機(jī)電基礎(chǔ)實(shí)踐通識(shí)課程_5擴(kuò)展實(shí)踐_3PLC基本知識(shí)

1、可編程控制器可編程控制器基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)電基礎(chǔ)實(shí)踐機(jī)電基礎(chǔ)實(shí)踐通識(shí)課程通識(shí)課程王王 亮編程序控制器概述可編程序控制器概述v可編程序控制器的產(chǎn)生可編程序控制器的產(chǎn)生 v可編程序控制器的定義可編程序控制器的定義 v可編程序控制器的主要功能可編程序控制器的主要功能 v可編程序控制器的特點(diǎn)可編程序控制器的特點(diǎn) vPLC與其它工業(yè)控制裝置的比較與其它工業(yè)控制裝置的比較 vPLC的發(fā)展趨勢(shì)的發(fā)展趨勢(shì) 首頁基礎(chǔ)知識(shí)可編程序控制器的產(chǎn)生可編程序控制器的產(chǎn)生首頁基礎(chǔ)知識(shí)產(chǎn)生 可編程序控制器的產(chǎn)生一方面是由于傳統(tǒng)的機(jī)械控制越來越難以滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求，嚴(yán)重制約著生產(chǎn)力的發(fā)展；另一方

2、面隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，使計(jì)算機(jī)控制應(yīng)用成為可能。二者結(jié)合，導(dǎo)致了可編程序控制器的產(chǎn)生。產(chǎn)生背景：產(chǎn)生背景：首頁基礎(chǔ)知識(shí)產(chǎn)生 在上世紀(jì)60年代初期，順序控制器還主要是由繼電器組成，由此構(gòu)成的控制系統(tǒng)都是按預(yù)先規(guī)定的時(shí)間或條件順序地工作，若要改變控制順序就必須改變控制器的硬件接線，這不僅阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期，而且對(duì)于比較復(fù)雜的控制來說，不但設(shè)計(jì)制造困難，其可靠性不高，查找和排除故障也往往是費(fèi)時(shí)和困難的。 產(chǎn)生契機(jī)：產(chǎn)生契機(jī)： 1968年，美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司（GM）為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷翻新，想尋求一種新方法，以便盡可能地減少重新設(shè)計(jì)和重新接線的工作，從而降低成本、縮短周期。為

3、了用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，通用汽車公司在公開招標(biāo)中提出了十項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)。 1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制成功第一臺(tái)PLC，應(yīng)用于美國(guó)通用汽車自動(dòng)裝配線上，取得了極大的成功。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)產(chǎn)生十大招標(biāo)指標(biāo)：v編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序v維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)v可靠性高于繼電器控制裝置v體積小于繼電器控制裝置v數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)v成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)v可直接用115V交流輸入v輸出為115V , 2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸 器等v通用性強(qiáng)，要能擴(kuò)展v用戶程序存儲(chǔ)器容量可擴(kuò)展到4KB首頁基礎(chǔ)知識(shí)產(chǎn)生 可編程控制器因早期主要應(yīng)用于開關(guān)量的邏輯控制，故其最初被稱為可

4、編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）, 簡(jiǎn)稱PLC?，F(xiàn)代的可編程控制器已發(fā)展到以微處理器為基礎(chǔ)高度集成化的工業(yè)控制裝置，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的控制設(shè)備 ?？删幊绦蚩刂破鞯亩x可編程序控制器的定義首頁基礎(chǔ)知識(shí)定義NEMA的定義的定義 為了使這一新型工業(yè)控制裝置的生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)（National Electrical Manufacturers Association,簡(jiǎn)稱NEMA）于1980年將它正是命名為可編程控制器（Programmable Controller ,簡(jiǎn)稱PC）。 其定義如下：“PC是一種數(shù)字式的電子

5、裝置，它使用了是一種數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的存儲(chǔ)器以存儲(chǔ)指令，能完成邏輯、順序、記時(shí)、可編程序的存儲(chǔ)器以存儲(chǔ)指令，能完成邏輯、順序、記時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模輸出模塊，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。塊，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程?！?首頁基礎(chǔ)知識(shí)定義IEC的定義的定義 國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)于1985年在其頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第二稿中，給PC作了如下定義：“可編程可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，

