《可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)》1-PLC基礎(chǔ)知識

1、第第1 1章章 可編程序控制器基礎(chǔ)知識可編程序控制器基礎(chǔ)知識授課班級：數(shù)控技術(shù)151班 本章是學(xué)習(xí)PLC的入門知識，因此對初學(xué)者來說顯得特別重要。 重點掌握：什么是PLC？ PLC與其它控制裝置的區(qū)別？ PLC的工作機制？可編程序控制器（可編程序控制器（Programmble Controller）簡稱簡稱PC或或PLC PLCPLC是在電器控制技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來是在電器控制技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為的，并逐漸發(fā)展成為 以微處理器以微處理器 為核心，將自動化技術(shù)、為核心，將自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一

2、體的新型工業(yè)控制裝置 可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大技術(shù)支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一。 自從第一臺PLC出現(xiàn)以后，日本、

3、德國、法國等也相繼開始研制PLC，并得到了迅速的發(fā)展。各國PLC都有自己的特色。 歐洲：歐洲：西門子（Siemens）； 法國的TE（Telemecanique） 美國：美國：A-B（Allen-Bradly）、GE（General Electric） 日本：日本：三菱電機（Mitsubishi Electric）、 歐姆龍（OMRON）、 FUJI （日本主要發(fā)展中小型PLC，其小型機性能先進，結(jié)構(gòu)緊湊，價格便宜）1.3 P LC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較 1.3.1 電器控制系統(tǒng)組成電器控制系統(tǒng)組成n 例：三相異步電動機單向運行電器控制系統(tǒng) 輸入設(shè)備輸入設(shè)備

4、輸出設(shè)備輸出設(shè)備 控制方法上：控制方法上： 工作方式上：工作方式上： 控制速度上：控制速度上： 定時和計數(shù)控制上：定時和計數(shù)控制上： 可靠性和可維護性上：可靠性和可維護性上： PLC的基本組成與一般的微機系統(tǒng)類似的基本組成與一般的微機系統(tǒng)類似： 是一種是一種特殊計算機特殊計算機 PLC的基本組成包括的基本組成包括兩部分兩部分中央處理器（中央處理器（CPU）、）、存儲器、輸入接口、存儲器、輸入接口、 輸出接口、通信接口、電源等輸出接口、通信接口、電源等系統(tǒng)程序和用戶程序系統(tǒng)程序和用戶程序編程編程器器寫入器電電 源源輸入單元輸入單元輸出單元輸出單元CPU通信接口通信接口擴展接口擴展接口存儲器存儲器

5、n PLC的編程語言（IEC61131-3中的中的5種種PLC基本語言）基本語言）順序功能圖（順序功能圖（SFC）：不僅僅是一種語言，更是一種組 織控制程序的圖形化方式。梯梯 形形 圖（圖（ L D ）：以圖形方式表達觸點和線圈以及 特殊指令塊的梯級。指指 令令 表（表（ I L ）：類似匯編程序的基于文本的語言 與其相對應(yīng)的是LD。結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 文文 本（本（ S T ）：類似Pascal的基于文本的語言功功 能能 塊塊 圖（圖（FBD）：一種對應(yīng)于線路圖的圖形語言。 FBD廣泛地用于過程工業(yè)。 是編輯、調(diào)試、輸入用戶程序，也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進行人機對話。它是開發(fā)、應(yīng)用

6、、維護PLC不可缺少的設(shè)備。 簡易編程器 智能編程器 當(dāng)當(dāng)PLC運行時，需要進行眾多的操作運行時，需要進行眾多的操作而而 PLC的的CPU不可能同時去執(zhí)行多個操作，不可能同時去執(zhí)行多個操作， 每一刻只能每一刻只能執(zhí)行一個操作執(zhí)行一個操作 。 解決的辦法：解決的辦法：采用分時操作原理采用分時操作原理 由于由于CPUCPU的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看，的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看， PLC PLC外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時完成的。外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時完成的。 這種分時操作的方法稱為這種分時操作的方法稱為 1.5 PLC工作原理工作原理1.5.2 PLC的掃描工作過程的掃描工作過程

