可编程控制器原理与程序设计(第2版)谢克明第1章

可编程控制器原理与程序设计(第2版)第1章CATALOGUE目录可编程控制器概述可编程控制器的组成与工作原理逻辑控制器与顺序控制器可编程控制器应用设计基础可编程控制器的发展趋势与工业自动化网络01可编程控制器概述可编程控制器（ProgrammableController，简称PLC）是一种专门为工业环境设计的数字电子计算机，具有编程控制功能，能够进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字或模拟输入/输出接口控制各种类型的机械或生产过程。PLC采用微处理器作为核心，将计算机技术、自动控制技术和通信技术相结合，实现了工业控制系统的智能化、小型化和可靠性。可编程控制器的定义可编程控制器的历史与发展1960年代美国DEC公司推出第一台可编程控制器，主要用于汽车工业的自动化生产线。1970年代随着微处理器技术的发展，PLC的功能逐渐增强，应用范围扩大到机械、化工、纺织等领域。1980年代PLC进入成熟期，出现了许多具有国际标准的PLC产品，如西门子S7系列、三菱FX系列等。1990年代至今随着计算机技术的飞速发展，PLC逐渐向开放式、网络化、集成化方向发展，出现了许多具有现场总线、工业以太网等功能的PLC产品。可靠性高功能强大维护方便分类灵活性好编程简单PLC采用微处理器和大规模集成电路技术，具有很高的可靠性，能够在恶劣的工业环境下稳定运行。PLC采用面向控制过程的编程语言，易于学习和掌握，同时具有丰富的指令系统和功能模块，能够实现各种复杂的控制功能。PLC具有丰富的输入/输出接口，可以方便地与各种设备连接，同时具有多种通讯协议和扩展模块，能够实现分布式控制和智能化管理。PLC具有丰富的控制功能和数据处理能力，可以实现各种复杂的逻辑控制、运动控制、过程控制和数据处理等操作。PLC具有自诊断功能和故障检测功能，能够快速定位故障并给出相应的故障信息，便于维护和维修。根据不同的分类标准，可以将PLC分为不同的类型。如按结构可分为整体式和模块式；按功能可分为基本型和智能型；按规模可分为小型、中型和大型。可编程控制器的特点与分类02可编程控制器的组成与工作原理可编程控制器的组成输入/输出接口用于连接外部设备和控制器之间的数据交换。存储器用于存储用户程序、数据和系统程序。中央处理器（CPU）可编程控制器的核心部件，负责执行用户程序和控制整个控制器的工作。电源模块为控制器提供电源。外设如键盘、显示器等，用于与控制器进行人机交互。扫描输入01可编程控制器通过输入接口不断扫描外部输入信号，并将输入状态存入相应的输入映像寄存器。程序执行02控制器根据用户程序在CPU中按顺序执行，并读取输入映像寄存器中的状态，进行逻辑运算或数据处理，然后将结果存入输出映像寄存器中。输出更新03在程序执行完成后，控制器将输出映像寄存器中的数据发送到输出接口，控制外部设备。可编程控制器的工作原理指令表（IL）类似于汇编语言，使用助记符表示指令。结构化文本（ST）类似于高级编程语言，使用类似于Pascal或C语言的语法结构。功能块图（FBD）使用图形化方式表示控制逻辑，易于理解和设计复杂的控制算法。顺序功能图（SFC）用于描述控制系统的顺序和并行工作流程。可编程控制器的编程语言03逻辑控制器与顺序控制器逻辑控制器01逻辑控制器主要用于处理开关量信号，如启动、停止、前进、后退等。02逻辑控制器通过逻辑运算对输入信号进行处理，并根据运算结果输出相应的控制信号。逻辑控制器具有结构简单、操作方便、可靠性高等优点，因此在工业控制中得到了广泛应用。