【PLD可編程邏輯器件】可編程邏輯控制器簡介

1、 隨心編輯，值得下載擁有! LOGO beikezhang YOUR COMPANY NAME IS HERE 專業(yè)I專注I精心I卓越 【PLD可編程邏輯器件】 可編程邏輯控制器簡介 x月XX日 XXXX XXXXXXXX集團企業(yè)有限公司 Please en ter your compa nys n ame and contentv 第1章可編程邏輯控制器簡介 知識點 可編程邏輯控制器(PLC)功能 邏輯控制的發(fā)展 PLC的特點及應(yīng)用領(lǐng)域 當(dāng)今主流PLC介紹 本章導(dǎo)讀 可編程控制器(PLC )是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算的電子系統(tǒng)。 它采用可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏

2、輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運 算等操作的指令，且通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 目前的計算機集散控制系統(tǒng)DCS ( Distributed Control System )中已有大量的可編程控 制器應(yīng)用。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的 重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。 1.1 PLC的概述 在PLC(Programmable Logic Controller，可編程控制器)發(fā)展的過程中， 由于時期 不同、功能相異， PLC仍曾被稱為可編程矩陣控制器 PMC ( Programmable

3、 Matrix Controller )、可編程順序控制器 PSC( Programmable Sequenee Controller )，本書將沿 用PLC的稱謂。 1.1.1 PLC的概念 “ PLC是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程的存 儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，且 通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆?關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于和工業(yè)控制器系統(tǒng)聯(lián)成一體、易于擴充功能的原則設(shè)計?！鄙鲜鍪菄H 電工委員會于1985年1月對PLC所作的權(quán)威性的定義。 對于PLC的定義，其補

4、充說明如下。 以微處理技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用于以控制開關(guān)量為主， 或包括控制過程參量在內(nèi)的邏輯控制、 機電運動控制或過程控制等工業(yè)控制領(lǐng)域的新型工業(yè)控制裝置。 1.1.2 PLC的功能 可編程控制器是采用微電子技術(shù)來完成各種控制功能的自動化設(shè)備，按照預(yù)先輸入的程 序控制現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)，且按照一定規(guī)律進行動作。其主要功能體當(dāng)下以下幾方面： 1 順序邏輯控制 順序邏輯控制在 PLC應(yīng)用領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛，能夠取代繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控 制和順序控制。它既能夠用于單機控制或多機控制，又可用于自動化生產(chǎn)線的控制。PLC根 據(jù)操作按鈕、限位開關(guān)及其他現(xiàn)場給出的指令信號和傳感器信號，控制機械運動部件進行相 應(yīng)

5、的操作。 2 .運動控制 在機械加工行業(yè)，PLC和計算機數(shù)控集成在一起，用以完成機床的運動控制。很多PLC 制造廠家已提供了拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模板。在多數(shù)情況下， PLC將描述目標位置的數(shù)據(jù)送給模板，模板移動一軸或數(shù)軸到目標位置。當(dāng)每個軸移動時， 位置控制模板將保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣龋源_保運動平滑。目前已用于控制無心磨削、沖 壓、復(fù)雜零件分段沖裁、滾削、磨削等應(yīng)用中。 3 .定時控制 PLC為用戶提供了一定數(shù)量的定時器，且設(shè)置了定時器指令。一般每個定時器可實現(xiàn) 0.1999.9s或0.0199.99s的定時控制，也可按一定方式進行定時時間的擴展。定時精 度高，定時設(shè)定

6、方便、靈活。同時 PLC仍提供了高精度的時鐘脈沖，可用于準確地實時控 制。 4 .計數(shù)控制 PLC提供了多種計數(shù)器，如普通計數(shù)器、可逆計數(shù)器、高速計數(shù)器等，能夠用來完成不 同用途的計數(shù)控制。 當(dāng)計數(shù)器的當(dāng)前計數(shù)值等于計數(shù)器的設(shè)定值，或在某一數(shù)值范圍時，發(fā) 出控制命令。計數(shù)器的計數(shù)值能夠在運行中被讀出，也能夠在運行中進行修改。 5 .步進控制 PLC為用戶提供了一定數(shù)量的移位寄存器，且完成步進控制功能。在一道工序完成之后， 自動進行下一道工序；一個工作周期結(jié)束后，自動進入下一個工作周期。有些PLC仍專門 設(shè)有步進控制指令，使得步進控制更為方便。 6 .數(shù)據(jù)處理 大部分PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處

