掌握可編程控制器的工作原理了解PLC的編程語言PPT學習教案

1、會計學1掌握可編程控制器的工作原理了解掌握可編程控制器的工作原理了解PLC的編程語言的編程語言1.1 可編程控制器的產(chǎn)生、特點、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢可編程控制器的產(chǎn)生、特點、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1.2 PLC的基本結構和工作原理的基本結構和工作原理 1.3 PLC的主要性能指標的主要性能指標 1.4 PLC的編程語言的編程語言 第1頁/共21頁本章要點本章要點 1理解可編程控制器的基本結構，掌握可編程控制理解可編程控制器的基本結構，掌握可編程控制器的工作原理、了解器的工作原理、了解PLC的編程語言。的編程語言。 2了解了解PLC的主要技術性能指標、掃描工作方式和的主要技術性能指標、掃描工作方式和PLC的

2、響應時間。的響應時間。本章難點本章難點 1可編程控制器基本結構的理解。可編程控制器基本結構的理解。 2各種編程語言的理解。各種編程語言的理解。 3掃描工作方式和響應時間的理解。掃描工作方式和響應時間的理解。 第2頁/共21頁本節(jié)主要介紹 PLC的產(chǎn)生的產(chǎn)生 PLC的特點的特點 PLC的現(xiàn)狀的現(xiàn)狀 PLC的發(fā)展趨勢的發(fā)展趨勢可編程控制器（可編程控制器（Programmable Controller）簡稱）簡稱PC(PLC)第3頁/共21頁 1968年美國通用汽車公司（年美國通用汽車公司（GM）提出了研制新型邏）提出了研制新型邏輯順序控制裝置的輯順序控制裝置的十項招標指標十項招標指標： 編程方便，

3、可現(xiàn)場修改程序；編程方便，可現(xiàn)場修改程序； 維修方便，采用模塊化結構；維修方便，采用模塊化結構； 可靠性高于繼電器控制裝置；可靠性高于繼電器控制裝置； 體積小于繼電器控制裝置；體積小于繼電器控制裝置； 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機； 成本可與繼電器控制裝置競爭；成本可與繼電器控制裝置競爭； 輸入可以是交流輸入可以是交流115V； 輸出為交流輸出為交流115V，2A以上，能直接驅動電磁閥，接觸器等；以上，能直接驅動電磁閥，接觸器等； 在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更；在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更； 用戶程序存儲器容量至少能擴展到用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。 這些要求實際

4、上提出了將繼電器控制的簡單易懂、使用方便、價格低的優(yōu)點與計算機的功能完善、靈活性、通用性好的優(yōu)點結合起來，將繼電接觸控制的硬連線邏輯轉變?yōu)橛嬎銠C的軟件邏輯編程的設想。這些要求實際上提出了將繼電器控制的簡單易懂、使用方便、價格低的優(yōu)點與計算機的功能完善、靈活性、通用性好的優(yōu)點結合起來，將繼電接觸控制的硬連線邏輯轉變?yōu)橛嬎銠C的軟件邏輯編程的設想。第4頁/共21頁定義：定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(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)字式或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?/p>

5、程控制器及其有關外圍設備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(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)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外圍設備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。 PLCPLC的主要特點是的主要特點是：1 1可靠性高，抗干擾能力強可靠性高，抗干擾能力強 PLC是專為工業(yè)環(huán)境設計的，其可靠性高，抗干擾能力強，其平均故障間隔時間可達是專為工業(yè)環(huán)境設計的，其可靠性高，抗

6、干擾能力強，其平均故障間隔時間可達5年以上，主要體現(xiàn)在：年以上，主要體現(xiàn)在： 對元器件進行嚴格篩選和老化，對元器件進行嚴格篩選和老化，I/O接口電路采用光電隔離；接口電路采用光電隔離； 結構上考慮耐熱、防潮、防塵和抗震的要求；結構上考慮耐熱、防潮、防塵和抗震的要求； 硬件上采用隔離、屏蔽、濾波和接地等措施；硬件上采用隔離、屏蔽、濾波和接地等措施； 軟件上采用數(shù)字濾波等抗干擾和故障診斷措施；軟件上采用數(shù)字濾波等抗干擾和故障診斷措施； 工作方式采用循環(huán)掃描方式。工作方式采用循環(huán)掃描方式。第5頁/共21頁2 2功能完善功能完善 PLC除基本邏輯處理功能外，配合特殊的功能模塊可用于數(shù)字控制領域，并可實

