PLC-3 第二章 可编程控制器的构成及工作原理

第二章

可编程控制器的构成及 工作原理

第1节

可编程控制器的产生与发展

一、可编程控制器的产生上个世纪60年代末期开始研制。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”。GM10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：性价比高于继电器控制系统；6）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。1969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。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。但为了与其它控制器区别，现仍多称为PLC。二、可编程控制器的发展2、目前PLC的发展新一代网络型PLC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PLC向小型、简易及廉价方向发展。中、高档PLC向中大型、高速、多功能、网络化方向发展，可对大规模、复杂系统进行综合控制。3、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。1）开关量逻辑控制主要用于生产流水线控制及联锁保护系统等；2）运动控制主要用于加工机械、吊车、工业机器人、电梯等控制；3）过程控制主要用于连续变化的模拟量（如温度、压力、流量等）的闭环控制；4）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。三、可编程控制器的应用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第2节

可编程控制器的构成及工作过程

一、可编程控制器的构成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。二

、可编程控制器的分类2、按结构型式分类常用的PLC可分为整体式和模块式PLC。1)整体式PLC：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。通常微型及小型PLC采用此结构。2)模块式PLC：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。通常中大型PLC采用此结构。1、小型PLC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三、可编程控制器的工作过程2、中大型PLC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1

、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梯形图编程语言四、可编程控制器的编程语言I0.0I0.1Q0.0Q0.0()2、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。A(OI0.0OQ0.0)ANI0.1=Q0.0指令语句编程语言梯形图编程语言I0.0I0.1Q0.0Q0.0()3、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。继电器控制线路RQTR逻辑符号图编程语言>=1I0.0Q0.0&I0.1=Q0.04、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PLC取代以继电器控制系统的原因是: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PLC控制系统。但对于一些简单的系统，由于其控制逻辑简单，采用继电器系统时，成本较低。所以，目前仍有大量的继电器系统在使用。第3节

PLC与其它控制系统比较

一、PLC与继电器控制系统比较

可编程序控制器与集散系统(分布式控制系统)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。集散控制系统是由回路仪表控制系统发展而来,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。与PLC系统相比，功能较为完善，但成本较高。目前，大多用于中、大规模控制系统中。二、PLC与集散控制系统（DCS）比较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。特别是大型PLC出现后，由于其运算速度快，存储器容量大，处理功能完善，网络系统形式多样，现已在中、大型系统中得到广泛应用。三、PLC与工业控制计算机比较

这两种设备都适合于工业控制应用。工业控制计算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、各厂家产品不兼容。工业控制机由于直接由通用微机而来,采用板卡结构，软件资源较为丰富,特别是有实时操作系统的支持,