6、用于其環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入/輸出輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破鳂O其控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器極其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體，有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！?首頁基礎(chǔ)知識(shí)定義PLC主要生產(chǎn)廠主要生產(chǎn)廠家家 我國(guó)有不少的廠家研制和生產(chǎn)過PLC，但是還沒有出現(xiàn)有影響

7、力和較大市場(chǎng)占有率的產(chǎn)品，目前我國(guó)使用的PLC幾乎都是國(guó)外品牌的產(chǎn)品。 在全世界上百個(gè)PLC制造廠中，有幾家舉足輕重的公司。它們是美國(guó)Rockwell自動(dòng)化公司所屬的A-B（Allen & Bradly）公司、GE-Fanuc公司，德國(guó)的西門子（Siemens）公司和法國(guó)的施耐德（Schneider）自動(dòng)化公司，日本的三菱公司和歐姆龍（OMRON）公司。這幾家公司控制著全世界80以上的PLC市場(chǎng)，它們的系列產(chǎn)品有其技術(shù)廣度和深度，從微型PLC到有上萬個(gè)I/O（輸入/輸出）點(diǎn)的大型PLC應(yīng)有盡有。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)定義A-B（Allen & Bradly）公司）公司GE-Fanuc公

8、司公司西門子（西門子（Siemens）公）公司司施耐德（施耐德（Schneider）自動(dòng)化公）自動(dòng)化公司司日本的三菱公司日本的三菱公司歐姆龍（歐姆龍（OMRON）公）公司司松下公司松下公司可編程序控制器的主要功能可編程序控制器的主要功能 隨著PLC的不斷發(fā)展，它與3C技術(shù)(Computer, Control, Communication)逐漸融為一體。目前已從小規(guī)模的單機(jī)順序控制，發(fā)展到包括過程控制、位置控制等場(chǎng)合的所有控制領(lǐng)域，能組成工廠自動(dòng)化的PLC綜合控制系統(tǒng)。PLC的主要功能如下:1 .開關(guān)量的邏輯控制 2.定時(shí)控制3.計(jì)數(shù)控制4.過程控制5.位置控制6.步序控制7.數(shù)據(jù)處理8.通訊和

9、聯(lián)網(wǎng)9.監(jiān)控功能首頁基礎(chǔ)知識(shí)功能可編程序控制器的特點(diǎn)可編程序控制器的特點(diǎn)v可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) v編程簡(jiǎn)單易學(xué) v設(shè)計(jì)、安裝容易，調(diào)試周期短，維護(hù)簡(jiǎn)單 v模塊品種豐富、通用性好、功能強(qiáng)大 v體積小、能耗低 首頁基礎(chǔ)知識(shí)特點(diǎn)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是PLC最突出的特點(diǎn)之一，PLC的平均無故障時(shí)間可達(dá)幾十萬小時(shí)。由于工業(yè)生產(chǎn)過程常晝夜連續(xù)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，各種電磁干擾特別嚴(yán)重。針對(duì)這些情況，PLC采用了一系列措施，其主要方法是對(duì)所有輸入/輸出（I/O）接口電路均采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源對(duì)PLC影響。各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10-

10、20ms，對(duì)一些高速輸入端則采用數(shù)字濾波，其濾波時(shí)間常數(shù)可用指令設(shè)定；模塊均采用屏蔽措施，防止輻射干擾；具有自診斷功能，一旦電源或軟件、硬件發(fā)生異常情況，CPU 立即采取措施防止故障擴(kuò)大；大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)或由三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng)；目前的PLC可以承受幅值為1000V，上升時(shí)間為1ns，脈沖寬度為1s的干擾脈沖。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)特點(diǎn)編程簡(jiǎn)單易學(xué)編程簡(jiǎn)單易學(xué) PLC編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖,對(duì)于企業(yè)中一般的電氣技術(shù)人員和技術(shù)工人,這種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程方式，與常用的微機(jī)語言相比更容易被接受，故梯型圖被稱為面向“藍(lán)領(lǐng)的編程語言” ， PLC也被稱為 “藍(lán)領(lǐng)計(jì)算