0303顺序控制器具有控制精度高、稳定性好、可编程性强等优点，因此在自动化生产中得到了广泛应用。01顺序控制器主要用于按照预设的顺序和条件对生产过程进行控制。02顺序控制器通过预设的程序对输入信号进行顺序控制，输出相应的控制信号，以实现对生产过程的自动化控制。顺序控制器逻辑控制器和顺序控制器在功能和应用上存在一定的差异。逻辑控制器主要关注开关量的逻辑运算和控制，而顺序控制器则更注重按照预设顺序和条件进行自动化控制。在应用上，逻辑控制器适用于简单的开关量控制场景，而顺序控制器则适用于需要自动化控制的生产线或工业过程。尽管两者存在差异，但在实际应用中，逻辑控制器和顺序控制器可以结合使用，以实现更高效和精确的控制效果。在结构上，逻辑控制器相对简单，而顺序控制器通常具有更复杂的内部结构，以实现更复杂的控制功能。逻辑控制器与顺序控制器的比较04可编程控制器应用设计基础现场安装与调试将可编程控制器安装在现场，进行系统调试和参数调整，确保满足实际生产需求。测试与调试在模拟环境下对控制程序进行测试和调试，确保程序正确无误。软件设计根据控制要求编写控制程序，实现逻辑控制、顺序控制等功能。需求分析明确控制要求，确定输入输出信号，了解工艺流程和设备。硬件配置根据控制要求选择合适的可编程控制器、I/O模块、通讯模块等，并进行配置。可编程控制器应用设计的基本步骤输入输出模块根据输入输出信号的类型和数量，选择合适的输入输出模块，并配置正确的信号类型和接线方式。电源与接地为可编程控制器提供稳定的电源和可靠的接地，确保控制器的正常工作。通讯模块根据需要实现的控制功能和通讯协议，选择合适的通讯模块，并配置正确的通讯参数。控制规模根据控制点数、通讯方式和扩展能力等要素，选择合适规模的可编程控制器。可编程控制器的选型与配置冗余设计采用双机热备、双电源供电等冗余技术，提高系统的可靠性。故障诊断实现故障自诊断功能，及时发现和定位故障，提高系统的可维护性。电磁兼容性设计采取屏蔽、滤波、接地等措施，提高系统抗干扰能力。软件可靠性设计采用容错技术、软件看门狗等措施，提高软件的可靠性。可编程控制器的可靠性设计05可编程控制器的发展趋势与工业自动化网络无线通信与物联网技术随着无线通信和物联网技术的发展，可编程控制器正逐渐融入这些技术，实现远程监控和控制，提高了工业自动化系统的灵活性和可靠性。高效能与高可靠性随着技术的进步，可编程控制器正朝着更高性能和更可靠的方向发展，以满足工业自动化领域对高效能和高可靠性的需求。智能化现代的可编程控制器具备了更强大的数据处理和逻辑运算能力，能够实现更复杂的控制算法和数据处理功能，推动了工业自动化系统的智能化发展。集成化与模块化为了方便系统的集成和扩展，可编程控制器正朝着集成化和模块化的方向发展，使得系统的构建更加灵活和方便。可编程控制器的发展趋势工业以太网工业以太网是一种专为工业环境设计的网络技术，具有高速、稳定、可靠的特点，是工业自动化网络中的重要组成部分。现场总线技术现场总线是一种用于连接现场设备与控制系统的通信协议，具有开放、标准化的特点，能够实现设备间的互操作和信息共享。无线通信技术无线通信技术在工业自动化领域的应用越来越广泛，如WiFi、蓝牙、ZigBee等无线技术，能够实现设备的无线连接和控制，提高了系统的灵活性和便利性。工业自动化网络简介现场总线技术的特点现场总线技术具有开放、分散、标准化的特点，能够实现设备间的互操作和信息共享，提高了工业自动化系统的可靠性和灵活性。工业以太网的优势工业以太网具有高速、稳定、可靠的特点，能够满足工业自动化领域对数据传输的