PLC课件-第1章 PLC 概述

第一章PLC概述1.1PLC的产生及定义1.2PLC的特点及应用1.3PLC的主要性能指标及分类1.4PLC的基本结构与工作原理（※）《可编程序控制器》1.1PLC的产生与定义20世纪20年代始，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械----传统继电器-接触器控制系统。1.

PLC的产生优点：结构简单、容易掌握、价格便宜缺点：设备体积大，可靠性差；反应速度慢；只能实现简单的顺序控制和逻辑控制，难于实现复杂的控制；接线复杂，通用性和灵活性差。《可编程序控制器》1.1PLC的产生与定义1.

PLC的产生←继电器←PLC《可编程序控制器》继电器电梯控制柜→1.1PLC的产生与定义1968年美国通用汽车公司（GM）决定对汽车生产线采用计算机程序控制，并进行公开招标，对汽车生产线控制系统提出具体要求，即著名的GM10条：（1）编程方便，可现场修改程序；（2）维修方便，采用插件式结构；（3）可靠性高于继电器控制装置；（4）体积小于继电器控制盘；（5）数据可直接送入管理计算机；（6）成本可与继电器控制盘竞争；（7）输入可以是交流115V（美国电压标准）；（8）输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器、电磁阀；（9）扩展时原系统改变最小；（10）用户存储器至少能扩展4KB；GM10条《可编程序控制器》优点＋优点硬件→软件1.1PLC的产生与定义1969年--美国数字设备公司（DEC）研制开发出世界上第一台可编程控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用。直到70年代初期--PLC仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制，被称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC。20世纪70年代中期--出现了微处理器和微型计算机，人们将微机技术应用到PLC中，使其真正成为一种电子计算机工业控制设备。1980年--美国电气制造商协会(NEMA)正式将其命名为可编程序控制器（ProgrammableController），简称PC，但是由于它和个人计算机（PersonalComputer）的简称容易混淆，所以现在仍把可编程序控制器简称为PLC。《可编程序控制器》国际电工委员会(IEC)对PLC的定义：“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，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械运动或生产过程。2.

PLC的定义1.1PLC的产生与定义《可编程序控制器》1.PLC的特点1.2PLC的特点与应用优点①可靠性高(平均无故障时间30万小时)，抗干扰能力强②编程方便，易于使用③通用性强、应用灵活④体积小、结构紧凑、安装、调试与维护方便《可编程序控制器》缺点①PLC的软、硬件体系结构不开放，如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源也不相同。②编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构都不一致，各公司的PLC互不兼容。2.PLC的应用1.2PLC的特点与应用PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广泛应用于冶金、机械、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、交通等行业。经验表明，80%以上的工业控制可以使用PLC来完成。在日本，凡8个以上中间继电器组成的控制系统都已用PLC所取代。《可编程序控制器》1.2PLC的特点与应用（1）开关量的逻辑控制如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。（2）过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。（3）运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

《可编程序控制器》1.2PLC的特点与应用（4）数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（5）通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。《可编程序控制器》1.2PLC的特点与应用《可编程序控制器》PLC在水泵房控制系统中的应用1.2PLC的特点与应用《可编程序控制器》PLC在电梯监控系统中的应用1.2PLC的特点与应用《可编程序控制器》PLC应用于水源热泵空调系统1.2PLC的特点与应用《可编程序控制器》①小型化、专用化和低价格②大型、高速、多功能和分布式全自动网络化③基于个人计算机的编程软件取代手持式编程器④可编程序控制器编程语言的标准化3.PLC的发展趋势1.2PLC的特点与应用《可编程序控制器》1.PLC的主要性能指标（1）输入输出（I/O）点数（2）PLC内部继电器的种类和点数（3）用户程序存储量（4）扫描时间（5）编程语言及指令功能（6）工作环境（7）可扩展性1.3PLC的主要性能指标及分类《可编程序控制器》PLC国外主要品牌：MITSUBISHI、OMRON、SIEMENS、A-B、Schneider台湾：台达国内：和利时、信捷、海为（1）根据I/O点数及存储器的容量分类

