第一章-可編程序控制器概述

第一章可編程序控制器概述§1.1PLC的產(chǎn)生與發(fā)展1.1.1PLC的產(chǎn)生與特點(diǎn)§1.2PLC的組成及工作原理1.2.1PLC的組成1.2.2PLC的工作原理1.2.3可編程序控制器與繼電——接觸器控制的區(qū)別1.1.2PLC的發(fā)展§1.1PLC的產(chǎn)生與發(fā)展1.1.1PLC的產(chǎn)生與特點(diǎn)

1968年美國(guó)通用汽車公司（GM）公開(kāi)招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代機(jī)電控制盤以改善生產(chǎn)。公司提出十項(xiàng)指標(biāo)：

1）編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；2）維護(hù)方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；3）可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)；4）體積小于繼電器控制系統(tǒng)；5）數(shù)據(jù)可以直接送入計(jì)算機(jī)；1．PLC的由來(lái)

1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制成功第一臺(tái)可編程控制器PDP—14，有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)算功能，稱為PLC（ProgrammableLogicController），早期PLC采用存儲(chǔ)程序指令完成順序控制而設(shè)計(jì)，僅具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、記數(shù)等順序控制功能，用于開(kāi)關(guān)量的控制。

7）輸入可為市電（PLC主機(jī)電源可以是115V電壓）；8）輸出可為市電（115V交流電壓，電流達(dá)2A以上），能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等；10）用戶存儲(chǔ)器容量大于4K字節(jié)。9）通用性強(qiáng)、易于擴(kuò)展；6）成本可與繼電器控制系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)；2．PLC的定義

國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1987年2月頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案（第三稿）中對(duì)PLC作了如下定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計(jì)。”§1.1PLC的產(chǎn)生與發(fā)展3．PLC的特點(diǎn)（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

（2）編程簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)施工周期短（3）控制程序可變，硬件配置方便（4）功能完善（5）體積小、重量輕、功耗低

綜上所述，PLC的優(yōu)越性能使其在工業(yè)上得到迅速普及。目前，PLC在家庭、建筑、電力、交通、商業(yè)等眾多領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。§1.1PLC的產(chǎn)生與發(fā)展4．PLC的分類按I/O點(diǎn)數(shù)：PLC可分為小型、中型、大型等。I/O點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的為超小型或微型PLCI/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以下的為小型PLC，I/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以上、2048點(diǎn)以下的為中型PLC。I/O點(diǎn)數(shù)為2048以上的為大型PLCI/O點(diǎn)數(shù)超過(guò)8192點(diǎn)的為超大型PLC?！?.1PLC的產(chǎn)生與發(fā)展按結(jié)構(gòu)形式，PLC可分為整體式、模塊式、緊湊式等整體式

模塊式緊湊式§1.1PLC的產(chǎn)生與發(fā)展1.1.2PLC的發(fā)展

PLC從產(chǎn)生到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了從簡(jiǎn)單邏輯控制到運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理和聯(lián)網(wǎng)通信的發(fā)展。目前，PLC的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在規(guī)?；⒏咝阅?、多功能、模塊智能化、網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化等幾個(gè)方面。1）、產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個(gè)方向發(fā)展2）、高性能、高速度、大容量發(fā)展3）、模塊智能化發(fā)展4）、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展5）、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展§1.1PLC的產(chǎn)生與發(fā)展§1.2PLC的組成及工作原理可編程序控制器是專為工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)計(jì)算機(jī)，通常由基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊及特殊功能模塊組成，特殊功能單元是一些特殊用途的裝置。基本單元內(nèi)設(shè)CPU、存儲(chǔ)器、I/O和電源等，是PLC的主要部分，可獨(dú)立工作擴(kuò)展單元內(nèi)設(shè)電源，用于擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展模塊用于增加I/O點(diǎn)數(shù)和I/O點(diǎn)數(shù)比例，內(nèi)無(wú)電源，由基本單元和擴(kuò)展單元供電1.2.1PLC的組成§1.2PLC的組成及工作原理1．PLC的硬件

可編程序控制器主要由中央處理器CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、電源及編程器等外圍設(shè)備組成。

§1.2PLC的組成及工作原理

（1）CPU一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路集成在一塊芯片內(nèi)。CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口電路相連。

（2）PLC的存儲(chǔ)器是存放程序和數(shù)據(jù)的地方?？删幊绦蚩刂破鞯拇鎯?chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)工作程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理等程序及各種系統(tǒng)參數(shù)，一般采用只讀存儲(chǔ)器ROM（PROM）。用戶存儲(chǔ)器用于存放用戶編制的控制程序。分為隨機(jī)存儲(chǔ)器（CMOSRAM）、光可擦寫只讀存儲(chǔ)器（EPROM）以及電可擦寫只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）等?！?.2PLC的組成及工作原理（3）輸入輸出I/O接口是PLC與被控對(duì)象間傳遞輸入輸出信號(hào)的接口部件。輸入部件是開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器等。輸出部件是電磁閥、接觸器、繼電器。由于現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的類別不同，為適應(yīng)控制的需要，PLCI/O具有不同的類別。輸入輸出接口有開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口、模擬量輸入輸出接口。

