【正文】 2022/2/13 1 嚴俊 2022/2/13 2 可編程序控制器問世于 1969年。是美國汽車制造工業(yè)激烈競爭的結(jié)果。更新汽車型號必然要求加工生產(chǎn)線改變。正是從汽車制造業(yè)開始了對傳統(tǒng)繼電器控制的挑戰(zhàn)。 1968年美國General Motors公司，要求制造商為其裝配線提供一種新型的通用程序控制器，并提出 10項招標指標。這就是著名的 GM 10條。 第一章 可編程控制器的基本知識 第一節(jié) 可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展 一、可編程控制器的產(chǎn)生 2022/2/13 3 ，可在現(xiàn)場修改程序 ； 2. 可靠性高于繼電器控制柜； 3. 體積小于繼電器控制柜； 4. 維護方便，最好是插件式； ； 6. 在成本上可與繼電器控制柜競爭； 7. 輸入可以是交流 115V； 8. 輸出為交流 115V、 2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥等； ，原系統(tǒng)只需很小變更； 4K。 GM10條是可編程序控制器出現(xiàn)的直接原因： 2022/2/13 4 二． 可編程控制器的發(fā)展及定義 1969年，美國數(shù)據(jù)設備公司 (DEC)研制出世界上第一臺可編程控制器，并成功地應用在 GM公司的生產(chǎn)線上。這一時期它 主要用于順序控制，只能進行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC(Programmable Logic Controller)。 70年代后期，隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展，使 PLC從開關量的邏輯控制擴展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制領域， 真正成為一種電子計算機工業(yè)控制裝置 ， 故稱為可編程控制器，簡稱 PC(Programmable Controller)。但由于 PC容易和個人計算機 (Personal Computer)相混淆，故人們?nèi)?習慣地 用 PLC作為可編程控制器的縮寫。 2022/2/13 5 1985年 1月 國際電工委員會的定義 ： “可編程序控制器是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計 。 它采用可編程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按 易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充的原則設計 ”。 2022/2/13 6 三． PLC與傳統(tǒng)的繼電器邏輯相比 、邏輯功能強、體積小。 、時間繼電器及計數(shù)繼電器的場合， PLC 無需增加硬設備。 PLC對程序修改方便。繼電器線路要想改變控制功能，必須變更硬接線，靈活性差。 ，可附加高性能模塊對模擬量進行處理，實現(xiàn)各種復雜控制功能。 2022/2/13 7 四． PLC與工業(yè)控制計算機相比 ， 對于有繼電器系統(tǒng)方面知識和經(jīng)驗的人來說，尤其是現(xiàn)場的技術人員，學習起來十分方便。 2. PLC一般是由電氣控制器的制造廠家研制生產(chǎn)， 各廠家的產(chǎn)品不通用。 工業(yè)控制機 是由通用計算機推廣應用發(fā)展起來的，一般由微機廠、芯片及板卡制造廠開發(fā)生產(chǎn)。它在硬件結(jié)構(gòu)方面的突出優(yōu)點是 總線標準化程度高，產(chǎn)品兼容性強。 3. PLC的運行方式與工業(yè)控制機不同， 微機的許多軟件不能直接使用。 工業(yè)控制機可使用通用微機的各種編程語言，對要求快速、實時性強、模型復雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但它要求使用者具有一定的計算機專業(yè)知識。 2022/2/13 8 境而設計的。 都具有很高的可靠性。 ， 可以針對不同的對象進行組合和擴展。 