可編程序控制器的基礎(chǔ)知識

第五章可編程序控制器的基礎(chǔ)知識

可編程序控制器的優(yōu)點與這個“可”字有關(guān)。從軟件來講，它的程序可編，也不難編;

從硬件上講，它的配置可變，也易變。

PLC的簡史

在PLC問世前，繼電接觸器控制在工業(yè)控制領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位，這種控制系統(tǒng)是采用固定接線的硬件實現(xiàn)控制邏輯。如果生產(chǎn)任務(wù)或工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計，改變硬件結(jié)構(gòu)，這樣造成時間和資金的浪費(fèi)。

另外，大型控制系統(tǒng)用繼電接觸器控制，使用的繼電器數(shù)量多，控制系統(tǒng)的體積大，耗電多，且繼電器觸點多為機(jī)械觸點，工作頻率較低，在頻繁動作情況下壽命較短，造成系統(tǒng)故障，系統(tǒng)的可靠性差。為了解決這一問題，在1968年，美國最大汽車公司（GM公司）為了適應(yīng)汽車型號不斷翻新，以求在激烈競爭的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢，提出要求用一種新型的控制裝置取代繼電接觸器控制裝置，并且對于未來的新型控制裝置作出了具體設(shè)想：把計算機(jī)的完備功能以及靈活性、通用性好等優(yōu)點和繼電接觸器控制的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點溶入于新的控制裝置中，且要求新的控制裝置編程簡單，使得不熟悉計算機(jī)的人員也能很快掌握它的使用技術(shù)。為此，特定以下10項公開招標(biāo)的技術(shù)要求：（1）編程簡單方便，可在現(xiàn)場修改程序；（2）硬件維護(hù)方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；（3）可靠性高于繼電接觸器控制裝置；（4）體積小于繼電接觸器控制裝置；（5）可將數(shù)據(jù)直接送入計算機(jī)；（6）用戶程序存儲器容量至少可以擴(kuò)展到4KB；（7）輸入可以使交流115V；（8）輸出為交流115V，能直接驅(qū)動電磁閥、交流接觸器等；（9）通用性強(qiáng)，擴(kuò)展方便；（10）成本上可以與繼電接觸器控制系統(tǒng)競爭。

美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)GE公司招標(biāo)的技術(shù)要求，于1969年研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GE公司汽車自動裝配線上使用，獲得成功。其后，日本、德國等相繼引入這項新技術(shù)，可編程序控制器由此而迅速發(fā)展起來。一、PLC的名稱定義

可編程序邏輯控制器（ProgrammableLogicController）簡稱PLC。

可編程序控制器（ProgrammableController）簡稱PC。PC又成為個人計算機(jī)（PersonalComputer）的簡稱為了加以區(qū)別，現(xiàn)在又把可編程序控制器簡稱為PLC。