7、現(xiàn)與上位機的通訊。除基本邏輯處理功能外，配合特殊的功能模塊可用于數(shù)字控制領域，并可實現(xiàn)與上位機的通訊。 3 3易操作易操作 程序輸入和更改方便；程序輸入和更改方便； 多種程序設計語言可供使用；多種程序設計語言可供使用； 自診斷功能使維修方便。自診斷功能使維修方便。4 4靈活性和可擴展性強靈活性和可擴展性強 PLC的靈活性表現(xiàn)在下列三個方面：的靈活性表現(xiàn)在下列三個方面： 采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、菜單圖、功能模塊圖和語言描述編程語言，只要掌握其中一種語言就可以進行編程；采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、菜單圖、功能模塊圖和語言描述編程語言，只要掌握其中一種語言就可以進行編程； 根據(jù)應

8、用規(guī)模的不斷擴展，即可進行容量的擴展、功能的擴展、應用和控制范圍的擴展；根據(jù)應用規(guī)模的不斷擴展，即可進行容量的擴展、功能的擴展、應用和控制范圍的擴展； 設計、編程和安裝的工作量減少，易實現(xiàn)過程監(jiān)視和控制。設計、編程和安裝的工作量減少，易實現(xiàn)過程監(jiān)視和控制。第6頁/共21頁PLC產(chǎn)品可按地域分成三大流派：產(chǎn)品可按地域分成三大流派：美國產(chǎn)品：美國產(chǎn)品：代表性廠商有代表性廠商有A-B公司、通用電氣（公司、通用電氣（GE）公司、莫迪康（）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州儀器（）公司、德州儀器（TI）公司、西屋公司等。其中）公司、西屋公司等。其中A-B公司是美國最大的公司是美國最大的PLC制造商

9、，其產(chǎn)品約占美國制造商，其產(chǎn)品約占美國PLC市場的一半。市場的一半。 歐洲產(chǎn)品：歐洲產(chǎn)品：代表性廠商有德國的西門子（代表性廠商有德國的西門子（SIEMENS）公司、）公司、AEG公司、法國的公司、法國的TE公司是歐洲著名的公司是歐洲著名的PLC制造商。德國的西門子的電子產(chǎn)品以性能精良而久負盛名。在中、大型制造商。德國的西門子的電子產(chǎn)品以性能精良而久負盛名。在中、大型PLC產(chǎn)品領域與美國的產(chǎn)品領域與美國的A-B公司齊名。公司齊名。 日本產(chǎn)品：日本產(chǎn)品：日本的小型日本的小型PLC最具特色，在小型機領域中頗具盛名，某些用歐美的中型機或大型機才能實現(xiàn)的控制，日本的小型機就可以解決。在開發(fā)較復雜的控制系

10、統(tǒng)方面明顯優(yōu)于歐美的小型機，所以格外受用戶歡迎。日本有許多最具特色，在小型機領域中頗具盛名，某些用歐美的中型機或大型機才能實現(xiàn)的控制，日本的小型機就可以解決。在開發(fā)較復雜的控制系統(tǒng)方面明顯優(yōu)于歐美的小型機，所以格外受用戶歡迎。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、東芝等，在世界小型制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、東芝等，在世界小型PLC市場上，日本產(chǎn)品約占有市場上，日本產(chǎn)品約占有70的份額。的份額。 第7頁/共21頁我國我國PLC產(chǎn)品產(chǎn)品: 我國有許多廠家、科研院所從事我國有許多廠家、科研院所從事PLC的研制與開發(fā)，如中國科學院自動化研究所的的研制與開發(fā)，如中國科

11、學院自動化研究所的PLC-0088，北京聯(lián)想計算機集團公司的，北京聯(lián)想計算機集團公司的GK-40，上海機床電器廠的，上海機床電器廠的CKY-40，上海起重電器廠的，上海起重電器廠的CF-40MR/ER，蘇州電子計算機廠的，蘇州電子計算機廠的YZ-PC-001A，原機電部北京機械工業(yè)自動化研究所的，原機電部北京機械工業(yè)自動化研究所的MPC-00l/20、KB-20/40，杭州機床電器廠的，杭州機床電器廠的DKK02，天津中環(huán)自動化儀表公司的，天津中環(huán)自動化儀表公司的DJK-S-84/86/480，上海自立電子設備廠的，上海自立電子設備廠的KKI系列，上海香島機電制造有限公司的系列，上海香島機電制