类型I/O点数存储器容量产品小型<2560-4K字西门子S7-200三菱FX系列中型256-10248K字西门子S7-300OMRONC200H大型>10248K-16K字西门子S7-400OMRONCS11.3PLC的主要性能指标及分类《可编程序控制器》2.PLC的分类（2）根据结构形式分类整体式（箱体式）机架模块式三菱FX系列PLC西门子S7-3001.3PLC的主要性能指标及分类《可编程序控制器》（3）根据PLC功能的强弱分类低档机中档机高档机1.3PLC的主要性能指标及分类《可编程序控制器》（4）根据生产厂家的产品类型、系列分类1.3PLC的主要性能指标及分类《可编程序控制器》欧洲：西门子(Siemens)；法国的TE(Telemecanique)美国：A-B(Allen-Bradly)、GE(GeneralElectric)日本：三菱电机(MitsubishiElectric)、欧姆龙(OMRON)1.4PLC的基本结构与工作原理（※）1.PLC的基本结构《可编程序控制器》1.4PLC的基本结构与工作原理（※）PLC的结构框图1.4PLC的基本结构与工作原理（1）中央处理单元（CPU）（2）存储器（3）输入/输出（I/O）单元（4）外设I/O接口（5）I/O扩展接口（6）电源PLC的基本结构组成《可编程序控制器》（1）中央处理单元(CPU)1.4PLC的基本结构与工作原理接受、存储用户程序。以扫描方式接收来自输入单元的数据和状态信息，并存入相应的数据存储区。执行监控(系统)程序和用户程序，完成数据和信息的逻辑处理，产生相应的内部控制信号，完成用户指令规定的各种操作。响应外部设备(如编程器，打印机)的请求。《可编程序控制器》PLC常用的CPU类型：①通用微处理器(如Z80、8086、80286等)②单片微处理器(如8031、8096等)③位片式微处理器(如AMD29W等)FX2N系列采用的微处理器是16位的8096系列单片机小型PLC：大多采用8位通用微处理器和单片微处理器中型PLC：大多采用16位通用微处理器或单片微处理器大型PLC：大多采用高速位片式微处理器(32位)小型PLC为单CPU系统，中大型PLC大多为双CPU或多CPU系统1.4PLC的基本结构与工作原理《可编程序控制器》（2）存储器用于储存系统程序、用户程序及重要工作数据。1.4PLC的基本结构与工作原理存储器的类型：①可读/写操作的随机存储器RAM②只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM《可编程序控制器》系统程序可完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用、管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能。由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改，和PLC硬件组成有关，关系到PLC的性能。1.4PLC的基本结构与工作原理《可编程序控制器》用户程序是用户根据控制对象生产工艺及控制要求而编制的应用程序。为方便读写、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。为了防止外界干扰对RAM中程序的破坏，可将其固化在EPROM中。现在有许多PLC已直接采用EEPROM作为用户存储器。1.4PLC的基本结构与工作原理《可编程序控制器》工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常要存取的一些重要数据。工作数据存放在RAM中，可随机存取。在工作数据存储器中，设有存放输入/输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区。器件的状态由用户程序的初始设置和运行情况确定。根据需要，部分数据在掉电时可用后备电池维持其现有的状态，称为保持数据区。1.4PLC的基本结构与工作原理《可编程序控制器》（3）输入/输出（I/O）单元（※）输入/输出单元是PLC与工业生产现场之间的连接通道。输入接口：可以检测被控对象的各种数据，是PLC对被控制对象进行控制的依据。输出接口：将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。作用：①电平转换-电路匹配②光电隔离及滤波-抗干扰③状态指示-方便使用与维护1.4PLC的基本结构与工作原理1.4PLC的基本结构与工作原理1.4PLC的基本结构与工作原理《可编程序控制器》※类型①开关量输入/输出单元②模拟量输入/输出单元（模块）常用开关量输入接口①直流输入接口②交流输入接口③交/直流输入接口常用开关量输出接口①继电器输出接口响应速度慢、动作频率低，可驱动交流或直流负载②晶体管输出接口响应速度快、动作频率高，只能驱动直流负载③晶闸管输出接口响应速度快、动作频率高，只能驱动交流负载1.4PLC的基本结构与工作原理《可编程序控制器》PLC内部等效电路1.4PLC的基本结构与工作原理《可编程序控制器》COMX1X2X3X4X5X6X7X0(X1)(X3)(X5)按钮SB1行程开关SQ1SB2(T0)(Y0)(M100)X1X3Y0X1M100X5X7Y2Y3Y2Y1Y1Y0Y0M指示灯负荷输入继电器输出继电器辅助继电器外部输出触点电源K10梯形图PLCX0X1X2X3X4X5X6X7PLC24VCOM接近开关手动开关限位开关继电器触点按钮开关量输入接线示意图1.4PLC的基本结构与工作原理《可编程序控制器》开关量输出接线示意图1.4PLC的基本结构与工作原理《可编程序控制器》电源电源Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7PLC1.4PLC的基本结构与工作原理《可编程序控制器》开关量输入/输出接线示意图输入/输出（I/O）点数指PLC的I/O接口所能接受的输入信号和输出信号个数的总和。I/O点数是选择PLC的重要依据之一。当I/O点数不够时，可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展。PLC按I/O点数的一种分类方法：小于32为微型PLC32～128为微小型PLC128～256为小型PLC256～1024为中型PLC大于1024为大型PLC4000以上为超大型PLC1.4PLC的基本结构与工作原理《可编程序控制器》（4）外设I/O接口外设I/O接口是PLC主机实现人机对话、机机对话的通道。通过它，PLC可以和编程器、彩色图形显示器、打印机等外部设备相连，也可以与其他PLC或上位计算机相连。1.4PLC的基本结构与工作原理《可编程序控制器》（5）I/O扩展接口I/O扩展接口是用于对PLC主机扩展输入/输出点数和类型的部件。输入/输出扩展单元、远程输入/输出扩展单元、智能输入/输出单元等都通过该接口与主机相连。I/O扩展接口有并行接口、串行接口等多种形式。1.4PLC的基本结构与工作原理《可编程序控制器》（6）电源1.4PLC的基本结构与工作原理PLC使用220V交流电源（AC85V～240V）或24V直流电源。内部的开关电源可为各功能模块提供DC5V、±12V、24V等直流电源。与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。对电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值±15%的范围内波动。《可编程序控制器》1.4PLC的基本结构与工作原理1.4PLC的基本结构与工作原理（1）PLC的继电器PLC可看成是由普通继电器、定时器、计数器等组合而成的电气控制系统。要特别注意，PLC内部的继电器实际上是指存储器中的存储单元，称为软继电器。当输入到存储单元的逻辑状态为1时，则表示相应继电器的线圈通电，其常开触点闭合，常闭触点断开；当输入到存储单元的逻辑状态为0时，则表示相应继电器的线圈断电，其常开触点断开，常闭触点闭合。PLC继电器的特点：体积小、功耗低、无触点、速度快、寿命长，理论上具有无限多的常开、常闭触点供程序使用。《可编程序控制器》2.PLC的工作原理1.4PLC的基本结构与工作原理《可编程序控制器》物理继电器的表示符号：常开触点常闭触点线圈PLC软继电器的表示符号：常开触点常闭触