可编程控制器讲课课件

可编程控制器原理及应用ProgrammableLogicController(PLC)

ProgrammableController(PC)

可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上，逐步发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。§1概述一、发展概况PLC可编程控制器可编程控制器的产生可编程控制器（ProgrammableLogicController)简称PLC。上世纪60年代，在世界性技术改造浪潮的冲击下，要求寻找一种比继电器更可靠、功能更齐全、响应速度更好的新型工业控制器。1968年，美国最大的汽车制造商———通用汽车公司从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件：1968年美国通用汽车公司提出的替代继电器控制系统的新型控制器的十项指标：1、编程简单，可在现场修改程序；2、维护方便，最好是插件式；3、可靠性高于继电器控制柜；4、体积小于继电器控制柜；5、可将数据直接送入管理计算机；6、在成本上可与继电器控制柜竞争；7、输入可以是交流115V；8、输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀；9、在扩展时，原有系统只要很小变更；10、用户程序存储器容量至少能扩展到4K字节。■世界上第一台PLC

1969年由美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）的要求研制成功。PDP-14

◆设计思想：吸取继电器和计算机两者的优点

☆继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但简单易懂、价格便宜；☆计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程困难；☆采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）二、PLC的品牌产品三菱：FX1S、FX1N、FX2N、Q、A系列日立：E、EC、EM、EMII、H、EH-150、MICRO-EH系列东芝：EX20EX40系列富士：NB、NJ、NS、SPB系列松下：FP0、FP1、FP2、FP2SH、FP3、FPM、FPC、FP5、FP10、FP10S、FP10SH系列欧姆龙：CPM1A、CPM2A、C200H、CQM1、CQM1A、

CJ系列SIEMENS：SIMATICS7-200S7-300S7-400系列施耐德：Twido系列通用：GE-I系列德洲仪器：TI100系列LG：K10、K30、K60、K80、K100、K120、K120S（E）、

K200、K300、K1000系列二、PLC的品牌产品FX-PLCFX0SFX0NFX1S/FX1NFX2NAnSQnA/AnAQnSS7-200S7-300S7-400LOGOCSPC200HCS三、主要功能1.逻辑控制可编程序控制器具有逻辑运算功能，它设置有“与”、“或“、“非”等逻辑运算指令，能够描述继电器触点的串联、并联、串并联、并串联等各种连接。因此它可以代替继电器进行组合逻辑和顺序逻辑控制。2.定时控制可编程序控制器具有定时控制功能。它为用户提供若干个定时器并设置了定时指令。定时时间可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，定时时间的最小单位也可在一定的范围内进行选择，因此，使用灵活，操作方便。3.计数控制可编程序控制器具有计数控制功能。它为用户提供若干个计数器并设置了记数指令。计数值可由用户在编程时设定，并能在运行中被读出与修改，有些可编程序控制器还设置了加计数、减计数两种不同的记数方式。

4.A/D、D/A转换大多数可编程序控制器还具有模/数（A/D）和数/模（D/A）转换功能，能完成对模拟量的检测与控制。三、主要功能5.定位控制有些可编程序控制器具有步进电动机和伺服电动机控制功能，能组成开环系统或闭环系统，实现位置控制。

6.通信与联网有些可编程序控制器具有联网和通信功能，可以进行远程I/O控制，多台可编程序控制器之间还可以进行同位链接，还可以与计算机进行上位链接。由一台计算机和多台可编程序控制器可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以完成较大规模的复杂控制。三、主要功能7.数据处理功能大多数可编程序控制器都具有数据处理功能，能进行数据并行传送、比较运算；BCD码的加、减、乘、除等运算；还能进行字的按位“与”、“或”、“异或”、求反、逻辑移位、算术移位、数据检索、比较、数制转换等操作。

随着科学技术的不断发展，可编程序控制器的功能还在不断拓宽和增强。三、主要功能四、主要特点1.可靠性高、抗干扰能力强、适用于恶劣工作环境

2.编程简单易学

3.应用灵活方便

4.通用性强

5.具有完善的监视和诊断功能

6.体积小、重量轻、功耗小、安装维护方便、性价比高1）各种机械行业，可实现设备、自动线的自动化控制；2）顺序控制、过程控制、位置控制、生产过程的监控和管理、结合网络技术；3）数字量、模拟量的数据采集；五、应用范围六、PLC控制系统与电器控制系统的比较