11、機(jī)”。盡管現(xiàn)代的PLC也可用高級(jí)語言編制復(fù)雜的程序，但梯形圖仍廣泛地被使用。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)特點(diǎn)設(shè)計(jì)、安裝容易設(shè)計(jì)、安裝容易 PLC已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，設(shè)計(jì)者可在規(guī)格繁多、品種齊全的PLC產(chǎn)品中選用高性價(jià)比的產(chǎn)品。 PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、記數(shù)器等器件，從而使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝接線工作量大為減少。首頁基礎(chǔ)知識(shí)特點(diǎn)調(diào)試周期短，維護(hù)簡(jiǎn)單調(diào)試周期短，維護(hù)簡(jiǎn)單 用戶程序的大部分可以在實(shí)驗(yàn)室模擬進(jìn)行，調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)放到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，這樣既快速又安全方便，從而就大大縮短了設(shè)計(jì)和調(diào)試周期。在用戶維修方面，由于PLC本身的故障率極低，

12、維護(hù)的工作量很小，而各種模塊上均有運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)指示燈，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。又由于許多PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可通過更換模塊的辦法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。首頁基礎(chǔ)知識(shí)特點(diǎn)模塊品種豐富、通用性好、模塊品種豐富、通用性好、功能強(qiáng)大功能強(qiáng)大 除了單元式小型PLC外，多數(shù)PLC均采用模塊式結(jié)構(gòu)，并形成大、中、小系列產(chǎn)品。常見的模塊有各類電源模塊、CPU模塊、直流I/O模塊、溫度模塊、數(shù)字量混合模塊、模擬量混合模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、接口模塊、定位模塊、PID模塊、空模塊、高速記數(shù)模塊、鼓序列發(fā)生器模塊等。 現(xiàn)代的PLC具有工業(yè)控制所要求的各種控制功能，它既可控制單臺(tái)設(shè)備

13、，又可控制一條生產(chǎn)線或全部生產(chǎn)工藝過程。PLC具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，可與相同或不同廠家和類型的PLC聯(lián)網(wǎng)，并可與上位機(jī)通信構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)特點(diǎn)體積小、能耗低體積小、能耗低 以奧地利貝加萊公司2005系列的PLC機(jī)為例，若選用電源模塊PS794，開關(guān)量模塊DI477（32路輸入，功耗1.5W），DO479（16路輸出，功耗1W），模擬量模塊AI350（8路輸入，功耗5W），AO350（8路輸出，功耗5W），整個(gè)外形尺寸為165mm 360mm 123mm 。由于體積小，重量輕，很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)特點(diǎn)PLC與其它工業(yè)控制裝置的比較與

14、其它工業(yè)控制裝置的比較 PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較 PLC與微型計(jì)算機(jī)的比較 PLC與單片機(jī)的比較 PLC與集散系統(tǒng)(DCS)的比較首頁基礎(chǔ)知識(shí)比較PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較與繼電器控制系統(tǒng)的比較首頁基礎(chǔ)知識(shí)比較與繼電器 以下幾個(gè)方面說明了PLC取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)以成必然趨勢(shì)：控制方式 延時(shí)控制 設(shè)計(jì)與施工 價(jià)格 控制速度其它控制功能可靠性和可維護(hù)性 PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較與繼電器控制系統(tǒng)的比較（一）（一）控制方式控制方式 繼電器的控制是采用硬件接線實(shí)現(xiàn)的，它是利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合形成控制邏輯，它只能完成既定的邏輯控制。其連線多而復(fù)雜，且體

15、積大，功耗大，一旦系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造完成后，再想改變或增加功能將十分困難。此外繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，其靈活性和擴(kuò)展性也很差。而PLC采用存儲(chǔ)邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故稱“軟接線”。其連線少，體積小，且PLC中每只軟繼電器的觸點(diǎn)理論上可使用無限次，因而靈活性和擴(kuò)展性極佳。又由于PLC是由大規(guī)模集成電路組成，所以功耗很小。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)比較與繼電器PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較與繼電器控制系統(tǒng)的比較（二）（二）控制速度控制速度 繼電器控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，其工作頻率低，觸點(diǎn)的開合動(dòng)作一般在幾十毫秒，此外機(jī)械觸點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象。而PLC是由

