【正文】 緒 論 一 、 可編程控制器的簡史及定義 二 、 可編程控制器的特點(diǎn) 三 、 可編程控制器的應(yīng)用 四 、 可編程控制器的發(fā)展前景 課程性質(zhì) 課程目的和要求 一 、 可編程控制器的簡史及定義 60年代 繼電接觸控制系統(tǒng) 接線復(fù)雜 改變設(shè)計(jì)困難 簡單 易懂 價格便宜 1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）， 研制 出世界上第一臺 可編程序控制器 ，并在 GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用 成功 。 一、 可編程控制器的簡史及定義 20世紀(jì) 70年代中末期， PLC進(jìn)入了實(shí)用化發(fā)展階段 20世紀(jì) 80年代初， PLC在先進(jìn)工業(yè)國家廣泛應(yīng)用 20世紀(jì)末期， PLC已適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)控制的需要 21世紀(jì)初的幾年，隨著計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)的發(fā)展， PLC重點(diǎn)發(fā)展了網(wǎng)絡(luò)通訊能力，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)的各個領(lǐng)域 一、 可編程控制器的簡史及定義 1980年美國電氣制造商協(xié)會（ NEMA） 正式將其命名為可編程序控制器（ Programmable Controller）， 簡稱 PC。 為了和個人計(jì)算機(jī)（ PC） 相區(qū)別，將最初用于邏輯控制的 可編程控制器 稱為 PLC（ Programmable logic Controller）。 1985年 1月國際電工委員會（ IEC）制定了可編程控制器的標(biāo)準(zhǔn)，并定義了 PLC 。 可編程控制器是以微機(jī)技術(shù)為核心的通用工業(yè)自動控制裝置 ，簡稱 PLC。 一、 可編程控制器的簡史及定義 目前世界上 生產(chǎn)品牌 PLC的著名公司 ： 美國艾倫 布拉德利公司 （ AB ： AllenBradley） 德國西門子公司（ Siemens） 法國的施耐德公司 （ TE ： Telemecanique） 日本三菱公司（ MITSUBISHI） 日本歐姆龍公司（ OMRON） 日本富士電機(jī)公司（ Fuji Electric） 日本東芝公司（ TOSHIBA） 日本松下電工公司（ MEW） 等 二、 可編程控制器的特點(diǎn) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 通用性強(qiáng)，使用方便 模塊化結(jié)構(gòu)，組合靈活 編程簡單，易學(xué)易用 體積小，重量輕，能耗低 系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建造工作量小，改造容易 三、 可編程控制器的應(yīng)用 開關(guān)邏輯控制 運(yùn)動控制 閉環(huán)過程控制 數(shù)據(jù)處理 通訊及聯(lián)網(wǎng) 四、 可編程控制器的發(fā)展前景 速度更快、存儲容量更大、可靠性更高 向超小型和超大型方向發(fā)展 規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，出現(xiàn)通用編程語言 通訊、聯(lián)網(wǎng)能力更強(qiáng)，與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng) 出現(xiàn) PLC品牌壟斷國際市場的局面 技 術(shù) 規(guī) 模 產(chǎn) 品 通 訊 市 場 四、 可編程控制器的發(fā)展前景 課程性質(zhì) 《可編程控制器應(yīng)用技術(shù)》 是 電類 和 機(jī)電類 專業(yè)的 專業(yè)基礎(chǔ)課 課程目的和要求 1．了解可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和應(yīng)用場合 2． 明確可編程控制器的硬件配置 、 工作原理和工作過程 3． 掌握可編程控制器基本邏輯指令及編程方法 ， 掌握編程軟件的使用 4． 熟悉可編程控制器功能指令及編程方法 5． 能正確使用可編程控制器并完成 I/O設(shè)備的接線 6． 掌握程序設(shè)計(jì)的思想和方法 7． 掌握程序運(yùn)行和調(diào)試的方法 ， 會分析實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)現(xiàn)象 8． 具備閱讀和分析實(shí)際應(yīng)用程序與梯形圖的能力 9． 能借助產(chǎn)品說明書和技術(shù)手冊 ， 查閱有關(guān)數(shù)據(jù)和功能 ， 正確使用 PLC 10． 能在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行簡單的程序設(shè)計(jì) ， 運(yùn)行 、 調(diào)試 、 維護(hù) PLC控制系統(tǒng) 學(xué)習(xí)方法 ?