（4）外部設(shè)備PLC可配有編程器、外部存儲(chǔ)器、打印機(jī)、EPROM寫入器、高分辨率屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng)等外部設(shè)備。

（5）電源PLC內(nèi)部配有一個(gè)專用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，可將PLC外部連接的電源電壓轉(zhuǎn)化為CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等電路工作所需的直流電源，并為外部輸入元件提供24V直流電源。需要注意的是，PLC負(fù)載的電源是由用戶另外提供的?！?.2PLC的組成及工作原理2．PLC的軟件

（1）軟件組成PLC的軟件包括系統(tǒng)監(jiān)控程序和用戶程序兩大部分。

系統(tǒng)監(jiān)控程序是由PLC的生產(chǎn)廠家編制的，用于控制PLC的運(yùn)行，包括管理程序、用戶指令解釋程序、標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用三個(gè)部分。用戶程序又稱用戶軟件、應(yīng)用軟件等，是PLC的使用者編制的針對(duì)控制問(wèn)題的程序，（2）應(yīng)用軟件常用的編程語(yǔ)言目前，PLC常用的編程語(yǔ)言包括梯形圖、指令語(yǔ)句表、功能圖、功能塊圖、高級(jí)編程語(yǔ)言等?！?.2PLC的組成及工作原理1)、梯形圖是用圖形符號(hào)在圖中的互相關(guān)系來(lái)表示控制邏輯的編程語(yǔ)言

§1.2PLC的組成及工作原理

2)、指令語(yǔ)句表PLC的指令是一種與微型計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言指令類似的助記符表達(dá)式。基本指令語(yǔ)句的基本格式包括地址（或步序）、助記符、操作元件等部分。

助記符：常用2—4個(gè)英文字母組成，表明了操作功能

操作元件：執(zhí)行該指令所用的元件、設(shè)定值等。某些基本指令僅由助記符，無(wú)操作元件，而有的有2個(gè)或更多。3）、功能圖又稱狀態(tài)流程圖，是用狀態(tài)來(lái)描述控制過(guò)程的流程圖，它包含狀態(tài)、轉(zhuǎn)移條件、動(dòng)作三要素?！?.2PLC的組成及工作原理§1.2PLC的組成及工作原理

4）、功能塊圖是一種類似數(shù)字邏輯門電路的編程語(yǔ)言，對(duì)于有數(shù)字電路基礎(chǔ)的人來(lái)說(shuō)比較容易掌握。該語(yǔ)言用類似與門、或門的方框表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方框左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸出變量，輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運(yùn)算。用“導(dǎo)線”把方框連接起來(lái)，信號(hào)從左向右流動(dòng)

5）、隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，大型、高檔的PLC具有很強(qiáng)的運(yùn)算與數(shù)據(jù)處理等功能，為方便用戶編程，增加程序的可植性，許多高檔PLC都配備了BASIC、C等高級(jí)編程語(yǔ)言?！?.2PLC的組成及工作原理1.2.2PLC的工作原理

可編程控制器通過(guò)循環(huán)掃描輸入端口的狀態(tài)，執(zhí)行用戶程序，實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)。CPU在每個(gè)掃描周期的開(kāi)始掃描輸入模塊的信號(hào)狀態(tài)，并將其狀態(tài)送入到輸入映像寄存器區(qū)域；然后根據(jù)用戶程序中的程序指令來(lái)處理傳感器信號(hào)，并將處理結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域，在每個(gè)掃描周期結(jié)束時(shí)，送入輸出模塊?！?.2PLC的組成及工作原理循環(huán)掃面的工作過(guò)程

每一次掃描所用的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期，在一個(gè)掃描周期內(nèi)可編程控制器工作過(guò)程分為三個(gè)階段：

1．輸入采樣可編程控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開(kāi)（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。

2．程序執(zhí)行在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開(kāi)始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果寫入對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中。3．輸出刷新CPU將輸出映像寄存器的“0”/“1”狀態(tài)傳送到輸出鎖存器?！?.2PLC的組成及工作原理1.2.3可編程序控制器與繼電——接觸器控制的區(qū)別1．在組成器件方面

繼電—接觸器控制電路是由各種真正的硬件繼電器組成，硬件繼電器觸頭易磨損。而PLC梯形圖則由許多所謂軟繼電器組成。這些軟繼電器實(shí)質(zhì)上是存儲(chǔ)器中的每一位觸發(fā)器，可以置“0”或置“1”，而軟繼電器則無(wú)磨損現(xiàn)象。2．在工作方式方面繼電—接觸器控制電路工作時(shí)，電路中硬件繼電器都處于受控狀態(tài)，凡符合條件吸合的硬件繼電器都處于吸合狀態(tài)，受各種制約條件不應(yīng)吸合的硬件繼電器都同時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)，屬于“并行”的工作方式。PLC梯形圖中各軟繼電器都處于周期循環(huán)掃描工作狀態(tài)，受同一條件制約的各個(gè)軟繼電器的線圈工作和它的觸電的動(dòng)作并不同時(shí)發(fā)生，屬于“串行”的工作方式?！?.2PLC