國(guó)外plc設(shè)計(jì)經(jīng)典教材

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《PLC原理及應(yīng)用》

備課筆記上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院電子電工教研室葉真

學(xué)習(xí)PLC課程的基本要求：一、基本原理及PLC的組成

二、硬件接線，I/O口如何連接

三、擴(kuò)展方法如何配置

四、應(yīng)用軟件、梯形圖編程方法及應(yīng)用實(shí)例

參考書籍：1.《現(xiàn)代電氣及可編程掌握技術(shù)》北京：航空航天高校出版社王永華主編2.《可編程序掌握器及常用掌握電器》冶金工業(yè)出版社何友華主編3.《PLC編程及應(yīng)用》機(jī)械工業(yè)出版社廖常初主編4.《工廠電氣掌握技術(shù)》機(jī)械工業(yè)出版社方承遠(yuǎn)主編5.《SIEMENSSIMATICS7-200可編程序掌握器CPU22X系統(tǒng)手冊(cè)》北京：西門子（中國(guó)）有限公司

緒論

可編程序掌握器——PC——以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)掌握技術(shù)和通訊技術(shù)，用面對(duì)掌握過(guò)程，面對(duì)用戶的“自然語(yǔ)言”編程，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，簡(jiǎn)潔易懂，操作便利，牢靠性高的新一代通用工業(yè)掌握裝置。（見(jiàn)教材P5最終一段話）表示成PLC——與個(gè)人電腦PC相區(qū)分。事實(shí)上，已不再局限于規(guī)律掌握，其運(yùn)算功能，接口功能都越來(lái)越強(qiáng)了。第一節(jié)可編程序掌握器的定義及特點(diǎn)一、可編程序掌握器的產(chǎn)生上世紀(jì)60年月，計(jì)算機(jī)技術(shù)已開頭應(yīng)用于工業(yè)掌握了。但由于計(jì)算機(jī)技術(shù)本身的簡(jiǎn)單性，編程難度高、難以適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境以及價(jià)格昂貴等緣由，未能在工業(yè)掌握中廣泛應(yīng)用。當(dāng)時(shí)的工業(yè)掌握，主要還是以繼電—接觸器組成掌握系統(tǒng)。1968年，美國(guó)最大的汽車制造商——通用汽車制造公司（GM），為適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷翻新，試圖查找一種新型的工業(yè)掌握器，以盡可能削減重新設(shè)計(jì)和更換繼電器掌握系統(tǒng)的硬件及接線、削減時(shí)間，降低成本。因而設(shè)想把計(jì)算機(jī)的完備功能、敏捷及通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器掌握系統(tǒng)的簡(jiǎn)潔易懂、操作便利、價(jià)格廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，制成一種適合于工業(yè)環(huán)境的

通用掌握裝置，并把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡(jiǎn)化，用“面對(duì)掌握過(guò)程，面對(duì)對(duì)象”的“自然語(yǔ)言”進(jìn)行編程，使不熟識(shí)計(jì)算機(jī)的人也能便利地使用。即：硬件：削減軟件：敏捷簡(jiǎn)潔針對(duì)上述設(shè)想，通用汽車公司提出了這種新型掌握器所必需具備的十大條件：1編程簡(jiǎn)潔，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序2維護(hù)便利，最好是插件式3牢靠性高于繼電器掌握柜4體積小于繼電器掌握柜5可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)6在成本上可與繼電器掌握柜競(jìng)爭(zhēng)出名的“GM10條”7輸入可以是溝通115V8輸出可以是溝通115V，2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥9在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只要很小變更10用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K字節(jié)1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（GEC）首先研制勝利第一臺(tái)可編程序掌握器，并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用勝利，從而開創(chuàng)了工業(yè)掌握的新局面。接著，美國(guó)MODICON公司也開發(fā)出可編程序掌握器084。1971年，日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺(tái)可編程序掌握器DSC-8。1973年，西歐國(guó)家也研制出了他們的第一臺(tái)可編程序掌握器。我國(guó)從1974年開頭研制，1977年開頭工業(yè)應(yīng)用。早期的可編程序掌握器是為取代繼電器掌握線路、存儲(chǔ)程序指令、完成挨次掌握而設(shè)計(jì)的。主要用于：1.規(guī)律運(yùn)算2.計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)等挨次掌握，均屬開關(guān)量掌握。所以，通常稱為可編程序規(guī)律掌握器（PLC—ProgrammableLogicController）。進(jìn)入70年月，隨著微電子技術(shù)的進(jìn)展，PLC采納了通用微處理器，這種掌握器就不再局限于當(dāng)時(shí)的規(guī)律運(yùn)算了，功能不斷增加。因此，實(shí)際上應(yīng)稱之為PC——可編程序掌握器。至80年月，隨大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的進(jìn)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PC得到了驚人的進(jìn)展。使PC在概念、設(shè)計(jì)、性能、價(jià)格以及應(yīng)用等方面都有了新的突破。不僅掌握功能增加，功耗和體積減小，成本下降，牢靠性提高，編程和故障檢測(cè)更為敏捷便利，而且隨著遠(yuǎn)程I/O和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及圖象顯示的進(jìn)展，使PC向用于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程掌握的方向進(jìn)展，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一大支柱。二、可編程序掌握器的定義可編