2022/2/13 9 第二節(jié) 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) 一． PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) I/O擴展單元I/O擴展接口 中央處理單元 (CPU)輸入接口輸出接口限位開關手動開關編碼器數(shù)字開關電源外部設備接口存儲器系統(tǒng)程序用戶程序數(shù)據(jù)編程器上位計算機圖形監(jiān)控系統(tǒng)打印機E P R O M 寫入器盒式磁帶機條碼判讀機電源電磁閥繼電器指示燈蜂鳴器2022/2/13 10 二． PLC各部分的作用 ① 診斷 PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤。 ② 采集現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送人 PLC的寄存器中。 ③ 逐條讀取指令，完成各種運算和操作。 ④ 將處理結(jié)果送至輸出端。 ⑤ 響應各種外部設備的工作請求。 2022/2/13 11 二． PLC各部分的作用 ① 系統(tǒng)程序存儲器 ：用以存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。 PLC出廠前已將其固化在只讀存儲器 ROM或 PROM中，用戶不能更改。 ② 用戶存儲器： 包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。這類存儲器一般由低功耗的 CMOSRAM構(gòu)成，其中的存儲內(nèi)容可讀出并更改。 注意： PLC產(chǎn)品手冊中給出的 ? 存儲器類型 ? 和 ? 程序容量 ? 是針對用戶程序存儲器而言的。 2022/2/13 12 二． PLC各部分的作用 輸入接口電路 ： 采用光電耦合電路，將限位開關、手動開關、編碼器等現(xiàn)場輸入設備的 控制信號轉(zhuǎn)換 成CPU所能接受和處理的 數(shù)字信號 。 PLC的輸入接口電路（直流輸入型） 2022/2/13 13 二． PLC各部分的作用 輸出接口電路： 采用光電耦合電路， 將 CPU處理過的信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出， 以驅(qū)動接觸器、電磁閥等外部設備的通斷電。 有三種類型 ： 內(nèi)部電路LEDL : 負載COML～L輸出端子繼電器輸出型 ① 繼電器輸出型 ： 為有觸點輸出方式，用于接通或斷開 開關頻率較低的 直流負載 或 交流負載 回路 。 2022/2/13 14 內(nèi)部電路LED輸出端子L:負 載COMLL～（ b） 晶閘管輸出型 L:負 載輸出端子LED內(nèi)部電路COMLL（ c） 晶體管輸出型 （ NPN集電極開路 ） 輸出端子LED內(nèi)部電路COML:負 載LL（ d） 晶體管輸出型 （ PNP集電極開路 ） ③ 晶體管輸出型 ： 為無觸點輸出方式，用于接通或斷開 開關頻率較高的 直流 電源負載。 ② 晶閘管輸出型： 為無觸點輸出方式，用于接通或斷開 開關頻率較高的 交流 電源負載。 2022/2/13 15 PLC的電源 是指將外部輸入的交流電處理后轉(zhuǎn)換成滿足 PLC的 CPU、存儲器、輸人輸出接口等內(nèi)部電路工作需要的 直流電源電路或電源模塊 。 許多 PLC的直流電源采用直流開關穩(wěn)壓電源，不僅可提供多路獨立的電壓 供內(nèi)部電路使用 ， 而且 還可為輸入設備提供標準電源。 2022/2/13 16 手持編程器采用 助記符語言編程 ，具有編輯、檢索、修改程序、進行系統(tǒng)設置、內(nèi)存監(jiān)控等功能?？梢粰C多用，具有使用方便、價格低廉的特點。 缺點： 不夠直觀 可通過 PLC的 RS232外設通訊口 (或 RS422口配以適配器 )與計算機聯(lián)機， 利用專用工具軟件 （ NPST－ GR、 FPSOFT、 FPWIN－ GR）對 PLC進行編程和監(jiān)控 。 利用計算機進行編程和監(jiān)控比手持編程工具更加直觀和方便。 2022/2/13 17 I／ 0擴展接口 若主機單元的 I／ O點數(shù)不能滿足需要時 ， 可通過此接口用扁平電纜線將 I／ O擴展單元與主機相連，以 增加 I／ O點數(shù) 。PLC的最大擴展能力主要受 CPU尋址能力和主機驅(qū)動能力 的限制。 2022/2/13 18 第三節(jié) 可編程控制器的原理及 技術性能 一． PLC的基本工作原理 微機： 等待命令 的工作方式 PLC： 循環(huán)掃描 的工作方式 CPU從第一條指令開始按指令步序號作周期性的循環(huán)掃描，如果 無跳轉(zhuǎn)指令 ,則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令 ， 周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。 