第五章 可编程逻辑控制器

第五章可编程逻辑控制器第1页，课件共45页，创作于2023年2月1、PLC的定义：一、可编程控制器的定义和特点是一种专门用于工业环境的、以开关量逻辑控制为主，具有存储控制程序的存储器，能够按照控制程序，将输入的开关量（或模拟量）进行逻辑运算、定时、计数和算术运算等处理后，以开关量（或模拟量）的形式输出，控制各种类型的机械或生产过程的自动控制装置。通用叫法中文名称为可编程控制器；英文名称为ProgrammableLogicController，简称PLC早期叫PC—Personnel

computer。易混，现都称PLC第2页，课件共45页，创作于2023年2月一、可编程控制器的定义和特点可靠性高，抗干扰能力强；无触点免配线，采取了滤波、屏蔽、隔离等抗干扰措施，适应于各种恶劣的工业环境。编程简单，容易掌握；采用梯形图方式编写程序，与继电器控制逻辑的设计相似。功能完善，灵活方便；不仅有开关量逻辑控制功能和步进、计数功能，还具有模拟量处理、温度、位置、通信等功能。体积小，质量小，能耗低；

采用大规模集成电路芯片构成。2、可编程控制器的特点第3页，课件共45页，创作于2023年2月二、可编程控制器的发展历程因为继电器逻辑电路配线复杂第4页，课件共45页，创作于2023年2月二、可编程控制器的发展历程背景：1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。

第5页，课件共45页，创作于2023年2月1968年，GM公司提出十项设计标准：编程简单，可在现场修改程序；维护方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；成本可与继电器控制柜竞争；可将数据直接送入计算机；可直接使用115V交流输入电压；输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；通用性强，扩展方便;能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。二、可编程控制器的发展历程第6页，课件共45页，创作于2023年2月1969年，美国数字设备公司研制第一台可编程控制器，并应用于工业现场。二、可编程控制器的发展历程第7页，课件共45页，创作于2023年2月二、可编程控制器的发展方向高性能、高速度、大容量发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。第8页，课件共45页，创作于2023年2月向小型化和大型化两个方向发展小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要。大型化是指大中型PLC向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。二、可编程控制器的发展方向第9页，课件共45页，创作于2023年2月智能模块，加强联网与通信能力为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。PLC的联网与通信有两类：①PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；②PLC与计算机之间的联网通信。为了加强联网与和通信能力，PLC生产厂家也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。

二、可编程控制器的发展方向第10页，课件共45页，创作于2023年2月增强外部故障的检测与处理能力据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理。而其余80%的故障属于PLC的外部故障。PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。二、可编程控制器的发展方向第11页，课件共45页，创作于2023年2月编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图、语句表语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。二、可编程控制器的发展方向第12页，课件共45页，创作于2023年2月三、可编程控制器的性能指标与分类1、可编程控制器的性能指标输入/输出点数（I/O点数）；存储容量；扫描速度；功能扩展能力；指令系统；第13页，课件共45页，创作于2023年2月按结构形式分整体式PLC将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。三、可编程控制器的性能指标与分类2、可编程控制器的分类第14页，课件共45页，创作于2023年2月按结构形式分模块式PLC将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。三、可编程控制器的性能指标与分类2、可编程控制器的分类第15页，课件共45页，创作于2023年2月按结构形式分紧凑式PLC还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。三、可编程控制器的性能指标与分类2、可编程控制器的分类第16页，课件共45页，创作于2023年2月模块式PLC将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。按结构形式分紧凑式PLC还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。整体式PLC将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。三、可编程控制器的性能指标与分类2、可编程控制器的分类第17页，课件共45页，创作于2023年2月按功能分低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。中档PLC具有低档PLC功能外，增加模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能。高档PLC具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能。三、可编程控制器的性能指标与分类2、可编程控制器的分类第18页，课件共45页，创作于2023年2月四、PLC系统的组成硬件系统软件系统PLC系统CPU系统存储器用户存储器输入单元存储器输入输出接口输出单元系统监控程序