程序掌握器始終在進(jìn)展中，所以至今尚未對(duì)其下最終的定義。國(guó)際電工學(xué)會(huì)（IEC）曾先后于1982.11；1985.1和1987.2發(fā)布了可編程序掌握器標(biāo)準(zhǔn)草案的第一，二，三稿。在第三稿中，對(duì)PLC作了如下定義：可編程序掌握器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采納了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行規(guī)律運(yùn)算、挨次掌握、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)字的，模擬的輸入和輸出，掌握各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蛘莆掌骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)掌握系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。（見(jiàn)教材P1）定義強(qiáng)調(diào)了PLC是：1數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)——也是一種計(jì)算機(jī)2專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)3面對(duì)用戶指令——編程便利4規(guī)律運(yùn)算、挨次掌握、定時(shí)計(jì)算和算術(shù)操作5數(shù)字量或模擬量輸入輸出掌握6易與掌握系統(tǒng)聯(lián)成一體7易于擴(kuò)充三、可編程序掌握器的特點(diǎn)為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般掌握裝置相比較，PC機(jī)有以下特點(diǎn)：1.牢靠性高，抗干擾力量強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)對(duì)掌握設(shè)備的牢靠性要求：①平均故障間隔時(shí)間長(zhǎng)②故障修復(fù)時(shí)間（平均修復(fù)時(shí)間）短任何電子設(shè)備產(chǎn)生的故障，通常為兩種：①偶發(fā)性故障。由于外界惡劣環(huán)境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過(guò)電壓、欠電壓、振動(dòng)等引起的故障。這類故障，只要不引起系統(tǒng)部件的損壞，一旦環(huán)境條件恢復(fù)正常，系統(tǒng)也隨之恢復(fù)正常。但對(duì)PC而言，受外界影響后，內(nèi)部存儲(chǔ)的信息可能被破壞。②永久性故障。由于元器件不行恢復(fù)的破壞而引起的故障。假如能限制偶發(fā)性故障的發(fā)生條件，假如能使PC在惡劣環(huán)境中不受影響或能把影響的后果限制在最小范圍，使PC在惡劣條件消逝后自動(dòng)恢復(fù)正常，這樣就能提高平均故障間隔時(shí)間；假如能在PC上增加一些診斷措施和適當(dāng)?shù)膼?ài)護(hù)手段，在永久性故障消失時(shí)，能很快查出故障發(fā)生點(diǎn)，并將故障限制在局部，就能降低PC的平均修復(fù)時(shí)間。為此，各PC的生產(chǎn)廠商在硬件和軟件方面實(shí)行了多種措施，使PC除了本身具有較強(qiáng)的自診斷力量，能準(zhǔn)時(shí)給出出錯(cuò)信息，停止運(yùn)行等待修復(fù)外，還使PC具有了很強(qiáng)的抗干擾力量。·硬件措施：