2022/2/13 19 一個掃描周期主要分為三個階段： 1. 輸入刷新階段 2. 程序執(zhí)行階段 3. 輸出刷新階段 輸入刷新 程序執(zhí)行 輸出刷新 一個掃描周期 輸入刷新 PLC的掃描工作過程 用 戶 輸 出 設 備 輸 入 端 子 輸 入 鎖 存 器 輸 入 映 象 寄 存 器 輸 出 映 象 寄 存 器 輸 出 鎖 存 器 輸 出 端 子 程序 執(zhí)行 用 戶 輸 入 設 備 寫 讀 讀 2022/2/13 20 一． PLC的基本工作原理 由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進行的，所以亦將這 兩個階段統(tǒng)稱為 I／ O刷新階段。 實際上，除了執(zhí)行程序和 I／ O刷新外， PLC還要進行各種錯誤檢測 (自診斷功能 )并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱為“監(jiān)視服務”。一般在程序執(zhí)行后進行。 掃描周期的長短主要取決于程序的長短。 由于每一個掃描周期只進行一次 I／ 0刷新，故使系統(tǒng) 存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象。 這對于一般的開關量控制系統(tǒng)不但不會造成影響， 反而可以 增強系統(tǒng)的抗干擾能力。但對于控制時間要求較嚴格、響應速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應滯后。 2022/2/13 21 二． PLC的主要技術指標 ／輸出點數(shù)（ I/O點數(shù)） 注意： “ 內(nèi)存容量?實際是指用戶程序容量，不包括系統(tǒng)程序存儲器的容量。 (單位： ms／ k或 μs/步。 ) 主控模塊可實現(xiàn)基本控制功能， 高級模塊可實現(xiàn)一些特殊的專門功能。 如 A／ D和 D／ A轉(zhuǎn)換模塊等 。 2022/2/13 22 三． PLC的內(nèi)存分配及 I／ O點數(shù) ／ 0繼電器區(qū)： I／ 0區(qū)的寄存器 可直接與 PLC外部的輸入、輸出端子傳遞信息， 具有“繼電器”的功能，有自己的“線圈”和“觸點”。故常稱為“ I／ 0繼電器區(qū)”。 ： 只能在 PLC內(nèi)部使用， 其作用與中間繼電器相似，在程序控制中可存放中間變量。 ： 只能按字使用 ，不能按位使用。一般只用來 存放各種數(shù)據(jù) 。 、寄存器區(qū) ： 被系統(tǒng)內(nèi)部占用 ， 專門用于某些特殊目的，一般 不能由用戶任意占用 。 ： 用來 存放各種重要信息和參數(shù)。 通過用戶程序，不能讀取和修改系統(tǒng)寄存器的內(nèi)容。 2022/2/13 23 第四節(jié) PLC的分類及功能 一． PLC的分類 1. 按結(jié)構(gòu)形式分類 ① 整體式 ② 模塊式 2. 按功能分類 ① 低檔機 ② 中檔機 ③ 高檔機 分 類 I／ 0點數(shù) 程序容量 超小型機 64點以內(nèi) 256～ 1000字節(jié) 小型機 64～ 256 1～ 中型機 256～ 2048 ～ 13K字節(jié) 大型機 2048以上 13K字節(jié)以上 3. 按 I／ O點數(shù)和程序容量分類 2022/2/13 24 二． PLC的主要功能 1. 條件控制功能 ／計數(shù)控制功能 3. 數(shù)據(jù)處理功能 4. 步進控制功能 ／ D與 D／ A轉(zhuǎn)換功能 6. 運動控制功能 7. 過程控制功能 9. 遠程 I／ 0功能 2022/2/13 25 第五節(jié) PLC的特點、應用場合和發(fā)展趨勢 一． PLC的主要特點 1. 可靠性高、抗干擾能力強。 主要有以下幾個方面： ① 隔離 (采用光電耦合器 ) ② 濾波 ③ 對 PLC的內(nèi)部電源采取了屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施。 ④ 設置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷、 Watchdog等電路。 ⑤ 利用系統(tǒng)軟件定期進行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測。 ⑥ 對用戶程序及動態(tài)工作數(shù)據(jù)進行電池備份。 ⑦ 采用密封、防塵、抗振的外殼封裝結(jié)構(gòu)。 ⑧ 以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過程不依賴于機械觸點。