7、 1.5 PLC工作原理工作原理1.5.3 PLC執(zhí)行程序的過程執(zhí)行程序的過程1.6 1.6 P LC的分類及特點 1 1. .6 6.1 .1 PLCPLC的分類的分類 PLC一般可從其一般可從其I/O點數(shù)、結(jié)構(gòu)形式點數(shù)、結(jié)構(gòu)形式和功能三方面進行分類：和功能三方面進行分類： 1.6 1.6 P LC的分類及特點 1.6.1 PLC.6.1 PLC的分類的分類（按（按I/O點數(shù)分類）點數(shù)分類）根據(jù)PLC的I/O點數(shù)，PLC分為小型、中型和大型三類。1） I/O點數(shù)為256點以下點以下的為小型PLC （其中I/O點數(shù)小于64點的為超小型或微型PLC）2） I/O點數(shù)為256點以上、點以上、204

8、8點以下點以下的為中型PLC3） I/O點數(shù)為2048以上以上的為大型PLC （其中I/O點數(shù)超過8192點的為超大型PLC）這個分類界限不是固定不變的，它隨PLC的發(fā)展而變化。1.6 1.6 P LC的分類及特點 1.6.1 PLC.6.1 PLC的分類的分類（按結(jié)構(gòu)形式分類）按結(jié)構(gòu)形式分類） 根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。 1） 將電源、將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)，在一個機箱內(nèi)， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。 整體式PLC由不同I/O點數(shù)的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成?；?/p>

9、本單元內(nèi)有CPU、I/O接口、與I/O擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內(nèi)只有I/O和電源等，沒有CPU?；締卧蛿U展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。 小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。1.6 1.6 P LC的分類及特點 1.6.1 PLC.6.1 PLC的分類的分類（按結(jié)構(gòu)形式分類）按結(jié)構(gòu)形式分類） 2） 將將PLC各組成部分分別作成若干各組成部分分別作成若干個單獨的模塊，如個單獨的模塊，如CPU模塊、模塊、I/O模塊、電源模塊（有模塊、電源模塊（有的含在的含在CPU

10、模塊中）以及各種功能模塊。模塊中）以及各種功能模塊。 模塊式由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同模塊組成一個系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。 大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。1.6 1.6 P LC的分類及特點 1.6.1 PLC.6.1 PLC的分類的分類（按功能分類）（按功能分類） 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機系統(tǒng) 具有低檔PLC功能外，具有較強的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運算

11、、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還增設(shè)中斷、PID控制等功能 具有中檔機功能外，增加帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)運算、制表及表格傳送等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。 n 1、功能強，性能價格比高 n 一臺小型PLC內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價格比?？善绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。 n 2、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強 n 可編程序

12、控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、不規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鞯陌惭b接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有很強的帶負載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器。 n 3、可靠性高，抗干擾能力強 n 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。 n PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施

13、，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC已被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 n 4、系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少 n PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。 n PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計方法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。 n PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安

14、裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。 n 5、編程方法簡單 n 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。 n 梯形圖語言實際上是一種面向用戶的一種高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言后再去執(zhí)行。 n 6、維修工作量少，維修方便 n PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可

15、以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的位置迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。 n 7、體積小，能耗低 n 對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型PLC的體積相當(dāng)于幾個繼電器大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的確1/2-1/10。 n PLC的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時，可以減少大量費用。n (一一) 高可靠性高可靠性n 1. 所有的I/O 接口電路均采用光電隔離使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離n 2. 各輸入端均采用R-C 濾波器其濾波時間常數(shù)一般為1

16、020ms.n 3. 各模塊均采用屏蔽措施以防止輻射干擾n 4. 采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源n 5. 對采用的器件進行嚴格的篩選n 6. 良好的自診斷功能一旦電源或其他軟硬件發(fā)生異常情況CPU立即采用有效措施以防止故障擴大n 7. 大型PLC 還可以采用由雙CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步提高n (二二)豐富的豐富的I/O 接口模塊接口模塊n PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號如n 交流或直流n 開關(guān)量或模擬量n 電壓或電流n 有相應(yīng)的I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備如n 按鈕n 行程開關(guān)n 電磁線圈n 控制閥n 直接連接另外為了提高操作性能它還有多種人-機對話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。n (三) 采用模塊化結(jié)構(gòu)n 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要除了單元式的小型PLC 以外，絕大多數(shù)PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)，PLC 的各個部件包括CPU 電源I/O 等均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各模塊連接起來