主要模塊均采納大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，大量開關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器完成，I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道愛(ài)護(hù)和信號(hào)調(diào)理電路。①屏蔽——對(duì)電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，采納導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。②濾波——對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線路采納多種形式的濾波，如LC或π型濾波網(wǎng)絡(luò)，以消退或抑制高頻干擾，也減弱了各種模塊之間的相互影響。③電源調(diào)整與愛(ài)護(hù)——對(duì)微處理器這個(gè)核心部件所需的+5V電源，采納多級(jí)濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)溝通電網(wǎng)的波動(dòng)和過(guò)電壓、欠電壓的影響。④隔離——在微處理器與I/O電路之間，采納光電隔離措施，有效地隔離I/O接口與CPU之間電的聯(lián)系，削減故障和誤動(dòng)作；各I/O口之間亦彼此隔離。⑤采納模塊式結(jié)構(gòu)——這種結(jié)構(gòu)有助于在故障狀況下短時(shí)修復(fù)。一旦查出某一模塊消失故障，能快速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作；同時(shí)也有助于加快查找故障緣由?！ぼ浖胧河袠O強(qiáng)的自檢及愛(ài)護(hù)功能。①故障檢測(cè)——軟件定期地檢測(cè)外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過(guò)低及強(qiáng)干擾信號(hào)等。以便準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行處理。②信息愛(ài)護(hù)與恢復(fù)——當(dāng)偶發(fā)性故障條件消失時(shí)，不破壞PC內(nèi)部的信息。一旦故障條件消逝，就可恢復(fù)正常，連續(xù)原來(lái)的程序工作。所以，PC在檢測(cè)到故障條件時(shí)，馬上把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲(chǔ)器，軟件協(xié)作對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行封閉，禁止對(duì)存儲(chǔ)器的任何操作，以防存儲(chǔ)信息被沖掉。③設(shè)置警戒時(shí)鐘WDT（看門狗）——假如程序每循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過(guò)了WDT規(guī)定的時(shí)間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，馬上報(bào)警。④加強(qiáng)對(duì)程序的檢查和校驗(yàn)——一旦程序有錯(cuò)，馬上報(bào)警，并停止執(zhí)行。⑤對(duì)程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備——停電后，利用后備電池供電，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會(huì)丟失。PC的出廠試驗(yàn)項(xiàng)目中，有一項(xiàng)就是抗干擾試驗(yàn)。它要求能承受幅值為1000V，上升時(shí)間1nS，脈沖寬度為1μS的干擾脈沖。一般，平均故障間隔時(shí)間可達(dá)幾十萬(wàn)～上千萬(wàn)小時(shí)；制成系統(tǒng)亦可達(dá)4～5萬(wàn)小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間。2.通用性強(qiáng)，掌握程序可變，使用便利PLC品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿意各種要求的掌握系統(tǒng)，用戶不必自己再

設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程轉(zhuǎn)變或生產(chǎn)設(shè)備更新的狀況下，不必轉(zhuǎn)變PC的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿意要求。因此，PC除應(yīng)用于單機(jī)掌握外，在工廠自動(dòng)化中也被大量采納。3.功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣現(xiàn)代PLC不僅有規(guī)律運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、挨次掌握等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄顯示等功能。既可掌握一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，又可掌握一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。4.編程簡(jiǎn)潔，簡(jiǎn)單把握目前，大多數(shù)PC仍采納繼電掌握形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)掌握線路的清楚直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以特別簡(jiǎn)單接受和把握。梯形圖語(yǔ)言的編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器掌握電路原理圖相當(dāng)接近。通過(guò)閱讀PLC的用戶手冊(cè)或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會(huì)用梯形圖編制掌握程序。同時(shí)還供應(yīng)了功能圖、語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言。PLC在執(zhí)行梯形圖程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語(yǔ)言然后執(zhí)行（PC內(nèi)部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語(yǔ)言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時(shí)間要長(zhǎng)一些，但對(duì)于大多數(shù)機(jī)電掌握設(shè)備來(lái)說(shuō)，是微不足道的，完全可以滿意掌握要求。5.削減了掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量由于PLC采納了軟件來(lái)取代繼電器掌握系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，掌握柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為削減。同時(shí)，PLC的用戶程序可以在試驗(yàn)室模擬調(diào)試，更削減了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作量。并且，由于PLC的低故障率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使修理也極為便利。6.體積小、重量輕、功耗低、