PLC應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

可編程序控制器基礎(chǔ)1.1

PLC的發(fā)展、分類及應(yīng)用1.2結(jié)構(gòu)和工作原理1.3技術(shù)性能指標(biāo)1.4編程語言2.1

PLC的發(fā)展、分類及應(yīng)用

1.1.1產(chǎn)生

1.1.2定義1.1.3發(fā)展

1.1.4特點(diǎn)

1.1.5分類

1.1.6應(yīng)用

返回本章首頁1.1.1.PLC的產(chǎn)生

隨著社會(huì)的進(jìn)步，工業(yè)的發(fā)展，控制對象越來越多，其邏輯關(guān)系也越來越復(fù)雜，用繼電器組成的控制系統(tǒng)就會(huì)變得非常龐大，從而造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定和造價(jià)昂貴。主要表現(xiàn)在：①當(dāng)某個(gè)繼電器損壞、甚至繼電器的某觸點(diǎn)接觸不良都會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行；②繼電器本身并不太貴，但控制柜內(nèi)元件的安裝和接線工作量極大，造成系統(tǒng)價(jià)格偏高；③產(chǎn)品需要不斷地更新?lián)Q代，生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)不斷地作相應(yīng)的調(diào)整。但對龐大的系統(tǒng)而言，日常維護(hù)已很難，再作調(diào)整難度更大。解決問題的設(shè)想

鑒于以上問題，1968年美國通用汽車公司(GeneralMotors)向傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)：

設(shè)想是否能用一種新型的控制器，引入這種控制器后可使龐大的系統(tǒng)減小，并且能方便地進(jìn)行修改、調(diào)整。按照這個(gè)宗旨，該公司向外公開招標(biāo)，提出如下十大指標(biāo)：

GE公司公開招標(biāo)的十大指標(biāo)：①.編程簡單，可在現(xiàn)場改程序；

②.維護(hù)方便，最好是插件式

；③.可靠性高于繼電器控制柜；

④.體積小于繼電器控制柜；⑤.成本低于繼電器控制柜；⑥.可將數(shù)據(jù)直接輸入計(jì)算機(jī)

；⑦.輸入可以是市電(AC110v)；

⑧.控制程序容量

≥4KB；⑨.輸出可驅(qū)動(dòng)市電2A以下的負(fù)荷， 能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥

；⑩.擴(kuò)展時(shí)，原有的系統(tǒng)僅作少許更改。

結(jié)果這次招標(biāo)引起了工業(yè)界的密切注視，吸引了不少大公司前來投標(biāo)，最后DEC公司一舉中標(biāo)，并于1969年研制成功第一臺(tái)PC，當(dāng)時(shí)命名為PC(ProgrammableController)。這臺(tái)PLC投運(yùn)到汽車生產(chǎn)線后，取得了極為滿意的效果，引發(fā)了效仿的熱潮，從此PLC技術(shù)得以迅猛的發(fā)展。1.1.2PLC的定義及其術(shù)語

1.定義可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境條件下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在內(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，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

NEMA1987年作的定義

美國電氣制造協(xié)會(huì)（NEMA）1987年作的定義如下：“它是一種帶有指令存儲(chǔ)器、數(shù)字或模擬I/O接口，以位運(yùn)算為主，能完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算功能，用于控制機(jī)器或生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制裝置?！?.PLC~PC之爭PC(ProgrammableController)PC(PersonalComputer)PLC(ProgrammableLogicController)3.常用術(shù)語

點(diǎn)數(shù)

指能夠輸入

/輸出開關(guān)量、模擬量的總個(gè)數(shù)。一般是4或8的倍數(shù)。

掃描周期

是指PLC執(zhí)行系統(tǒng)監(jiān)控程序、用戶程序、I/O刷新一次所用的時(shí)間。它直接反映PLC的響應(yīng)速度，因此是PLC的重要指標(biāo)之一，其單位是ms/kw(kb)。

1.1.3發(fā)展

1.發(fā)展及現(xiàn)狀

2.發(fā)展趨勢

（1）與計(jì)算機(jī)聯(lián)系密切

（2）發(fā)展多樣化

（3）模塊化

（4）網(wǎng)絡(luò)與通信能力增強(qiáng)

（5）多樣化與標(biāo)準(zhǔn)化

（6）工業(yè)軟件發(fā)展迅速

返回本節(jié)1.1.4特點(diǎn)

1.可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)2.程序可變、具有柔性

3.編程簡單、使用方便4.功能強(qiáng)大、完善5.組合靈活、擴(kuò)充方便6.減少了工作量

7.體積小、重量輕、環(huán)境要求低

8.