“可編程序控制器器是一種數(shù)字運(yùn)算算操作的電子系統(tǒng)統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計計。它采用可編程程序的存儲器，用用來在其內(nèi)部存儲儲程序，執(zhí)行邏輯輯運(yùn)算、順序控制制、定時、計數(shù)和和算術(shù)運(yùn)算等操作作的指令，并通過過數(shù)字的或模擬的的輸入和輸出，控控制各種類型的機(jī)機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過過程。可編程序控控制器及其有關(guān)設(shè)設(shè)備，都應(yīng)按易于于與工業(yè)控制系統(tǒng)統(tǒng)聯(lián)成一個整體，，易于擴(kuò)充功能的的原則設(shè)計”。IEC于1985年1月對可編程序控制制器作了如下定義義：定義強(qiáng)調(diào)了可編程程控制器是“數(shù)字字運(yùn)算操作的電子子系統(tǒng)”，但它也也是一種計算機(jī)。。它是專為在工業(yè)業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)設(shè)計的工業(yè)計算機(jī)機(jī)。這種工業(yè)計算算機(jī)采用“面向用用戶的指令”，因因此編程方便。它它能完成邏輯運(yùn)算算、順序控制、定定時、計數(shù)和算術(shù)術(shù)操作，它還具有有“數(shù)字量或模擬擬量的輸入輸出控控制”的能力，并并且非常容易與““工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)聯(lián)成一體”，易于于“擴(kuò)充”。定義強(qiáng)調(diào)了可編程程控制器直接應(yīng)用用于工業(yè)環(huán)境，它它須具有很強(qiáng)的抗抗干擾能力、廣泛泛的適應(yīng)能力和應(yīng)應(yīng)用范圍。這也是是區(qū)別于一般微機(jī)機(jī)控制系統(tǒng)的一個個重要特征。為工業(yè)環(huán)境設(shè)計的的數(shù)字式運(yùn)算操作作系統(tǒng)PLC可編程序控制器二、組成與分類：：中央處理器接收并存儲程序和和數(shù)據(jù)用掃描方式接收數(shù)據(jù)診斷電源，內(nèi)部電電路各種錯誤完成運(yùn)算存儲器只讀存儲器ROM隨機(jī)存儲器RAM可擦除只讀存儲器器EPRAM電可擦除只讀存儲儲器EEPRAM輸入/輸出模塊電源編程器可編程序控制器發(fā)發(fā)展到今天，已有有多種形式和類型型，且其功能也不不盡相同。（一）按容量和功能劃分，大致可以分分為小型、中型、、和大型三類機(jī)型型。1．小型機(jī)小型PLC的功能一般以開關(guān)關(guān)量控制為主（有有些小型機(jī)可帶少少量的模擬量I/O模塊），它們的輸輸入輸出點數(shù)較適適合接觸器，繼電電器控制的場合，，還能直接驅(qū)動電電磁閥等執(zhí)行元件件。這這類PLC的特點是價格低廉廉、體積小巧、較較適合于控制單臺臺設(shè)備。2．中型機(jī)中型PLC一般都具有開關(guān)量量和模擬量的兩種種控制功能，除了了具有小型機(jī)的一一般功能外，還具具有較強(qiáng)的數(shù)字計計算功能。為能將將溫度、壓力、流流量等模擬量與數(shù)數(shù)字量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，，一般都有8位或12位的A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊。中型機(jī)機(jī)適合于溫度、壓壓力、流量等的控控制和較復(fù)雜的開開關(guān)量控制以及要要求連續(xù)生產(chǎn)過程程控制的場合。3．大型機(jī)大型PLC的功能已具備某些些工業(yè)控制計算機(jī)機(jī)的功能，它不僅僅具有計算，控制制和調(diào)節(jié)的功能，，還具有網(wǎng)絡(luò)連接接和通訊的功能。。大大型PLC機(jī)適用于設(shè)備自動動化控制，過程自自動化控制和生產(chǎn)產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)。。（二）按硬件結(jié)構(gòu)形狀劃分按照可編程序控制制器的硬件結(jié)構(gòu)形形狀來劃分，一般般可以分為整體式式，機(jī)架模塊式和和疊裝式三類結(jié)構(gòu)構(gòu)。三、PLC應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展方方向1．邏輯控制2．模擬量控制3．?dāng)?shù)字控制4．集散控制5．機(jī)電一體化6．通信控制網(wǎng)絡(luò)化化四、工作原理PLC可以視為特殊的工工業(yè)控制計算機(jī)，，但其編程語言，工工作原理與計算機(jī)機(jī)不同PLC工作特點：采用循環(huán)掃描工作作技術(shù)PLC工作過程輸入采集：以掃描方式工作，按順序?qū)⑿盘柤拇娉绦驁?zhí)行：運(yùn)算，，處理數(shù)據(jù)，結(jié)果果寫入輸出映象寄存器輸出刷新：轉(zhuǎn)輸出映象寄存器數(shù)據(jù)至輸出狀態(tài)寄存器圖7-10用戶程序執(zhí)行過程程示意圖五、PLC編程語言圖中的繼電器是軟繼電器圖中流過的電流是是概念電流圖中的繼電器線圈圈只能出現(xiàn)一次，，觸點在編程時可可無限次引用梯形圖編程語言（（LAD）特點：1．梯形圖按自上而而下，從左到右的的順序進(jìn)行排列。。以一個繼電器線線圈為一個控制邏邏輯行（即為一階階梯層）。