可编程序控制器的基础知识

第五章可编程序控制器的基础知识

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。

PLC的简史

在PLC问世前，继电接触器控制在工业控制领域中占主导地位，这种控制系统是采用固定接线的硬件实现控制逻辑。如果生产任务或工艺发生变化，就必须重新设计，改变硬件结构，这样造成时间和资金的浪费。

另外，大型控制系统用继电接触器控制，使用的继电器数量多，控制系统的体积大，耗电多，且继电器触点多为机械触点，工作频率较低，在频繁动作情况下寿命较短，造成系统故障，系统的可靠性差。为了解决这一问题，在1968年，美国最大汽车公司（GM公司）为了适应汽车型号不断翻新，以求在激烈竞争的汽车工业中占有优势，提出要求用一种新型的控制装置取代继电接触器控制装置，并且对于未来的新型控制装置作出了具体设想：把计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优点和继电接触器控制的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点溶入于新的控制装置中，且要求新的控制装置编程简单，使得不熟悉计算机的人员也能很快掌握它的使用技术。为此，特定以下10项公开招标的技术要求：（1）编程简单方便，可在现场修改程序；（2）硬件维护方便，采用插件式结构；（3）可靠性高于继电接触器控制装置；（4）体积小于继电接触器控制装置；（5）可将数据直接送入计算机；（6）用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB；（7）输入可以使交流115V；（8）输出为交流115V，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；（9）通用性强，扩展方便；（10）成本上可以与继电接触器控制系统竞争。

美国数字设备公司（DEC）根据GE公司招标的技术要求，于1969年研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GE公司汽车自动装配线上使用，获得成功。其后，日本、德国等相继引入这项新技术，可编程序控制器由此而迅速发展起来。一、PLC的名称定义

可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC。

可编程序控制器（ProgrammableController）简称PC。PC又成为个人计算机（PersonalComputer）的简称为了加以区别，现在又把可编程序控制器简称为PLC。