7、理功能，如F2系列、C系列、S5系列PLC等可 完成數(shù)據(jù)運算（如加、減、乘、除、乘方、開方等）、邏輯運算（如和、或、異或、求反等） 移位、數(shù)據(jù)比較和傳送及數(shù)值的轉(zhuǎn)換等操作。 7模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換 在過程控制或閉環(huán)控制系統(tǒng)中，存在溫度、壓力、流量、速度、位移、電流、電壓等連 續(xù)變化的物理量（或稱模擬量） 。過去，由于 PLC 善于邏輯運算控制，對于這些模擬量主要 依靠儀表（如果回路數(shù)較少）或分布式控制系統(tǒng) DCS （如果回路數(shù)較多）來控制。目前， 不但大、中型 PLC具有模擬量處理功能，甚至很多小型PLC （如C系列P型機）也具有模 擬量處理功能，而且編程和使用都很方便。 8通信及聯(lián)網(wǎng) 目前大多數(shù)

8、PLC 都具有了通信能力，能夠在 PLC 和計算機之間同時進行同位鏈接及上 位鏈接。通過這些通信技術(shù)，使 PLC 更容易構(gòu)成工廠自動化系統(tǒng)。也可和打印機、監(jiān)視器 等外部設(shè)備相連，記錄和監(jiān)視有關(guān)數(shù)據(jù)。 1.2 邏輯控制的發(fā)展 1.2.1 繼電器邏輯控制 在人們的日常生活和生產(chǎn)活動中，利用開關(guān)來實當(dāng)下電路中“開”和“關(guān)”各種用電器 及生產(chǎn)設(shè)備， 或改變它們的工作方式， 這種控制方式是極其普遍的。 但對于加工生產(chǎn)線這樣 大規(guī)模的電路， 其電動機等設(shè)備少則幾十臺， 多則數(shù)以百計， 同時這種電路中的各種用電器 往往要按照某種規(guī)律來安排其“開”和“關(guān)”的順序，因此若在這種場合下仍由人來操作一 個接一個的開

9、關(guān)，顯然難于實現(xiàn)。此時繼電器邏輯控制電路就派上了用場。 1繼電器邏輯控制電路的概念 繼電器邏輯控制電路是根據(jù)外界輸入的特定信號和某種要求，自動地接通和斷開電路， 斷續(xù)地或連續(xù)地改變電路參數(shù)或運行狀態(tài)， 實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、 控制、 調(diào)節(jié)和保 護的一種自動控制電路。 從電路結(jié)構(gòu)上見， 繼電器邏輯控制電路一般都具有倆個基本組成部分， 即決策部分和執(zhí) 行部分。決策部分負責(zé)檢測外界輸入的信號，通過轉(zhuǎn)換、放大、判斷、按照預(yù)先設(shè)定的控制 規(guī)則進行邏輯運算，作出相應(yīng)的控制決策，指揮執(zhí)行部分動作，以實現(xiàn)控制的最終目的。就 控制角度而言， 這里決策部分起了關(guān)鍵的作用。 而決策部分所體現(xiàn)的控制規(guī)則， 實際

10、是通過 繼電器邏輯控制電路各部分預(yù)先按控制規(guī)則要求的固定聯(lián)結(jié)來實現(xiàn)的。也就是說， 其控制規(guī) 則是以硬件的固定聯(lián)結(jié)來實現(xiàn)的。這也是繼電器邏輯控制電路不同于PLC 的主要特征。 2繼電器邏輯控制電路的主要組成部分 如上所述， 繼電器邏輯控制電路一般是由決策部分和執(zhí)行部分組成的，而決策部分 （即 邏輯運算部分）又可分為邏輯輸入部分和邏輯記憶部分。 （ 1 ）邏輯輸入部分 邏輯輸入部分主要由主令電器和檢測器件組成。 主令電器 主令電器一般包括手動按鈕、開關(guān)、轉(zhuǎn)換器、凸輪控制器等，其主要功能是完成開機、 關(guān)機、切換、應(yīng)急停機或調(diào)試等控制操作。主令電器給出的控制信號稱為主令信號。 主令電器中最常用的仍是按