每一條條邏輯行都起始于于左母線，終止于繼電器線圈，右母線通?？梢允∈÷圆划?。2．梯形圖中母線的的意義類似于繼電電器線路中的電源源線，但它不產(chǎn)生生實際的物理電流流，而只是假想在在梯形圖中有“電電流”流動，我們們稱之為“概念電流”。概念電流在梯梯形圖中只能作從從左向右的單向流流動，改變層次也也只能先上后下。。3．梯形圖由若干““梯層”組成。每個梯層層由若干條并聯(lián)支支路組成。每條支支路又有若干個編編程符號串聯(lián)組成成。支路或符號的的最大串聯(lián)、并聯(lián)聯(lián)數(shù)都是有一定限限制的，具體PLC產(chǎn)品有不同規(guī)定。。4．梯形圖中的繼電電器線圈不是繼電電控制電路中的物物理繼電器，而是是與內(nèi)存映像區(qū)中中的某一位相對應(yīng)應(yīng)的，因此稱之為為“軟繼電器”。如果梯形圖中中某繼電器的線圈圈“通電”或觸點點“閉合”，則映映像區(qū)中對應(yīng)存儲儲器的狀態(tài)為高電電平“1”；反之，則為低電電平“0”。梯形圖中的繼電器器又分為輸出繼電電器和內(nèi)部繼電器器。輸出繼電器所所對應(yīng)的映像存儲儲器中的信號狀態(tài)態(tài)（“1”或“0”），可以通過I/O接口去驅(qū)動外部負(fù)負(fù)載。內(nèi)部繼電器器包括輔助繼電器器、定時器、計數(shù)數(shù)器、寄存器等，，它們所對應(yīng)的映映像存儲器中信號號狀態(tài)（“1”或“0”），只可在編程中中供梯形圖內(nèi)部使使用，不能用作輸輸出控制。5．輸入繼電器僅供供PLC接受外部的輸入信信號，而不能用內(nèi)內(nèi)部其它繼電器的的觸點來驅(qū)動或輸輸入信號。所以，，梯形圖中只出現(xiàn)輸輸入繼電器的觸點點，不會出現(xiàn)輸入入繼電器的線圈。梯形圖中輸入繼電電器的觸點閉合表表示信號輸入。6．在梯形圖程序中中，繼電器線圈一一般情況下只能出出現(xiàn)一次。而繼電電器觸點在編程時時則可無限次引用用，且既可以是常常開觸點，也可以以是常閉觸點。7．PLC運(yùn)行時是按照梯形形圖符號排列順序序自上而下，從左左向右執(zhí)行程序的的，即PLC是按照掃描方式順順序執(zhí)行梯形圖程程序的。因此不會會出現(xiàn)幾條并列支支路同時動作的情情況，使得梯形圖圖設(shè)計大為簡化。。六、PLC的基本性能指標(biāo)1．存儲器容量存儲器容量指的是是存放用戶程序的的RAM容量，通常用字（（每個字為16位二進(jìn)制數(shù)）或K字節(jié)來表示，這里里的1K=1024個字。2．掃描速度掃描速度是以PLC執(zhí)行1K字節(jié)的用戶指令所所需時間來衡量，，常以ms/K為表示單位。3．輸入/輸出（I/O）點數(shù)I/O的點數(shù)是指PLC最大輸入輸出點的的總和。4．內(nèi)部繼電器（內(nèi)存存區(qū)域）及其類型型PLC的內(nèi)部繼電器是專專供用戶程序使用用，不同的繼電器器有一個指定的內(nèi)內(nèi)存區(qū)域，并各自自擔(dān)負(fù)著不同的功功能。內(nèi)部繼電器器不直接對外接負(fù)負(fù)載進(jìn)行控制，它它僅供用戶程序內(nèi)內(nèi)部調(diào)用，具有““軟”繼電器的特特征。常用的內(nèi)部部繼電器有內(nèi)部輔輔助繼電器，暫存存繼電器，保持繼繼電器，定時/計數(shù)器，內(nèi)部專用用繼電器等。PLC的內(nèi)部繼電器種類類和數(shù)量越多，表表明其功能越強(qiáng)。。指令語言表編程語語言（STL）特點：與計算機(jī)匯匯編語言類似的助記符編程表達(dá)式5．編程語言（編程指指令）不同的PLC機(jī)型使用廠家各自自開發(fā)研制的編程程語言，互不兼容容，但對應(yīng)功能的的指令都具有可移移植性。PLC的編程語言一般都都具備用梯形圖語言和助記符指令編程的能力。編程指令又分成基本指令和功能指令兩大類，基本指令令各種PLC共有，而功能指令令的條數(shù)越多表明明PLC的軟件功能越強(qiáng)。。6．可擴(kuò)展性PLC的擴(kuò)展性可分為控控制點數(shù)的擴(kuò)展和和控制區(qū)域的擴(kuò)展展，也是衡量PLC性能的一個重要指指標(biāo)?？刂泣c數(shù)的擴(kuò)展控制區(qū)域的擴(kuò)展七、PLC硬件選擇方法1、選型原則：使用場合、控制對對象、工作環(huán)境、性價比比2、選型方法輸入/輸出點數(shù)估算開關(guān)輸入點：DI開關(guān)輸出點：DO模擬輸入點：AI模擬輸出點：AOp264頁存儲器容量估算與用戶內(nèi)存容量相相匹配3、功能選擇運(yùn)算功能邏輯運(yùn)算定時運(yùn)算計數(shù)運(yùn)算四則運(yùn)算根據(jù)系統(tǒng)的要求選選擇處理速度不同點數(shù)不同機(jī)型內(nèi)存容量根據(jù)系統(tǒng)的要求選選擇4、外形結(jié)構(gòu)選擇擇平板型：小規(guī)模，，無擴(kuò)展，價格低低廉塊狀型：小規(guī)模，，適中擴(kuò)展，價格格低廉輸入/輸出模塊插插件型：專供擴(kuò)展展模塊，適合中大規(guī)模系統(tǒng)統(tǒng)5、輸入/輸出模模塊選擇輸入接口模塊接受受來自按鈕開關(guān)、、選擇開關(guān)、行程程開關(guān)等送來的開開關(guān)量信號或者由由電位器、熱電偶偶、測速發(fā)電機(jī)等等送來的模擬量信信號，然后送入PLC的CPU執(zhí)行。輸入接口模模塊一般由光電耦耦合電路和微電腦腦的輸入接口電路路組成。(1)輸入接口模塊直流：交流：脈沖沖：數(shù)字量模擬量輸入模塊電壓電流AC110或AC220首選適用易產(chǎn)生電磁感應(yīng)具有采樣計數(shù)功能具有A/D變換功能，變換時間幾ms-幾十ms圖7-4輸入接口