認(rèn)真聽課，注意老師對問題的分析，通過案例分析和實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)獲得編程的思想和方法 ?理論聯(lián)系實(shí)際，帶著問題學(xué)，學(xué)深入 ? 注重實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，訓(xùn)練應(yīng)用 PLC的技能 ?注意對知識的記憶和回味，幾分耕耘、幾分收獲 第 1章 可編程控制器的硬件 構(gòu)成及工作原理 可編程控制器的硬件構(gòu)成 可編程控制器的工作原理 可編程控制器的硬件構(gòu)成 CPU模塊 輸入輸出接口電路 電源 外部設(shè)備 可編程控制器的硬件構(gòu)成 可編程控制器主機(jī) 可編程控制器編程器 圖 可編程控制器及編程器 可編程控制器的硬件構(gòu)成 圖 PLC的硬件結(jié)構(gòu) 主機(jī)電源微 處 理 器 ( C P U )運(yùn)算器控制器輸入單元存儲器E P R O M( 系 統(tǒng) 程 序 )RAM( 用 戶 程 序 )外設(shè)I / O接口I / O擴(kuò)展接口用戶輸入設(shè)備輸出單元用戶輸出設(shè)備I / O擴(kuò)展接口P L C 或 上 位 計(jì) 算 機(jī)圖 形 監(jiān) 控 系 統(tǒng)E P R O M 寫入器打印機(jī)盒 式 磁 帶 機(jī)編程器外部設(shè)備 PLC由 CPU、存儲器、輸入/輸出接口、內(nèi)部電源和編程設(shè)備幾部分構(gòu)成 CPU模塊 接受 、 存儲用戶程序； 按掃描工作方式接收來自輸入單元的數(shù)據(jù)和信息，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)； 執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序，完成數(shù)據(jù)和信息的邏輯處理，產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)部控制信號，完成用戶指令規(guī)定的各種操作； 響應(yīng)外部設(shè)備的請求。 CPU是 PLC的運(yùn)算控制中心，它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作，其具體作用是： CPU模塊（中央處理器 +存儲器） CPU模塊 RAM： 隨機(jī)存儲器，可讀可寫，沒有斷電保持功能。 ROM： 只讀存儲器，只讀，不能寫。 RAM存放用戶程序 ROM存放系統(tǒng)程序 存儲器 用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和運(yùn)行中的數(shù)據(jù)。包括只讀存儲器 (ROM)和隨機(jī)存取存儲器 (RAM)。 EPROM： 可擦除程序的只讀存儲器，用紫外線照射芯片上的透鏡窗口，可以擦除已寫入的內(nèi)容，而寫入新的程序。 EEPROM： 可電擦除的只讀存儲器，兼有 ROM的非易失性和RAM的隨機(jī)存取的優(yōu)點(diǎn)。 輸入輸出接口 是 PLC與工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號連接的部分。 輸入輸出接口 輸入接口 用來 接受 生產(chǎn)過程的各種參數(shù)（ 輸入信號 ）。 輸出接口 用來 送出 可編程控制器運(yùn)算后得出的 控制信息 （ 輸出信號 ） ， 并通過機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制 。 為了適應(yīng)可編程控制器在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的工作 ， 對輸入輸出接口有二個主要的要求： ? 良好的抗干擾能力 ? 能滿足工業(yè)現(xiàn)場各類信號的匹配要求 可編程控制器為不同的接口需求設(shè)計(jì)了不同的接口單元： 開關(guān)量輸入接口 其作用是把現(xiàn)場的開關(guān)量信號變成可編程控制器內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號 。 開關(guān)量輸入接口按可接納的外部信號電源的類型不同，分為 直流輸入單元 和 交流輸入單元 。 開關(guān)量輸出接口按可編程控制器機(jī)內(nèi)使用的器件不同，分為 繼電器型 、 晶體管型 和 可控硅型 。 輸入輸出接口 開關(guān)量輸出接口 其作用是把可編程內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的開關(guān)量信號。 1． 開關(guān)量輸入接口 圖 直流開關(guān)量輸入單元 輸入輸出接口 光 耦 合 器P L C 內(nèi)部電路L E DC R2R1VD電源1． 開關(guān)量輸入接口 圖 交流開關(guān)量輸入單元 輸入輸出接口 雙 向 耦 合 器P L C 內(nèi)部 電 路LEDC R3R1VD交 流 電 源~R2輸入接口的接線方式（ 匯點(diǎn)式 ） 圖 輸入電路的連接 輸入輸出接口 開關(guān)量輸出接口，其作用是把 PLC的內(nèi)部信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種開關(guān)信號。 