【正文】 第二篇 可編程序控制器 應(yīng)用技術(shù) 第四章 可編程序控制器的概論與基本工作原理 第一節(jié) PLC的概論 1. 可編程序控制器的產(chǎn)生 ? 繼電接觸器控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，開關(guān)動(dòng)作慢，功能較少，接線復(fù)雜，觸點(diǎn)易損壞，改接麻煩，靈活性較差等。 ? PLC的產(chǎn)生： 1968年美國通用汽車公司（ GM）公開招標(biāo)為汽車生產(chǎn)的新型控制器，一年后美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）應(yīng)標(biāo)研制成第一臺(tái)可編程序控制器。將繼電接觸控制的硬連線邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)的軟件邏輯編程的設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，用來取代繼電接觸控制，僅有執(zhí)行繼電器邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等較少的功能。 ? PLC的發(fā)展： 20世紀(jì) 70年代中期出現(xiàn)了微處理器和微型計(jì)算機(jī)，把微機(jī)技術(shù)應(yīng)用到 PLC中，使 PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送與處理、對(duì)模擬量進(jìn)行控制等功能，使之成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制設(shè)備。 ? PLC的定義：（注意 PC與 PLC的命名）美國電氣制造協(xié)會(huì)對(duì)PLC的定義，可編程序控制器是一種帶有指令存儲(chǔ)器和數(shù)字或模擬 I/O接口，以位運(yùn)算為主，能完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算功能，用于控制機(jī)器或生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制裝置。 2. PLC的主要功能 近年來 PLC把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，功能如下： （ 1）邏輯控制： （ 2）定時(shí)控制： （ 3）計(jì)數(shù)控制： （ 4）步進(jìn)控制：步進(jìn)控制是指在完成一道工序以后，再進(jìn)行下一步工序，也就是順序控制。 （ 5） A/D、 D/A轉(zhuǎn)換： （ 6）數(shù)據(jù)處理：具有并行運(yùn)算指令，能進(jìn)行數(shù)據(jù)并行傳送、比較和邏輯運(yùn)算， BCD碼的加、減、乘、除等運(yùn)算 （ 7）通信與聯(lián)網(wǎng)：可進(jìn)行遠(yuǎn)程 I/O控制，多臺(tái) PLC之間可以進(jìn)行同位鏈接，還可與計(jì)算機(jī)進(jìn)行上位鏈接。典型情況：由一臺(tái)計(jì)算機(jī)和若干臺(tái) PLC可以組成 “ 集中管理、分散控制 ” 的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以完成較大規(guī)模的復(fù)雜的控制。 （ 8）對(duì)控制系統(tǒng)監(jiān)控： 3. PLC的主要優(yōu)點(diǎn) （ 1）編程簡單：常用于編程的梯形圖與傳統(tǒng)的繼電接觸控制線路圖有許多相似之處 （ 2）可靠性高： PLC是專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的，采用了諸如屏蔽、濾波、隔離等多層次有效的抗干擾措施。 （ 3）通用性好： PLC品種多，檔次多；同一臺(tái) PLC要實(shí)現(xiàn)不同的控制只要改變軟件；構(gòu)成不同的控制系統(tǒng)時(shí)，只需在輸入輸出端子上接上不同的輸入輸出信號(hào)。 （ 4）功能強(qiáng)：能進(jìn)行邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)和步進(jìn)等控制，能完成A/D與 D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)等功能。技術(shù)還在發(fā)展，功能不斷增強(qiáng)。 （ 5）使用方便：體積小，重量輕，編程簡單，自診斷能力強(qiáng)，維護(hù)方便 （ 6）設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試周期短：靠軟件編程實(shí)現(xiàn)控制功能，硬件配置也靈活方便 PLC也有其缺點(diǎn)：目前價(jià)格還比較高；工作速度比計(jì)算機(jī)慢；使用中高檔 PLC，要求使用者具有相當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)知識(shí)；制造廠家和品種類型很多，而指令系統(tǒng)和使用方法不盡相同，給用戶帶來不便。 4. PLC的 應(yīng)用 與發(fā)展概況 ? 早期的 PLC 為改造原有的繼電接觸器控制系統(tǒng)。 ? 廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中，如各種順序控制等。主要用于有大量開關(guān)量和少數(shù)模擬量的控制系統(tǒng)。 在多品種、小批量、高質(zhì)量的產(chǎn)品生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，PLC控制已成為工業(yè)控制的重要手段之一，與CAD/CAM，機(jī)器人技術(shù)一起成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)的三大支柱。 ? 發(fā)展方向分 小型化和大型化 兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。小型 PLC有兩個(gè)發(fā)展方向，即?。ㄎⅲ┬突蛯I(yè)化。大型化指的是大中型 PLC向著大容量、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，使之能與計(jì)算機(jī)組成集成控制系統(tǒng)，對(duì)大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的自動(dòng)控制。 ? 當(dāng)前流行的可編程控制器系統(tǒng) 序號(hào) 廠家 特點(diǎn) 主要產(chǎn)品 1 AB ?美國和世界上最大的 PLC系統(tǒng)供應(yīng)商之一 ?取得了“ PLC”的注冊(cè)商標(biāo)許可證和相應(yīng)專利，即只有 AB的PLC可標(biāo)有“ PLC”字樣 ?中、大型 PLC優(yōu)勢(shì)明顯 ?具有先進(jìn)的通信和數(shù)據(jù)處理功能 MicroLogix系列 SLC 500系列 PLC5系列 ControlLogix等 2 GE FANUC ?國際上最早研制和生產(chǎn) PLC產(chǎn)品的主要廠商之一 ?產(chǎn)品系列齊全 ?數(shù)據(jù)處理速度高，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng) 90Micro Versa Max 9030系列 9070系列 3 MITSUBISHI ?日本生產(chǎn) PLC產(chǎn)品的主要廠家之一，在微型化及低成本方面具有特色 ?性能價(jià)格比較高 F系列 FX系列 A A A3系列 Q系列等 4 MODICON ?國際上較早研研制和生產(chǎn) PLC產(chǎn)品的主要廠家之一 ?品種、規(guī)格齊全 ?網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)， MODBUS成為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn) 984系列 Micro Compact Momentum Quantum系列等 序號(hào) 廠家 特點(diǎn) 主要產(chǎn)品 5 NaiS（松下電工） ? 日本主要工業(yè)控制設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)之一 ? 整體結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊全 FP1/FPM FP0、 FP FP3 FP10SH等 6 OMRON ? 日本主要工業(yè)控制設(shè)備的生產(chǎn)企業(yè)之一 ? 產(chǎn)品系列齊全，整體結(jié)構(gòu)緊湊 C系列 P型 C200Hα 系列 C2022H CQM1 CVM1 CV2022 CS1 7 SIEMENS ? 國際上較早研制和生產(chǎn) PLC產(chǎn)品的主要廠家之一 ? 品種、規(guī)格齊全 ? 結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、密集，擴(kuò)展靈活 ? 網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng) S590、 100、 13 155系列 S7200、 300、 400系列 PCS7等 5. PLC可靠性高的原因 PLC的可靠性高，主要由于 PLC采用了下述措施： ① 控制由軟件實(shí)現(xiàn)，硬連接大為減少 ② 設(shè)置濾波：在輸入輸出接口處設(shè)置濾波器，不僅可濾除來自外界的高頻干擾，而且還可減少內(nèi)部模塊之間信號(hào)的相互干擾 ③ 設(shè)置隔離： CPU和各 I/O回路設(shè)有光耦合器件作隔離，以防止干擾 ④ 設(shè)置屏蔽：根據(jù)需要采用能屏蔽磁場或電場的屏蔽層 ⑤ 采用模塊式結(jié)構(gòu)：便于檢修和更換模板，同時(shí)在各模板上都設(shè)有故障指示器來顯示它的狀態(tài) ⑥ 設(shè)有聯(lián)鎖功能：各輸出通道之間設(shè)有聯(lián)鎖功能，以防止各被控對(duì)象之間誤動(dòng)作可能造成的事故 ⑦ 設(shè)置環(huán)境檢測和診斷電路：負(fù)責(zé)對(duì) PLC的運(yùn)行環(huán)境（例如電網(wǎng)電壓、工作溫度、環(huán)境的濕度等）進(jìn)行檢測，同時(shí)也完成對(duì) PLC中各模塊工作狀態(tài)的監(jiān)測。與軟件配合，實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)動(dòng)診斷和預(yù)報(bào) ⑧ PLC的電源具有很強(qiáng)的抗電網(wǎng)電壓波動(dòng)和高頻干擾的能力，同時(shí)還具有過電壓過電流保護(hù)措施 ⑨ 設(shè)置 Watchdog電路：如果 CPU不能按預(yù)定順序（預(yù)定時(shí)間間隔）工作而報(bào)警 ⑩ PLC的輸入、輸出控制簡單： PLC以掃描方式進(jìn)行工作，即 PLC對(duì)信號(hào)的輸入、數(shù)據(jù)的處理和控制信號(hào)的輸出，分別在一個(gè)掃描周期內(nèi)的不同時(shí)間間隔里，以批處理方式進(jìn)行。 第二節(jié) PLC的基本結(jié)構(gòu) 與工作原理 一 PLC基本結(jié)構(gòu) ? 繼電接觸控制系統(tǒng)：由輸入設(shè)備、控制線路和輸出設(shè)備組成 ? PLC控制系統(tǒng)：輸入輸出部分與之類似，控制部分用微處理和存儲(chǔ)器取代了繼電器控制線路，即通過用戶軟件來實(shí)現(xiàn) 輸入設(shè)備（按鈕、開關(guān)等）繼電器控制線路（由繼電器和導(dǎo)線組成）輸出設(shè)備（接觸器、電磁閥等）被控生產(chǎn)機(jī)械或生產(chǎn)過程微處理器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用戶程序存儲(chǔ)器輸入部件輸出部件電源部件編程器輸入設(shè)備 被控設(shè)備按鈕繼電器觸點(diǎn)位置開關(guān)...電磁線圈指示燈電磁閥...PLC的基本結(jié)構(gòu) ① 輸入與輸出部分：輸入部件輸入現(xiàn)場控制信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能接收和處理的數(shù)字信號(hào)；輸出部件接收經(jīng)過中央處器處理過的輸出數(shù)字信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成被控制設(shè)備或顯示裝置所能接收的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥和指示燈等。 ② 中央處理單元：包括微處理器、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。 ① 微