电气控制与PLC-第5章

第5章

可编程序控制器的构成及工作原理

5.1可编程序控制器概述

5.1.1可编程序控制器的产生与发展1969年美国数字设备公司DEC研制出世界上第一台可编程序控制器，其型号为PDP—14型，在GM公司装配线上试用成功。1971年，日本从美国引进了这项新技术，并很快研制成功了日本第一台可编程序控制器。1973年～1974年，德国、法国也相继研制成功了他们的可编程序控制器。我国从1974年开始研制，1977年研制成功了以一位微处理器MCl4500为核心的可编程序控制器，并开始应用于工业生产控制。从第一台PLC诞生至今，PLC大致经历了四次更新换代。第一代PLC，多数用1位机开发，采用磁芯存储器存储，仅具有逻辑控制、定时、计数功能。第二代PLC，使用了8位微处理器及半导体存储器，其产品逐步系列化，功能也有所增强，己能实现数字运算、传送、比较等功能。第三代PLC，采用了高性能微处理器及位片式CPU，工作速度大幅度提高，同时促使其向多功能和联网方向发展，并具有较强的自诊断能力。第四代PLC，不仅全面使用16位、32位微处理器作为CPU，内存容量也更大。可以直接用于一些规模较大的复杂控制系统；编程语言除了可使用传统的梯形图、流程图等外，还可使用高级语言；外设也更多样化。2.可编程序控制器的发展趋势由于工业生产对自动控制系统需求的多样性，PLC的发展方向有两个：一是朝着小型、简易、价格低廉方向发展。单片机技术的发展，促进了PLC向紧凑型发展，体积减小，价格降低，可靠性不断提高。这种小型的PLC可以广泛取代继电器控制系统，应用于单机控制和小型生产线的控制，如OMRON公司的C20、C20P、C28P、C40P、C60P、C20H、C40H等。二是朝着大型、高速、多功能方向发展。大型的PLC一般为多微处理器系统，有较大的存储能力和功能强劲的输入/输出接口。通过丰富的智能外设接口，可以实现流量、温度、压力、位置等闭环控制；通过网络接口，可级连不同类型的PLC和计算机，从而组成控制范围很大的局域网络，适用于大型的自动化控制系统。5.1.2可编程序控制器特点、分类和应用场合

1.可编程序控制器的特点（1）与继电器控制逻辑相比较1）控制逻辑2）工作方式3）控制速度4）限时控制5）计数控制6）设计与施工7）可靠性和可维护性8）价格从以上几个方面的比较可知：PLC在性能上比继电控制逻辑优异，特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用维护方便，但价格高于继电控制。（2）与微型计算机相比较1）应用范围2）使用环境3）输入输出4）程序设计5）系统功能6）运算速度和存贮容量7）价格从以上几个方面的比较可知：PLC是一种用于工业自动化控制的专用微机控制系统，结构简单，抗干扰能力强，易于学习和掌握。价格也比一般的微机系统便宜。

（3）与单板计算机比较1）不如PLC容易掌握2）不如PLC使用简单3）不如PLC可靠从以上PLC和微机及单板机比较可以看出：从适应范围来说：PLC是专用机，微机是通用机。从工业控制角度来说：PLC是控制通用机，而单板机是可以做成某一控制设备的专用机。（4）与集散系统比较1）PLC是由继电控制逻辑发展而来的，而集散系统(TDCS)是由回路仪表控制发展而来。但两者的发展均与计算机控制技术有关。2）早期的PLC在开关量控制、顺序控制方面有一定优势，而集散系统在回路调节、模拟量控制方面有一定优势。今天，二者相互渗透、互为补充。PLC与TDSC的差别已不明显，它们都能构成复杂的分级控制。从趋势来看，二者的归宿和统一将是全分布式计算机控制系统。

2.可编程序控制器的分类PLC的种类很多，其功能、内存容量、控制规模、外形等方面差异较大，因此PLC的分类标准也不统一，但仍可按其I/O点数、结构形式、实现功能进行大致的分类。(1)按I/O点数分类PLC按I/O的总点数分类可分为：小于256点的为小型机，257～2048点的为中型机，超过2048点的为大型机。(2)按结构形式分类PLC按硬件的结构形式可分为整体式PLC和组合式PLC。(3)按实现的功能分类按照PLC所能实现的功能的不同，可将PLC分为低档、中档和高档三类。低档机具有逻辑运算、定时、计数、移位、自诊断、监控等基本功能和一定的算术运算、数据传送、比较、通信和模拟量处理功能。中档机除具有低档机的功能以外，还具有较强的算术运算、数据传送、比较、通信、子程序、中断处理和回路控制功能。高档机则在中档机的基础之上加强了带符号数的运算、矩阵运算以及函数、表格、CRT显示、打印等功能。一般来说，低档机多为小型PLC，采用整体结构；中档机可为大、中、小型PLC，且中、小型PLC多为整体结构，大、中型PLC为组合式结构。高档机多为大型PLC，采用组合式结构。目前，得到广泛应用的多是中、低档机。5.2可编程序控制器的组成和工作原理

5.2.1可编程序控制器的基本结构PLC是用微处理器实现的许多电子式继电器、定时器和计数器的组合体，其内部结构框图如图5-1所示。手编程器/上位计算机中央处理器系统程序存储器用户程序存储器电源部分按钮继电器触点行程开关接触器线圈信号灯其它执行装置图5-1PLC结构框图输入部分输出部分1.中央处理器（CPU）中央处理器是PLC的“大脑”，它一般是由控制电路、运算器和寄存器组成，这些电路一般都集成在一块芯片上。CPU通过地址总线、数据总线和控制总线与存储器单元、输入/输出(I/O)接口电路连接。2.存储器(Memory)在PLC中使用的两种类型存储器为ROM和RAM。3.电源部件电源部件将交流电源转换成供PLC的中央处理器、存储器等电子电路工作所需要的直流电源，使PLC能正常工作，它的好坏直接影响PLC的功能和可靠性。因此，目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电，用锂电池作停电时的后备电源。4.输入、输出部分输入、输出部分是PLC与被控设备相连接的接口电路。5.编程方式PLC的编程方式有两种：一种是手编程器，另一种是利用上位计算机中的专业编程软件。2.2可编程序控制器的基本工作原理

1.可编程序控制器中的梯形图与继电器梯形图是从继电器控制的电气原理图演变而来的，继电器控制电路的元件图如图5-2（a）所示；PLC梯形图所用器件与此类似，如图5-2（b）所示。常开触点常闭触点输出线圈（a）继电器原理图（b）PLC梯形图（a）（b）图5-2PLC梯形图器件与继电器控制电路元件的对应关系图5-3为三相鼠笼式异步电动机起停控制电路，若改用C系列P型PLC实现控制