考慮負(fù)載的驅(qū)動電源時，還需選擇輸出器件的類型。 繼電器型 的輸出接口，可用于 交流及直流兩種電源 ，接通和斷開的頻率低，帶負(fù)載能力強(qiáng)； 晶體管型 的輸出接口有較高的接通斷開頻率，但只適用于 直流驅(qū)動 的場合； 可控硅型 的輸出接口僅用于 交流驅(qū)動 的場合，適用快速、頻繁動作和大電流的場合。 ２． 開關(guān)量輸出接口 輸入輸出接口 圖 繼電器型輸出單元 輸入輸出接口 PLC 內(nèi)部 電 路L E DVD交 流 電 源~K SL輸出接口 接線方式（ 分組式 ） 圖 PLC的輸出接口 輸入輸出接口 ３ ． 模擬量輸入接口 （ A／ D模塊 ） 模擬量輸入接口把現(xiàn)場 連續(xù)變化的模擬量 信號轉(zhuǎn)換成適合可編程控制器內(nèi)部處理的 二進(jìn)制數(shù)字信號 。 模擬量信號輸入后一般經(jīng)運(yùn)算放大器放大后進(jìn)行 A／ D轉(zhuǎn)換，再經(jīng)光電耦合后為可編程控制器提供一定位數(shù)的數(shù)字量信號。 輸入輸出接口 光耦合器隔離A / D轉(zhuǎn)換器濾波內(nèi)部回路圖 模擬量輸入單元框圖 ４． 模擬量輸出接口（ D／ A模塊 ） 模擬量輸出接口將 PLC運(yùn)算處理后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量信號輸出，以滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場連續(xù)控制信號的需求。 模擬量輸出接口一般由光電隔離、 D／ A轉(zhuǎn)換和信號驅(qū)動等環(huán)節(jié)組成 。 信號轉(zhuǎn)換內(nèi)部回路光耦合器隔離D / A轉(zhuǎn)換器圖 模擬量輸出單元框圖 輸入輸出接口 為了適應(yīng)更復(fù)雜的控制工作的需要，可編程控制器還有一些智能控制單元，如 PID單元、高速計(jì)數(shù)器單元、溫度控制單元、通信單元、定位單元等。 特殊功能模塊 都是獨(dú)立的工作單元，它們和普通輸入輸出接口的區(qū)別在于都 帶有獨(dú)立的 CPU， 有專門的處理能力 。 ５． 智能輸入輸出接口（ 特殊功能模塊 ） 輸入輸出接口 電源 可編程控制器的電源包括 : * 為可編程控制器各工作單元供電的 開關(guān)電源 * 為掉電保護(hù)電路供電的 后備電源 ，一般為電池 外部設(shè)備 可編程控制器一般可配備的外部設(shè)備： 編程器 盒式磁帶機(jī)，用以記錄程序或信息 打印機(jī)，用以打印程序或制表 EPROM寫入器，用以將程序?qū)懭胗脩?EPROM中 高分辨率大屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng)，用以顯示或監(jiān)視有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài) 編程器 可編程控制器的工作原理 掃描工作方式 程序執(zhí)行過程 輸入／輸出的處理規(guī)則 信息刷新方式 輸入／輸出滯后時間 掃描工作方式 掃描： 從 0000號存貯地址開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存貯地址號遞增的方向順序逐條掃描用戶程序直到程序結(jié)束。 完成一次掃描程序后，再從頭開始掃描，并周而復(fù)始地重復(fù)。一個循環(huán)掃描過程稱為掃描周期。 掃描過程分為三個階段進(jìn)行：即輸入采樣（輸入處理）階段，程序執(zhí)行（程序處理）階段，輸出刷新（輸出處理）階段。 輸入采樣 程序執(zhí)行 輸出刷新 輸入采樣 程序執(zhí)行 輸出處理 一個掃描周期 ●●● Y0 Y1 Yn 輸入映像寄存器 ① 采樣 元件映像寄存器 ③ 寫 ⑤ 寫 ④ 讀 X0 Y0 Y0 M0 ●●● ●●● 輸出鎖存電路 輸出端子 輸入端子 ●●● 程序執(zhí)行過程 ② 讀 圖 PLC 的掃描工作過程 ●●● X0 X1 Xn ⑥ 刷新 程序執(zhí)行過程 輸入采樣階段： ? PLC以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘枲顟B(tài) （ 開或關(guān) 、 即 ON或 OFF、 “ 1”或 “ 0”） 讀入到輸入映像寄存器中寄存起來 ， 稱為對輸入信號的 采樣 ， 或稱 輸入刷新 。 ? 接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段 ， 在程序執(zhí)行期間 ， 即使輸入狀態(tài)變化 ， 輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會改變 。 輸入狀態(tài)的變化只能在下一個工作周期的輸入采樣階段才被重新讀入 。 程序執(zhí)行過程 程序執(zhí)行階段： 程序執(zhí)行階段， PLC對程序按順序進(jìn)行掃描； 如果程序用梯形圖表示，則總是按先左后右、先上后下的順序進(jìn)行掃描； 每掃描到一條指令時，所需要的輸入元件狀