《可编程控制器原理及应用》课件-1. PLC基础知识

1.1PLC概述目录CONTENTSPLC是什么？01PLC何处来，往哪里去？02PLC的分类？0403PLC有何独特之处？PLC的应用领域？05PLC的流派？06第一部分01.定义国际电工委员会（IEC）于1987年颁布可编程序逻辑控制器（ProgrammbleLogicController）简称PLC可编程序控制器（ProgrammbleController）简称PC可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是什么？PC、PLC、个人计算机（PC机）、工业计算机的区别02MITSUBISHIFX系列PLCPC、PLC、个人计算机（PC机）、工业计算机的区别02S7-200SMARTS7-1500PC、PLC、个人计算机（PC机）、工业计算机的区别02S7-120002PC、PLC、个人计算机（PC机）、工业计算机的区别02SLC500PC、PLC、个人计算机（PC机）、工业计算机的区别02第二部分01、世界上第一台PLC1969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。PLC何处来，往哪里去？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电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。设计思路☆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）70年代初期仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能80年代以后随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1~0.4ms/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最高可达兆字节。向高速度、大容量方向发展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。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。加强PLC联网与通信的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的联网与和通信有两类：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，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。大力开发智能模块，加强联网与通信能力现已有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。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，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，如三菱公司α系列PLC、西门子公司的LOGO系列PLC。向超大型、超小型两个方向发展在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。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。编程语言多样化第三部分PLC有何独特之处？体积小重量轻能耗低编程简单、使用方便设计安装简单、维护方便可靠性高、抗干扰能力强功能完善、通用性强第四部分PLC的分类？按结构形式分类整体式PLC组合式PLC按控制规模分类小型PLC中型PLC大型PLC按实现的功能分类低档PLC中档PLC高档PLC第五部分PLC的应用领域？目前，PLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。开关量逻辑控制模拟量控制过程控制（PID闭环控制）数字量智能控制数据采集与监控通信联网及集散控制第六部分PLC的流派可编程逻辑控制器的生产厂家：01在全世界有7家举足轻重的PLC制造厂家：美国的Rockwell自动化公司所属的A-B(Allen-Bradley)公司GE-Fanuc公司德国的西门子（Siemens）公司美国的Modicon公司法国TE（Telemecanique）公司日本三菱公司日本立石（OMRON）公司PLC三大流派02●欧洲：西门子（Siemens）法国的TE（Telemecanique）●美国：A-B（Allen-Bradly）

GE（GeneralElectric）●日本：三菱电机（MitsubishiElectric）欧姆龙（OMRON）目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品我国PLC发展情况03在70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的PLC。我国不少科研单位和工厂在研制和生产PLC，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门A-B公司等。在传统设备改造和新设备设计中，PLC的应用逐年增多，取得良好效果。PLC在我国的应用越来越广泛。1.2PLC基本组成PLC的基本组成中央处理单元（CPU）01(1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令(2)将各种输入信号取入(3)把运算结果送到输出端(4)响应各种外部设备的请求(1)通用处理器：8086、80286、80386(2)单片机芯片：8031、8096(3)位片式微处理器：AMD-2900小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU大型PLC多采用高速位片式微处理器存储器02RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。输入、输出接口03输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。输出三种形式：继电器--低速大功率

可控硅--高速大功率

晶体管--高速小功率(1)输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰1M光电三极管发光二极管直流电源输入端子+–PLCI0.0+24V–发光二极管(2)输出接口电路：以继电器形式为例继电器输出PLC内部电路内部电路J+Q0.01L-电源单元04体积小效率高重量轻输入电压范围宽抗干扰性能好把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源，可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。可编程序控制器的电源一般采用开关式电源，其特点是：各种接口、高功能模块：便于拓展05小型机：一体机，有接口可扩展。PowerinaSmallPackage!!电源模块CPU模块IO模块底板中、大型机：模块式，可根据需要在主板上随意组合。编程设备06编程设备可以是专用的手持式的编程器；也可以是安装了专门的编程通讯软件的个人计算机。用户可以通过键盘输入和调试程序；另外在运行时，还可以对整个控制过程进行监控。PCFPPROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREAD

