但它不产生实际的物理电流，而只是假想在梯形图中有“电流”流动，我们称之为“概念电流”。概念电流在梯形图中只能作从左向右的单向流动，改变层次也只能先上后下。LAD说明(2)

3．梯形图由若干“梯层”组成。每个梯层由若干条并联支路组成。每条支路又有若干个编程符号串联组成。支路或符号的最大串联、并联数都是有一定限制的，具体PLC产品有不同规定。

4．梯形图中的继电器线圈不是继电控制电路中的物理继电器，而是与内存映像区中的某一位相对应的，因此称之为“软继电器”。如果梯形图中某继电器的线圈“通电”或触点“闭合”，则映像区中对应存储器的状态为高电平“1”；反之，则为低电平“0”。LAD说明(3)梯形图中的继电器又分为输出继电器和内部继电器。输出继电器所对应的映像存储器中的信号状态（“1”或“0”），可以通过I/O接口去驱动外部负载。内部继电器包括辅助继电器、定时器、计数器、寄存器等，它们所对应的映像存储器中信号状态（“1”或“0”），只可在编程中供梯形图内部使用，不能用作输出控制。

5．输入继电器仅供PLC接受外部的输入信号，而不能用内部其它继电器的触点来驱动或输入信号。所以，梯形图中只出现输入继电器的触点，不会出现输入继电器的线圈。梯形图中输入继电器的触点闭合表示信号输入。

6．在梯形图程序中，继电器线圈一般情况下只能出现一次。而继电器触点在编程时则可无限次引用，且既可以是常开触点，也可以是常闭触点。LAD说明(4)

7．PLC运行时是按照梯形图符号排列顺序自上而下，从左向右执行程序的，即PLC是按照扫描方式顺序执行梯形图程序的。因此不会出现几条并列支路同时动作的情况，使得梯形图设计大为简化。六、PLC编程语言--指令表

指令表也叫做语句表。它和单片机程序中的汇编语言有点类似,由语句指令依一定的顺序排列而成。一条指令一般可分为二部分,一为助记符,二为操作数。

指令表语言和梯形图有严格的对应关系。对指令表运用不熟悉的人可先画出梯形图,再转换为语句表。另一方面,程序编制完毕装入机内运行时,简易编程设备都不具备直接读取图形的功能,梯形图程序只有改写为指令表才有可能送入可编程控制器运行。

六、PLC编程语言--功能块图

功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言。该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系,方框的左侧为逻辑运算的输入变量,右侧为输出变量,输入端、输出端的小圆圈表示“非”运算,信号自左向右流动。ORANDSRS1Q1RTest1Test2Sw1%IX3ResetStart六、PLC编程语言--顺序功能图

顺序功能图常用来编制顺序控制类程序。它包含步、动作、转换三个要素。顺序功能编程法将一个复杂的顺序控制过程分解为一些小的工作状态,对这些小状态的功能分别处理后再将它们依顺序连接组合成整体的控制程序。步1步2步3动作1动作2转换1转换21．存储器容量

存储器容量指的是存放用户程序的RAM容量，通常用字（每个字为16位二进制数）或K字节来表示，这里的1K=1024个字。七、PLC的基本性能指标2．扫描速度扫描速度是以PLC执行1K字节的用户指令所需时间来衡量，常以ms/K为表示单位。3．I/O点数I/O的点数是指PLC最大输入输出点的总和。4．内部继电器及其类型

内部继电器是专供用户程序使用，具有“软”继电器的特征。常用的内部继电器有内部辅助继电器，定时/计数器，内部专用继电器等。PLC的内部继电器种类和数量越多，表明其功能越强。5．编程语言(编程指令)不同的PLC机型使用厂家各自开发研制的编程语言，互不兼容，但对应功能的指令都具有可移植性。PLC的编程语言一般都具备用梯形图语言和助记符指令编程的能力。编程指令又分成基本指令和功能指令两大类，基本指令各种PLC共有，而功能指令的条数越多表明PLC的软件功能越强。七、PLC的基本性能指标6．可扩展性PLC的扩展性可分为控制点数的扩展和控制区域的扩展，也是衡量PLC性能的一个重要指标。控制点数的扩展、控制区域的扩展1、选型原则：使用场合、控制对象、工作环境、性价比2、选型方法输入/输出点数估算开关输入点：DI开关输出点：DO模拟输入点：AI模拟输出点：AO八、PLC硬件选型存储器容量估算：与用户内存容量相匹配3、功能选择运算功能逻辑运算定时运算计数运算四则运算根据系统的要求选择八、PLC硬件选型处理速度不同点数不同机型