11、鈕，按鈕又分為常開按鈕和常閉按鈕。常開按鈕在不按下時 觸點分開，在按下時觸點合上。常閉按鈕在不按下時觸點閉合，在按下時觸點分開。將常開 觸點和常閉觸點裝在一起的則是復(fù)合按鈕。 檢測器件 檢測器件通常包括行程開關(guān)、接近開關(guān)、壓力繼電器、速度繼電器、熱繼電器、過電流 繼電器等器件，其主要功能是檢測運動機件的行程或位置、壓力、速度、熱量、電流等物理 量在自動控制過程中的狀態(tài)， 以此作為繼電器邏輯控制電路按照控制規(guī)則進行決策的主要依 據(jù)。 檢測器件仍能夠包括時間繼電器。這是一種特殊的檢測器件， 主要用于檢測某過程執(zhí)行 的時間，以此作為繼電器邏輯控制電路按照控制規(guī)則進行決策的又一特殊的依據(jù)。 檢測器件給

12、出的控制信號稱為現(xiàn)場檢測信號，簡稱檢測信號。 行程開關(guān)是將運動部件的行程位置轉(zhuǎn)換為輸入信號的檢測器件。其工作原理和按鈕類 似，當(dāng)加工機械的運動部件運動到相應(yīng)位置，碰撞壓力行程開關(guān)時，則輸出開關(guān)信號。和按 鈕不同的是，它是靠機械的外加力量使觸點輸出信號的，而按鈕完全是靠手工完成的。由此 可知，按鈕反映的是人的意志， 而行程開關(guān)反映的是控制過程中的狀況。微動開關(guān)也是一種 行程開關(guān)。 接近開關(guān)是一種非接觸式的、電子式的運動部件行程位置檢測裝置。其作用和行程開關(guān) 相同，但它實現(xiàn)了無觸點化。除了用于替代行程開關(guān)外，接近開關(guān)仍能夠作為高速脈沖發(fā)生 器、高速計數(shù)器等。 主令信號和檢測信號即構(gòu)成控制線路的輸入

13、信號。 （2）邏輯記憶部分 邏輯記憶部分主要由繼電器組成，用來記憶邏輯輸入信號的變化以及各邏輯輸入信號經(jīng) 過某種邏輯運算后所得信號的變化。 繼電器是一種依據(jù)某種形式的輸入信號而動作，從而輸出開關(guān)信號的自動控制 （如電壓、 電流）和非電量（如轉(zhuǎn)速、溫度、時間）。繼電器的種類很多，最常見的是電磁繼電器，此 外仍有干簧繼電器、熱繼電器和時間繼電器等。 電磁繼電器 電磁繼電器是一種最常見、用途最廣泛的繼電器，其典型結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。它主要 由線圈、鐵心、銜鐵（即動鐵心）、返回彈簧及動觸頭、靜觸頭等構(gòu)成。當(dāng)線圈倆端加上一 定量的電壓或線圈中通以一定量的電流時，鐵心磁化，銜鐵（即動鐵心）就會在磁力的作用

14、 下克服返回彈簧的拉力吸向靜觸頭，從而導(dǎo)致銜鐵上的動觸頭閉合或斷開。線圈未通電時處 于斷開狀態(tài)的一對動、靜觸頭稱為常開觸點，反之則稱為常閉觸點。線圈斷電后，銜鐵在返 回彈簧的拉力下回到原位，使常開觸點斷開、常閉觸點閉合。當(dāng)一個動觸頭同時和一個靜觸 頭閉合而和另一個靜觸頭斷開時，就稱它們?yōu)檗D(zhuǎn)換觸點。 一個電磁繼電器能夠有一對或數(shù)對 常開觸點或常閉觸點（也能夠二者兼有） ，也能夠有一組或數(shù)組轉(zhuǎn)換觸點。一個繼電器的線 圈及其觸頭，能夠用同一字母及序號數(shù)碼來標注，如J、 J1、 J2 等。 電磁繼電器的功能和接觸器迥然不同，它主要用于在控制電路中依據(jù)輸入信號的狀態(tài) （如行程開關(guān)觸點的分合、電流的大小、