用户程序第19页，课件共45页，创作于2023年2月1、PLC硬件系统组成输入电路输入电路输出电路输出电路CPUEEPROMRAM内部电源总线扩展接口外设接口编程器打印机计算机现场输入信号输出信号基本单元扩展单元现场输入信号输出信号四、PLC系统的组成第20页，课件共45页，创作于2023年2月1、PLC硬件系统组成微处理器（CPU）接收并存储用户程序和数据；诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误；接收输入信号，送入数据寄存器并保存；运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户程序的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。

四、PLC系统的组成第21页，课件共45页，创作于2023年2月1、PLC硬件系统组成四、PLC系统的组成系统存储器——系统程序存储器+系统数据存储器存放系统工作程序（监控程序）；存放模块化应用功能子程序；存放命令解释程序；存放功能子程序的调用管理程序；存放存储系统参数。第22页，课件共45页，创作于2023年2月1、PLC硬件系统组成四、PLC系统的组成用户存储器——RAM/EPROM/EEPROM存放用户工作程序；存放工作数据。第23页，课件共45页，创作于2023年2月1、PLC硬件系统组成四、PLC系统的组成通讯及编程接口——采用RS-485或RS-422串行总线连接专用编程器（FX-20P、FX-10P）；连接个人电脑（PC），实现编程及在线监控；连接工控机，实现编程及在线监控；连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯；连接打印机等计算机外设。第24页，课件共45页，创作于2023年2月1、硬件系统四、PLC系统的组成通常有干接触、直流输入、交流输入三种形式。干接触式由内部的直流电源供电，小型PLC的直流输入电路也由内部的直流电源供电，交流输入必须外加电源。PLC的输入接口电路第25页，课件共45页，创作于2023年2月1、PLC硬件系统组成四、PLC系统的组成输出形式有三种：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。PLC的输出接口电路继电器输出晶体管输出晶闸管输出第26页，课件共45页，创作于2023年2月1、PLC硬件系统组成四、PLC系统的组成PLC的输出与实际负载连接举例第27页，课件共45页，创作于2023年2月2、PLC软件系统组成四、PLC系统的组成编程软件存储在ROM中，有PLC厂家开发的软件，通常不能被用户读取的程序。软件系统系统监控程序

用户程序由用户根据需要，通过编程软件（平台）用户自己编写的梯形图程序。第28页，课件共45页，创作于2023年2月五、PLC系统的工作方式与编程语言PLC的扫描工作方式

包括五个阶断：内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。扫描周期：PLC完成一次扫描过程所需的时间。扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关1．可编程控制器PLC的工作方式第29页，课件共45页，创作于2023年2月五、PLC系统的工作方式与编程语言1．可编程控制器PLC的工作方式PLC的程序执行过程

PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段第30页，课件共45页，创作于2023年2月PLC用户程序扫描工作过程输入端子输入映象寄存器X0X1X2M0Y0元件映象寄存器②读X0Y0①读③写④读⑤写辅助继电器输出端子输出锁存存储器Y0Y1Y2⑥输出反复一个周期称为扫描周期程序执行中读X程序执行完写所有

Y第31页，课件共45页，创作于2023年2月五、PLC系统的工作方式与编程语言1．可编程控制器PLC的工作方式PLC的扫描周期

指PLC从输入采样—程序执行—输出刷新所用的时间。主要与I/O点数、程序的长短、指令的执行速度有关。

PLC的I/O响应时间

当PLC的输入变化时，对应输出应随着变化，二者变化的时间间隔。I/O响应时间的大小与扫描周期、输入滤波器的滞后、输出开关电路的滞后有关。

第32页，课件共45页，创作于2023年2月五、PLC系统的工作方式与编程语言2．可编程控制器的编程语言梯形图语言

助记符语言

顺序功能图语言

第33页，课件共45页，创作于2023年2月六、可编程控制器的应用领域第34页，课件共45页，创作于2023年2月六、可编程控制器的应用领域第35页，课件共45页，创作于2023年2月六、可编程控制器的应用领域第36页，课件共45页，创作于2023年2月六、可编程控制器的应用领域第37页，课件共45页，创作于2023年2月六、可编程控制器的应用领域第38页，课件共45页，创作于2023年2月六、可编程控制器的应用领域第39页，课件共45页，创作于2023年2月六、可编程控制器的应用领域