12、造有限公司的ACMY-S80、ACMY-S256，無錫華光電子工業(yè)有限公司（合資）的，無錫華光電子工業(yè)有限公司（合資）的SR-10、SR-20/21等。等。 第8頁/共21頁 目前，目前，PLC技術正在不斷地向綜合性的工業(yè)控制發(fā)展。隨著科學技術的迅速發(fā)展，未來技術正在不斷地向綜合性的工業(yè)控制發(fā)展。隨著科學技術的迅速發(fā)展，未來PLC將朝兩極化、多功能、智能化和網(wǎng)絡化的模式方向發(fā)展。將朝兩極化、多功能、智能化和網(wǎng)絡化的模式方向發(fā)展。 1 1向高速度、大容量方向發(fā)展向高速度、大容量方向發(fā)展2 2向超大型、超小型兩個方向發(fā)展向超大型、超小型兩個方向發(fā)展3 3PLCPLC大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)通信能

13、力大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)通信能力4 4增強外部故障的檢測與處理能力增強外部故障的檢測與處理能力5 5編程語言多樣化編程語言多樣化第9頁/共21頁1.2.1 PLC的基本結構的基本結構中央處理單元（中央處理單元（CPU）它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)。檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。 存儲空間： 系統(tǒng)程序存儲區(qū):存放著相當于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序 系統(tǒng)RAM存儲區(qū)（包括I/O映象區(qū)以及各類軟設備 ) 用戶程序存儲區(qū)：存放用戶編制的用戶程序 PLC存儲空間存儲空間 電源部分電源部分存儲器類型 ： RAM EPR

14、OM EEPROM第10頁/共21頁早期的早期的PLC與傳統(tǒng)由繼電器接觸器構成的控制裝置的區(qū)別：與傳統(tǒng)由繼電器接觸器構成的控制裝置的區(qū)別：（1 1）繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式）繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式（2 2）PLCPLC的的CPUCPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式 考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在100ms100ms以上，而以上，而PLCPLC掃描用戶程序的時間一般均小于掃描用戶程序的時間一般均小于100ms100ms，因此，因此，PLCPLC采用了一種不同于一般微型

15、計算機的運行方式采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式掃描技術。掃描技術。（3 3）掃描技術）掃描技術 工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLCPLC的的CPUCPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 第11頁/共21頁 輸入采樣階段輸入采樣階段 PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將

16、它們存入I/O映象區(qū)中的相應單元內(nèi)。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，映象區(qū)中的相應單元內(nèi)。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。第12頁/共21頁 PLC PLC順序依次地掃描用戶程序

17、（梯形圖），然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)順序依次地掃描用戶程序（梯形圖），然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAMRAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/OI/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 用戶程序執(zhí)行階段第13頁/共21頁 當掃描用戶程序結束后，當掃描用戶程序結束后，PLCPLC就進入輸出刷新階段。就進入輸出刷新階段。CPUCPU按照按照I/OI/O映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)

18、輸出電路驅動相應的外設。這時，才是映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLCPLC的真正輸出。的真正輸出。 一般來說，一般來說，PLCPLC的掃描周期還包括自診斷、通訊等，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新等所有時間的總和。的掃描周期還包括自診斷、通訊等，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新等所有時間的總和。 輸出刷新階段第14頁/共21頁光電隔離等技術光電隔離等技術 掃描技術掃描技術 PLC PLC的的I/OI/O響應比一般微型計算機構成的工業(yè)控制系統(tǒng)慢的多，其響應時間至少等于一個掃描

19、周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。響應比一般微型計算機構成的工業(yè)控制系統(tǒng)慢的多，其響應時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。 第15頁/共21頁1 1輸入輸出點數(shù)輸入輸出點數(shù): :2 2掃描速度掃描速度: :3 3存儲器容量：存儲器容量：4 4編程語言：編程語言： PLCPLC采用梯形圖、布爾助記符、菜單圖、功能模塊圖和語言描述等編程語言。不同的采用梯形圖、布爾助記符、菜單圖、功能模塊圖和語言描述等編程語言。不同的PLCPLC產(chǎn)品可能擁有其中一種、兩種或全部的編程方式。產(chǎn)品可能擁有其中一種、兩種或全部的編程方式。5 5指令功能指令功能 指令種類越多，則其軟件的功能就越強