OTL

WLORR

WRANY

WYSTX

WXSRC

(-)OP(BIN)K/HSCCTC

EVTMT

SVACLRENTBAFEDC

98

3

2

1

0

7

6

5

4(DELT)CLR手持式的编程器1.3PLC工作原理PLC的工作原理—建立I/O映像区05I/O映象区的大小与系统控制的规模有关输入点总有输入映象区的某一位与之相对应PLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映象区对应的位上将运算的结果存放到输出映象区对应的位上PLC在执行用户程序时所需“输入继电器”、“输出继电器”的数据取用于I/O映象区，而不直接与外部设备发生关系PLC的扫描工作方式01PLC扫描工作方式2.解决方法1.原因采用分时操作即扫描的工作方式，由于CPU的运算速度很高，从宏观上而言似乎所有的操作都是及时、迅速地完成的。1）PLC在运行时需要处理许多操作2）PLC的CPU却不能同时执行多个操作，每一刻只能执行一个操作PLC的工作过程013.PLC的一个扫描过程包含五个阶段01内部处理：检查CPU等内部硬件是否正常，对监视定时器复位，其它内部处理。02通信服务：与其它智能装置（编程器、计算机）通信。如：响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。03输入采样，以扫描方式按顺序采样所有输入端的状态，并存入输入映象寄存器中。（输入寄存器被刷新）04程序执行PLC梯形图程序扫描原则：先左后右、先上后下的步序，逐句扫描。并将结果存入相应的寄存器。05输出刷新：输出状态寄存器中的内容转存到输出锁存器输出，驱动外部负载。用户程序循环扫描03CPU将全部现场输入信号，如按钮、限位开关、速度继电器的通断状态经PLC的输入接口读入映像寄存器，这一过程称为输入采样。输入采样结束后进入程序执行阶段后，期间即使输入信号发生变化，输入映像寄存器内数据不再随之变化，直至一个扫描循环结束，下一次输入采样时才会更新。这种输入工作方式称为集中输入方式。PLC在程序执行阶段，若不出现中断或跳转指令，就根据梯形图程序从首地址开始按自上而下、从左往右的顺序进行逐条扫描执行，扫描过程中分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中将有关编程元件的状态数据“0”或“1”读出，并根据梯形图规定的逻辑关系执行相应的运算，运算结果写入对应的元件映像寄存器中保存。而需向外输出的信号则存入输出映像寄存器，并由输出锁存器保存。CPU将输出映像寄存器的状态经输出锁存器和PLC的输出接口传送到外部去驱动接触器和指示灯等负载。这时输出锁存器保存的内容要等到下一个扫描周期的输出阶段才会被再次刷新。这种输出工作方式称为集中输出方式。输入采样阶段程序执行阶段输出处理阶段用户程序循环扫描031）输入采样阶段2）程序执行阶段3）输出处理阶段1.4S7-200SMARTPLC寻址方式和指令系统S7-200SMART

PLC寻址方式01位二进制位（bit）的数据类型为BOOL（布尔）I3.2中的I表示输入，3是字节地址，2是字节中的位地址（0～7）字节1个字节为8位，如IB3,I表示输入，B表示字节，3表示字节地址字和双字相邻的两个字节组成一个字（Word），相邻的两个字或4个字节组成一个双字（DoubleWord）数据类型S7-200SMARTPLC寻址方式01用VB100的地址编号作为VW100和VD100的地址编号。组成字和双字的编号最小的字节VB100为VW100和VD100的最高位字节。字节、字和双字都是无符号数，它们的数值用16#表示。S7-200SMARTPLC寻址方式01间接寻址给出一个被称为地址指针的存储单元的地址，32位地址指针里存放的是真正的操作数的地址。只能用V、L或累加器作指针直接寻址与间接寻址间接寻址可用于访问I、Q、V、M、S、AI、AQ、SM，以及T和C的当前值。不能访问单个位（bit）地址、HC、L存储区和累加器直接寻址指定了存储器的区域、长度和位置，例如VB200S7-200SMARTPLC寻址方式01用指针访问相邻的下一个字节时，指针值加1访问字时，指针值加2访问双字时，指针值加4PLC的编程语言02PLC为用户提供了完整的编程语言，以适应编制用户程序的需要PLC的设计和生产至今尚无国际统一标准，不同厂家所用语言和符号也不尽相同但它们的梯形图语言的基本结构和功能是大同小异的PLC提供的编程语言通常有以下几种梯形图、指令表、顺序功能图、功能块图和结构文本PLC的编程语言02梯形图是在原继电器—接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。它是目前用得最多的PLC编程语言左右两条竖线称为母线，母线之间是触点和输出梯形图（LadderDiagram）指令表编程语言类似于计算机中的汇编语言，它是可编程序控制器最基础的编程语言。所谓指令表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代表可编程序控制器的某种操作功能PLC的编程语言02指令表STL（StatementList）语句是指令语句表编程语言的基本单元，每个控制功能有一个或多个语句组成的程序来执行。每条语句规定可编程控制器中CPU如何动作的指令，它是由操作码和操作数组成的PLC的编