成本低、水平高

返回本節(jié)1、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)

故障原因設(shè)備故障原因外部環(huán)境、溫度、灰塵、有害氣體的影響由I/O線、電源線等引入的干擾振動(dòng)、沖擊引起的器件損壞等輻射干擾電磁干擾存儲(chǔ)器信息的丟失、出錯(cuò)內(nèi)部元器件的老化、失效程序錯(cuò)誤運(yùn)行進(jìn)入死循環(huán)解決方法硬件常規(guī)手段：優(yōu)質(zhì)元器件，合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)隔離：I/O電路光電隔離，無電氣回路的聯(lián)接點(diǎn)濾波：對供電系統(tǒng)及輸入回路采用模擬量濾波和數(shù)字濾波屏蔽：導(dǎo)電、導(dǎo)磁性能良好的材料，防電磁波輻射的干擾增強(qiáng)電源的適應(yīng)性：開關(guān)電源采用模塊式結(jié)構(gòu)：一旦某模塊有故障，能迅速更換解決方法軟件設(shè)置警戒時(shí)鐘WDT(看門狗)系統(tǒng)軟件對用戶軟件自動(dòng)進(jìn)行檢查

掉電保護(hù)

自檢

2．

程序可變、具有柔性

生產(chǎn)工藝或設(shè)備改變后，在原設(shè)計(jì)的PLC功能備用量夠用的情況下，可不變PLC的硬件，只要改編控制程序即可。這點(diǎn)就充分體現(xiàn)了PLC具有繼電器控制系統(tǒng)所不具備和無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。故PLC除應(yīng)用于單機(jī)控制外，還在柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMC)、工廠自動(dòng)化(FA)中被大量采用。

3．

編程簡單、使用方便

PLC采用與繼電器控制邏輯圖非常接近的“梯形圖”進(jìn)行編程，這種編程方法既具備傳統(tǒng)控制線路的易懂易編，清晰直觀優(yōu)點(diǎn)，又顧及了多數(shù)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣和微機(jī)應(yīng)用水平，易于被大眾接受，因此受到普遍歡迎，這種面向生產(chǎn)的編程方法與目前微機(jī)控制中常用的匯編語言或高級(jí)語言編程相比，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。為進(jìn)一步優(yōu)化編程，PLC還針對實(shí)際問題設(shè)計(jì)了諸如步進(jìn)順控指令、移位指令、鼓形控制器等功能性指令，減少編程工作量，加快了開發(fā)速度。

4．

功能完善

現(xiàn)代的PLC還具有數(shù)字量及模擬量的輸入輸出、邏輯和算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序檢測、功率驅(qū)動(dòng)、聯(lián)網(wǎng)通信、人機(jī)對話、自檢、記錄和顯示等功能，使控制系統(tǒng)的水平大大提高，功能更加完善。

5．

組合靈活、擴(kuò)充方便

PLC除摸塊化外，還具有各種擴(kuò)充單元，I/O點(diǎn)數(shù)及各種I/O方式、I/O量均可選擇，可以方便地適應(yīng)不同的控制對象。6．

減少了工作量

由于PLC是采用軟件編程來實(shí)現(xiàn)控制功能的，而繼電器控制采用硬接線來實(shí)現(xiàn)。這就減少了設(shè)計(jì)、施工的工作量。同時(shí)，PLC能事先進(jìn)行摸擬調(diào)試并且具有很強(qiáng)的監(jiān)視功能，所以系統(tǒng)的調(diào)試、檢修、維護(hù)的工作量得到大大地減少。

7．

體積小、重量輕、環(huán)境要求低

由于PLC是專為工控而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固、體積小巧、功能齊全，能直接投運(yùn)在惡劣的工作環(huán)境。一般PLC的功能若用繼電器來實(shí)現(xiàn)，需用3至4個(gè)1.8m高的大繼電器控制柜。8．

成本低、水平高

PLC功能強(qiáng)大，使得控制系統(tǒng)的費(fèi)用大量降低。

PLC具有易修改性、高可靠性、易擴(kuò)展性、易維護(hù)性，降低了日常運(yùn)行的檢修、維修工作量。

PLC安裝調(diào)試方便，開發(fā)、調(diào)試周期短，從而降低了設(shè)計(jì)、開發(fā)、安裝、調(diào)試的工作量。PLC靠軟件編程實(shí)現(xiàn)控制功能，硬件及其備件均具有通用性，也減少了采購的時(shí)間和費(fèi)用。體積小、功能強(qiáng)，所以占地少、耗電小，每年節(jié)省的電費(fèi)就可將投資收回。

PLC是一種專用工控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了智能控制，從而使得控制水平上了新臺(tái)階，并且具有聯(lián)網(wǎng)功能，很易構(gòu)成綜合控制系統(tǒng)。

1.1.5分類

1.從結(jié)構(gòu)上可編程序控制器從結(jié)構(gòu)上可分為整體式和模塊式。2.從規(guī)模上按PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可分為小型、中型和大型。