20、，使用這些指令完成一定的控制目的就越容易。指令種類越多，則其軟件的功能就越強，使用這些指令完成一定的控制目的就越容易。 此外，此外，PLCPLC的可擴展性、使用條件、可靠性、易操作性及經(jīng)濟性等性能指標也是用戶在選擇的可擴展性、使用條件、可靠性、易操作性及經(jīng)濟性等性能指標也是用戶在選擇PLCPLC時須注意的指標。時須注意的指標。 表示表示PLC組成控制系統(tǒng)時可能的最大規(guī)模。組成控制系統(tǒng)時可能的最大規(guī)模。掃描速度是指掃描速度是指PLCPLC執(zhí)行用戶程序的速度。執(zhí)行用戶程序的速度。包括系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。包括系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。程序指令是按程序指令是按

21、“步步”存放的，一存放的，一“步步”占用一個地址單元，一個地址單元一般占用兩個字節(jié)。占用一個地址單元，一個地址單元一般占用兩個字節(jié)。第16頁/共21頁 PLCPLC中有多種程序設計語言，它們是梯形圖語言、布爾助記符語言、菜單圖語言、功能模塊圖語言及結構化語句描述語言等。中有多種程序設計語言，它們是梯形圖語言、布爾助記符語言、菜單圖語言、功能模塊圖語言及結構化語句描述語言等。 梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序設計語言，它們通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡單的控制功能。梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序設計語言，它們通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡單的控制功能

22、。 菜單圖語言和語句描述語言是高級的程序設計語言，它可根據(jù)需要去執(zhí)行更有效的操作。菜單圖語言和語句描述語言是高級的程序設計語言，它可根據(jù)需要去執(zhí)行更有效的操作。 功能模塊圖語言采用功能模塊圖的形式，通過軟連接的方式完成所要求的控制功能，它不僅在功能模塊圖語言采用功能模塊圖的形式，通過軟連接的方式完成所要求的控制功能，它不僅在PLCPLC中得到了廣泛的應用，在集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)時也常常被采用，由于它具有連接方便、操作簡單和易于掌握等特點，為廣大工程設計和應用人員所喜愛。中得到了廣泛的應用，在集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)時也常常被采用，由于它具有連接方便、操作簡單和易于掌握等特點，為廣大工程設計

23、和應用人員所喜愛。第17頁/共21頁梯形圖語言梯形圖語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設計語言。這種程序設計語言采用因果關系來描述事件發(fā)生的條件和結果。每個梯級是一個因果關系，在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結果表示在右面。是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設計語言。這種程序設計語言采用因果關系來描述事件發(fā)生的條件和結果。每個梯級是一個因果關系，在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結果表示在右面。梯形圖程序設計語言的特點是：梯形圖程序設計語言的特點是：（1 1）與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性。）與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應

24、性。（2 2）與原有繼電器邏輯控制技術相一致，對電氣技術人員來說，易于掌握和學習）與原有繼電器邏輯控制技術相一致，對電氣技術人員來說，易于掌握和學習（3 3）與原有的繼電器邏輯控制技術的不同點是，梯形圖中的能流（）與原有的繼電器邏輯控制技術的不同點是，梯形圖中的能流（Power FlowPower Flow）不是實際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實際存在的繼電器。因此，應用時需與原有繼電器邏輯控制技術的有關概念區(qū)別對待。）不是實際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實際存在的繼電器。因此，應用時需與原有繼電器邏輯控制技術的有關概念區(qū)別對待。（4 4）與布爾助記符程序設計語言有一一對應關系，便于相互的

25、轉換和程序的檢查。）與布爾助記符程序設計語言有一一對應關系，便于相互的轉換和程序的檢查。 第18頁/共21頁布爾助記符語言布爾助記符語言是用布爾助記符來描述程序的一種程序設計語言，它與計算機中的匯編語言非常相似，采用布爾助記符來表示操作功能。是用布爾助記符來描述程序的一種程序設計語言，它與計算機中的匯編語言非常相似，采用布爾助記符來表示操作功能。 布爾助記符程序設計語言具有下列特點：布爾助記符程序設計語言具有下列特點： （1 1）采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于掌握的特點。）采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于掌握的特點。（2 2）在編程器的鍵盤上采用助記符表示，具有便于操作的特點，可在）在編程器的鍵盤上采用助記符表示，具有便于操作的特點，可在無計算機的場合進行編程設計。無計算機的場合進行編程設計。（3 3）與梯形圖有一一對應關系，其特點與梯形圖語言基本類同。）與梯形圖有一一對應關系，其特點與梯形圖語言基本類同。 第19頁/共21頁 PLCPLC是