①控制方法上：硬：软②工作方式上：

并行工作方式：串行工作方式③控制速度上：速度慢：快

④定时和计数控制上：精度低：高

⑤可靠性和可维护性上：可靠性低：高学习要求：了解可编程控制器的基本结构与基本工作原理搞清楚PLC内部等效继电器电路的等效思路熟悉PLC的指令系统掌握PLC的编程方法和开发步骤一、PLC的基本结构三菱PC基本单元外形CPU存储器通用串口扩展接口电源外部设备（编程器等）扩展单元、特殊功能单元等输入状态寄存器输出状态寄存器输入接口输出接口现场输入信号现场输出信号PLC基本结构框图§2可编程控制器的硬件结构与工作原理2.存储器系统程序存储区：存放系统软件，固化在ROM或EPROM等只读存储器中。用户程序存储区：存放用户程序变量（数据）存储区：存放内部变量或数据通常采用低功耗的CMOS-RAM存储器加备用电池，可读写1.中央处理单元CPU

计算和控制中心。它的性能（位数和主频）决定了PLC的运算速度和信息处理量的大小。PLC的编程语言（IEC61131-3中的5种PLC基本语言）

●顺序功能图（SFC）：不仅仅是一种语言，更是一种组织控制程序的图形化方式。●梯形图（LD）：以图形方式表达触点和线圈以及特殊指令块的梯级。

●指令表（IL）：类似汇编程序的基于文本的语言与其相对应的是LD。

●结构文本（ST）：类似Pascal的基于文本的语言●功能块图（FBD）：一种对应于线路图的图形语言。

FBD广泛地用于过程工业。3.输入/输出接口：是CPU连接工业现场设备的桥梁。CPU：标准电平弱电数字量外部设备：开关量、模拟量不同电压等级的交流、直流量高速、低速信号远程、本地信号输入/输出接口PC厂家为用户提供各种类型的I/O接口电路。直流开关量输入接口电路光耦的作用:电气隔离，抗干扰电平转换开关量输入接口：将工业现场的开关量信号转变成CPU能接受的标准逻辑电平。(图)直流开关量输入接口交流开关量输入接口内部直流电源发光二极管光电耦合器输出方式开关量输出接口：通过该接口实现对外部设备的驱动控制继电器输出晶体管输出晶闸管输出继电器输出：输出接口由继电器构成。晶体管输出：输出接口由晶体管构成。晶闸管输出：输出接口由晶闸管构成。适于大功率、低速、交、直流负载适合于小功率、高速、直流负载适合于大功率、高速、交流负载(图)继电器输出型接口电路负载电源由外部提供继电器输出接口电路Y0COM1晶体管输出接口电路+5V+24V+24V或+5V6.编程器：是PLC的主要外设。用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视。

便携式：本身不带CPU，只能联机编程。体积小、重量轻、便于生产现场调试。CRT智能式：带有显示屏的图形编程器，有CPU，可联机编程也可脱机编程，可用多种语言编程。4.扩展接口：是用于扩展I/O单元或特殊功能单元。

通用微机作为编程器：个人电脑，配上厂家提供的编程软件和通讯线。有效利用资源。5.电源：是PLC的供电电源一般为市电（也有24V供电的）。PLC内部设计有电路进行稳压和变换。以适应内部电路的需要。PLC编程器及作用二、PLC的基本工作原理PLC的工作方式：循环扫描工作方式★例如：用户程序的执行（用户程序的扫描工作过程）扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。PLC的扫描工作过程

检查CPU等内部硬件，对监视定时器（WDT）复位以及其它工作与其它智能装置（如编程器、计算机等）实现通信

按顺序对所有输入端的状态进行采样，并存入相应寄存器对用户程序扫描执行，并将结果存入相应的寄存器将寄存器中与输出有关状态，转到输出锁存器，输出驱动外部负载

PLC的扫描工作过程

★整个过程包括内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段★整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期★扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配置及用户程序长短有关。★典型值为1～100msPLC执行程序的过程

PLC扫描工作方式的特点★集中采样：在一个扫描周期中，对输入状态的采样只在输入处理阶段进行。当PLC进入程序处理阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样。★集中输出：在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。★提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性，降低了系统的响应速度

PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性

产品检测传送带如图示，用PLC来检测产品数量。为确保不漏检，对PLC扫描周期有何要求？

产品通过检测点的时间间隔为：T=0.025m/(50m/60s)=30ms,所以，PLC的扫描周期必须小于30msPLC的