“可编程序控制器器是一种数字运算算操作的电子系统统，专为在工业环环境下应用而设计计。它采用可编程程序的存储器，用用来在其内部存储储程序，执行逻辑辑运算、顺序控制制、定时、计数和和算术运算等操作作的指令，并通过过数字的或模拟的的输入和输出，控控制各种类型的机机械设备或生产过过程。可编程序控控制器及其有关设设备，都应按易于于与工业控制系统统联成一个整体，，易于扩充功能的的原则设计”。IEC于1985年1月对可编程序控制制器作了如下定义义：定义强调了可编程程控制器是“数字字运算操作的电子子系统”，但它也也是一种计算机。。它是专为在工业业环境下应用而设设计的工业计算机机。这种工业计算算机采用“面向用用户的指令”，因因此编程方便。它它能完成逻辑运算算、顺序控制、定定时、计数和算术术操作，它还具有有“数字量或模拟拟量的输入输出控控制”的能力，并并且非常容易与““工业控制系统联联成一体”，易于于“扩充”。定义强调了可编程程控制器直接应用用于工业环境，它它须具有很强的抗抗干扰能力、广泛泛的适应能力和应应用范围。这也是是区别于一般微机机控制系统的一个个重要特征。为工业环境设计的的数字式运算操作作系统PLC可编程序控制器二、组成与分类：：中央处理器接收并存储程序和和数据用扫描方式接收数据诊断电源，内部电电路各种错误完成运算存储器只读存储器ROM随机存储器RAM可擦除只读存储器器EPRAM电可擦除只读存储储器EEPRAM输入/输出模块电源编程器可编程序控制器发发展到今天，已有有多种形式和类型型，且其功能也不不尽相同。（一）按容量和功能划分，大致可以分分为小型、中型、、和大型三类机型型。1．小型机小型PLC的功能一般以开关关量控制为主（有有些小型机可带少少量的模拟量I/O模块），它们的输输入输出点数较适适合接触器，继电电器控制的场合，，还能直接驱动电电磁阀等执行元件件。这这类PLC的特点是价格低廉廉、体积小巧、较较适合于控制单台台设备。2．中型机中型PLC一般都具有开关量量和模拟量的两种种控制功能，除了了具有小型机的一一般功能外，还具具有较强的数字计计算功能。为能将将温度、压力、流流量等模拟量与数数字量进行转换，，一般都有8位或12位的A/D、D/A转换模块。中型机机适合于温度、压压力、流量等的控控制和较复杂的开开关量控制以及要要求连续生产过程程控制的场合。3．大型机大型PLC的功能已具备某些些工业控制计算机机的功能，它不仅仅具有计算，控制制和调节的功能，，还具有网络连接接和通讯的功能。。大大型PLC机适用于设备自动动化控制，过程自自动化控制和生产产过程监控系统。。（二）按硬件结构形状划分按照可编程序控制制器的硬件结构形形状来划分，一般般可以分为整体式式，机架模块式和和叠装式三类结构构。三、PLC应用领域及发展方方向1．逻辑控制2．模拟量控制3．数字控制4．集散控制5．机电一体化6．通信控制网络化化四、工作原理PLC可以视为特殊的工工业控制计算机，，但其编程语言，工工作原理与计算机机不同PLC工作特点：采用循环扫描工作作技术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图7-10用户程序执行过程程示意图五、PLC编程语言图中的继电器是软继电器图中流过的电流是是概念电流图中的继电器线圈圈只能出现一次，，触点在编程时可可无限次引用梯形图编程语言（（LAD）特点：1．梯形图按自上而而下，从左到右的的顺序进行排列。。以一个继电器线线圈为一个控制逻逻辑行（即为一阶阶梯层）。每一条条逻辑行都起始于于左母线，终止于继电器线圈，右母线通常可以省省略不画。2．梯形图中母线的的意义类似于继电电器线路中的电源源线，但它不产生生实际的物理电流流，而只是假想在在梯形图中有“电电流”流动，我们们称之为“概念电流”。概念电流在梯梯形图中只能作从从左向右的单向流流动，改变层次也也只能先上后下。。3．梯形图由若干““梯层”组成。每个梯层层由若干条并联支支路组成。每条支支路又有若干个编编程符号串联组成成。支路或符号的的最大串联、并联联数都是有一定限限制的，具体PLC产品有不同规定。。4．梯形图中的继电电器线圈不是继电电控制电路中的物物理继电器，而是是与内存映像区中中的某一位相对应应的，因此称之为为“软继电器”。如果梯形图中中某继电器的线圈圈“通电”或触点点“闭合”，则映映像区中对应存储储器的状态为高电电平“1”；反之，则为低电电平“0”。梯形图中的继电器器又分为输出继电电器和内部继电器器。输出继电器所所对应的映像存储储器中的信号状态态（“1”或“0”），可以通过I/O接口去驱动外部负负载。内部继电器器包括辅助继电器器、定时器、计数数器、寄存器等，，它们所对应的映映像存储器中信号号状态（“1”或“0”），只可在编程中中供梯形图内部使使用，不能用作输输出控制。5．输入继电器仅供供PLC接受外部的输入信信号，而不能用内内部其它继电器的的触点来驱动或输输入信号。所以，，梯形图中只出现输输入继电器的触点点，不会出现输入入继电器的线圈。梯形图中输入继电电器的触点闭合表表示信号输入。6．在梯形图程序中中，继电器线圈一一般情况下只能出出现一次。而继电电器触点在编程时时则可无限次引用用，且既可以是常常开触点，也可以以是常闭触点。7．PLC运行时是按照梯形形图符号排列顺序序自上而下，从左左向右执行程序的的，即PLC是按照扫描方式顺顺序执行梯形图程程序的。因此不会会出现几条并列支支路同时动作的情情况，使得梯形图图设计大为简化。。六、PLC的基本性能指标1．存储器容量存储器容量指的是是存放用户程序的的RAM容量，通常用字（（每个字为16位二进制数）或K字节来表示，这里里的1K=1024个字。2．扫描速度扫描速度是以PLC执行1K字节的用户指令所所需时间来衡量，，常以ms/K为表示单位。3．输入/输出（I/O）点数I/O的点数是指PLC最大输入输出点的的总和。4．内部继电器（内存存区域）及其类型型PLC的内部继电器是专专供用户程序使用用，不同的继电器器有一个指定的内内存区域，并各自自担负着不同的功功能。内部继电器器不直接对外接负负载进行控制，它它仅供用户程序内内部调用，具有““软”继电器的特特征。常用的内部部继电器有内部辅辅助继电器，暂存存继电器，保持继继电器，定时/计数器，内部专用用继电器等。PLC的内部继电器种类类和数量越多，表表明其功能越强。。指令语言表编程语语言（STL）特点：与计算机汇汇编语言类似的助记符编程表达式5．编程语言（编程指指令）不同的PLC机型使用厂家各自自开发研制的编程程语言，互不兼容容，但对应功能的的指令都具有可移移植性。PLC的编程语言一般都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，基本指令令各种PLC共有，而功能指令令的条数越多表明明PLC的软件功能越强。。6．可扩展性PLC的扩展性可分为控控制点数的扩展和和控制区域的扩展展，也是衡量PLC性能的一个重要指指标。控制点数的扩展控制区域的扩展七、PLC硬件选择方法1、选型原则：使用场合、控制对对象、工作环境、性价比比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：AOp264页存储器容量估算与用户内存容量相相匹配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选择处理速度不同点数不同机型内存容量根据系统的要求选选择4、外形结构选择择平板型：小规模，，无扩展，价格低低廉块状型：小规模，，适中扩展，价格格低廉输入/输出模块插插件型：专供扩展展模块，适合中大规模系统统5、输入/输出模模块选择输入接口模块接受受来自按钮开关、、选择开关、行程程开关等送来的开开关量信号或者由由电位器、热电偶偶、测速发电机等等送来的模拟量信信号，然后送入PLC的CPU执行。输入接口模模块一般由光电耦耦合电路和微电脑脑的输入接口电路路组成。(1)输入接口模块直流：交流：脉冲冲：数字量模拟量输入模块电压电流AC110或AC220首选适用易产生电磁感应具有采样计数功能具有A/D变换功能，变换时间几ms-几十ms图7-4输入接口