15、電壓的高低、時間的長短等）對應(yīng)輸出開關(guān)量的控 制信號，而接觸器只是輸出執(zhí)行功率信號。 電磁繼電器有一些顯著優(yōu)點： 能夠用小信號、弱信號來操動大信號、強信號，也就是說，它不僅具有信號轉(zhuǎn)換和 傳遞的功能，而且仍有驅(qū)動的功能。 能夠?qū)嵭羞h距離控制。 由于它能夠采用多對接點，故能夠方便地實現(xiàn)對多個對象的集中控制、連鎖控制、 多點控制。 其操動快速、準確。 電磁繼電器的種類很多， 常見的就有電流繼電器、 電壓繼電器、 中間繼電器和時間繼電 器等。 電流繼電器和電壓繼電器的區(qū)別主要在于線圈。電流繼電器的線圈是和負載串聯(lián)連接 的，它是以負載電流為輸入信號，因此其線圈導(dǎo)線粗、匝數(shù)少；而電壓繼電器的線圈是和負

16、載且聯(lián)連接的，它是以負載電壓為輸入信號，因此其線圈導(dǎo)線細、匝數(shù)多。 中間繼電器實際上就是一種特殊的電壓繼電器， 只不過它的主要目的不是反映電壓， 而 是擴展觸點的數(shù)量和容量。 時間繼電器的輸入信號是非電量時間，這是和前 3 種都不相同的。 電磁繼電器按照加在線圈上的是直流電仍是交流電而分為直流和交流繼電器。 干簧繼電器 干簧繼電器又稱舌簧繼電器，這種繼電器分為線圈驅(qū)動和永磁驅(qū)動倆種，其結(jié)構(gòu)如圖 1-2 （a）和圖1-2 （ b）所示。當(dāng)干簧繼電器的線圈通電時，產(chǎn)生磁場，由導(dǎo)磁材料做成的 干簧片被磁化而相吸， 使被控電路接通。 線圈斷電后， 干簧片失磁， 在自身彈力作用下分開， 使被控電路切斷。

17、 而永磁干簧繼電器在永久磁鐵靠近干簧片時使其磁化而相吸，使被控電路 接通。磁鐵離開時，干簧片靠自身的彈力分開，使被控電路切斷。干簧繼電器一般只有一對 干簧片常開觸點。 （a）線圈型（b）永磁型 圖 1-2 干簧繼電器 熱繼電器 熱繼電器是反映熱量的繼電器，其工作原理如圖 1-3 所示。熱繼電器的核心是雙金屬 片，它是由倆種熱膨脹系數(shù)顯著不同的金屬片復(fù)合在一起壓軋而成的。當(dāng)熱繼電器通電時， 加熱裝置亦通電加熱，由于雙金屬片上層 a 片的熱膨脹系數(shù)大于下層 b 片的熱膨脹系數(shù)， 當(dāng)溫度升高到一定程度時，雙金屬片就會向下彎曲，使常閉觸點斷開，常開觸點閉合。該繼 電器主要用于保護電動機或其他負載， 避

18、免其過載或斷相以致嚴重過熱而燒毀設(shè)備。 其主要 缺點是： 發(fā)熱原件間接加熱雙金屬片， 熱耦合程度較差， 雙金屬片的變形不能正確反映所保 # 西門子S7-300/400 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用 8 護對象的熱特性，易產(chǎn)生較大誤差。 時間繼電器 在獲得有效輸入信號后，延遲一段時間再動作的繼電器叫做時間繼電器。 時間繼電器和電磁繼電器的結(jié)構(gòu)類似，它采用不同的方法， 使線圈在通電或斷電的瞬間 銜鐵不能立即吸合或釋放。按照所采用的不同方法(如短路銅套渦流式、氣囊式、電動機式 或電子延時電路式等)，時間繼電器劃分為電磁式、空氣阻尼式、電動機式及半導(dǎo)體式等。 如圖1-4所示為各種繼電器的圖形符號。 (a)繼電器線圈 (c)繼電器常閉觸點 (b )繼電器常開觸點 (d)熱繼電器熱量元件 (e)熱繼電器常開觸點 (f)熱繼電器常閉觸點 (g )時間繼電器線圈 (h)延時閉合的時間繼電器常開觸點 (i)延時釋放的時間繼電器常開觸點 (j)延時釋放的時間繼電器常閉觸點 (k)延時閉合的時間繼電器常閉觸點 圖1-4 繼電器圖形符號 (3 )執(zhí)行部分 執(zhí)行部分主要由執(zhí)行機構(gòu)組成。 功能的執(zhí)行機構(gòu)有各種容量的接觸器、 微電機、燈光負載、音量