返回本節(jié)1.1.6應(yīng)用

1.工業(yè)1）開關(guān)量控制，如邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序等；2）模擬量控制，部分PLC或功能模塊具有PID控制功能，可實(shí)現(xiàn)過程控制；3）監(jiān)控，用PLC可構(gòu)成數(shù)據(jù)采集和處理的監(jiān)控系統(tǒng)；4）建立工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，為適應(yīng)復(fù)雜的控制任務(wù)且節(jié)省資源，可采用單級(jí)網(wǎng)絡(luò)或多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。2.其他行業(yè)可編程序控制器在其他行業(yè)的應(yīng)用也日益廣泛：在國防和民用，如建筑，環(huán)保，家用電器等。返回本節(jié)1.2結(jié)構(gòu)和工作原理2.2.1結(jié)構(gòu)

2.2.2工作原理

返回本章首頁1.2.1結(jié)構(gòu)

PLC專為工業(yè)場合設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由CPU、電源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成。圖2.1為一典型PLC結(jié)構(gòu)簡圖。圖2.1結(jié)構(gòu)簡圖一.中央處理單元

中央處理單元（CPU）一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片上。

CPU的主要功能：(1)控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接收和存儲(chǔ)(2)用掃描的方式通過I/O部件接收現(xiàn)場信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)據(jù),并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中(3)診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯(cuò)誤等(4)根據(jù)運(yùn)算結(jié)果,更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容,再經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制,制表或數(shù)據(jù)通信等功能二.存儲(chǔ)器

系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器(1)系統(tǒng)管理程序(2)用戶指令解釋程序(3)標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用用戶程序存儲(chǔ)器

數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器

(I/O映像存儲(chǔ)器)

PLC的I/O部分，因用戶的需求不同有各種不同的組合方式

開關(guān)量I/O模塊模擬量I/O模塊數(shù)字量I/O模塊高速計(jì)數(shù)模塊精確定時(shí)模塊快速響應(yīng)模塊中斷控制模塊PID模塊位置控制模塊軸向定位模塊通信模塊。

以下我們詳細(xì)介紹三.輸入輸出單元

開關(guān)量I/O模塊(部分)

(1)開關(guān)量輸入模塊開關(guān)量輸入模塊的作用：接收現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)、控制命令等，如限位開關(guān)、操作按鈕等，并且將此開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能接收和處理的數(shù)字量信號(hào)。開關(guān)量輸出模塊的作用：將經(jīng)過CPU處理過的結(jié)果轉(zhuǎn)換成開關(guān)量信號(hào)送到被控設(shè)備的控制回路去，以驅(qū)動(dòng)閥門執(zhí)行器、電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)器和燈光顯示等設(shè)備。開關(guān)量I/O模塊的特性僅有通、斷兩種狀態(tài)；用發(fā)光二極管在面板上顯示。輸入電壓等級(jí)、4~64點(diǎn)/模塊；外部引線連接在模塊面板的接線端子上；（有些模塊使用插座型端子板，在不拆去外部連線的情況下，可迅速地更換模塊，便于安裝、檢修）

開關(guān)量輸入模塊的幾種型式（1）開關(guān)量輸入模塊圖2.2直流輸入電路圖開關(guān)量輸入模塊的幾種型式（1）開關(guān)量輸入模塊圖2.3交流輸入電路圖通常PLC的輸入類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內(nèi)部提供。圖2.2和圖2.3分別為一種型號(hào)PLC的直流和交流輸入接口電路的電路圖，采用的是外接電源。圖2.2描述了一個(gè)輸入點(diǎn)的接口電路。其輸入電路的一次電路與二次電路用光耦合器相連，當(dāng)行程開關(guān)閉合時(shí)，輸入電路和一次電路接通，上面的發(fā)光管用于對外顯示，同時(shí)光耦合器中的發(fā)光管使三極管導(dǎo)通，信號(hào)進(jìn)入內(nèi)部電路，此輸入點(diǎn)對應(yīng)的位由0變?yōu)?。即輸入映像寄存器的對應(yīng)位由0變?yōu)?。(2)開關(guān)量輸入模塊的主要技術(shù)指標(biāo)①

輸入電壓：指PLC外接電源的電壓值。②輸入點(diǎn)數(shù)：指輸入模塊開關(guān)量輸入的個(gè)數(shù)。③AC頻率：指輸入電壓的工作頻率，一般為50~60Hz。④輸入電流：指開關(guān)閉合時(shí)，流入模塊內(nèi)的電流。一般為5~10mA。⑤輸入阻抗：指輸入電路的等效阻抗。⑥ON電壓：指邏輯“1”之電壓值，開關(guān)接通時(shí)為“1”。⑦OFF電壓：指邏輯“0”之電壓值，開關(guān)斷開時(shí)為“0”。⑧OFF→ON的響應(yīng)時(shí)間：指開關(guān)由斷→通時(shí)，導(dǎo)致內(nèi)部邏輯由“0”→“1”的變化時(shí)間。⑨ON→OFF的響應(yīng)時(shí)間：指開關(guān)由通→斷時(shí)，導(dǎo)致內(nèi)部邏輯由“1”→“0”的變化時(shí)間。⑩內(nèi)部功耗：指整個(gè)模塊所消耗的最大功率。繼電器輸出晶體管輸出