16、程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級(jí)。PLC內(nèi)部還有嚴(yán)格的同步，不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)比較與繼電器PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較與繼電器控制系統(tǒng)的比較（三）（三）延時(shí)控制延時(shí)控制 繼電器控制系統(tǒng)是靠時(shí)間繼電器的滯后動(dòng)作實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制，而時(shí)間繼電器定時(shí)精度不高，易受環(huán)境溫度和濕度的影響，調(diào)整時(shí)間困難。PLC用半導(dǎo)體集成電路作定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時(shí)值，定時(shí)精度小于10 s ，定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境影響。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)比較與繼電器PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較與繼電器控制系統(tǒng)的比較（四）（四）其它控制功能其

17、它控制功能 繼電器控制系統(tǒng)一般只能進(jìn)行開關(guān)量的邏輯控制，且沒有記數(shù)功能。PLC除了能進(jìn)行開關(guān)量邏輯控制外，還能對(duì)模擬量進(jìn)行控制，包括邏輯、順序條件、PID在內(nèi)的等多種復(fù)雜控制。除了普通計(jì)數(shù)功能，還有高達(dá)20KHz的高速計(jì)數(shù)功能。PLC還具有可調(diào)占空比的脈沖輸出功能。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)比較與繼電器PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較與繼電器控制系統(tǒng)的比較（五）（五）設(shè)計(jì)與施工設(shè)計(jì)與施工 用繼電器實(shí)現(xiàn)一項(xiàng)控制工程，其設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試必須依次進(jìn)行。周期長(zhǎng)，且修改困難，工程越大，這一點(diǎn)就越突出。用PLC完成一項(xiàng)控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后，現(xiàn)場(chǎng)施工和控制邏輯的設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行，周期短，且調(diào)試和修改都很方便。 首頁

18、基礎(chǔ)知識(shí)比較與繼電器PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較與繼電器控制系統(tǒng)的比較（六）（六）可靠性和可維護(hù)性可靠性和可維護(hù)性 繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)的開閉會(huì)受到電弧的損壞，還有機(jī)械磨損，壽命短，可靠性和維護(hù)性都差。而PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，因此壽命長(zhǎng)，可靠性高。又由于PLC的自檢和檢測(cè)功能，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)提供了方面。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)比較與繼電器PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較與繼電器控制系統(tǒng)的比較（七）（七）價(jià)格價(jià)格使用繼電器控制價(jià)格便宜，而用PLC價(jià)格較高 。首頁基礎(chǔ)知識(shí)比較與繼電器PLC與微型計(jì)算機(jī)的比較與微型計(jì)算機(jī)的比較PLC微型計(jì)算

19、機(jī)應(yīng)用范圍 主要用于工業(yè)控制 除用于控制領(lǐng)域外，其主要是用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)通訊等方面 使用環(huán)境 適用于工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境 對(duì)環(huán)境要求較高，一般要在干擾小，具有一定溫度和濕度要求的機(jī)房?jī)?nèi)使用 I/O系統(tǒng) 控制強(qiáng)電設(shè)備，無需再做A-D轉(zhuǎn)換接口，且PLC內(nèi)部有光-電耦合電路進(jìn)行電氣隔離，輸出采用繼電器、可控硅或大功率晶體管進(jìn)行功率放大 微機(jī)系統(tǒng)的I/O設(shè)備與主機(jī)之間采用微電聯(lián)系，一般不需電氣隔離，但外部控制信號(hào)需經(jīng)A/D，D/A轉(zhuǎn)換后方可與微機(jī)聯(lián)系 首頁基礎(chǔ)知識(shí)比較與微機(jī)PLC與微型計(jì)算機(jī)的比較與微型計(jì)算機(jī)的比較（續(xù)）（續(xù)）PLC微型計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì) 面向工程技術(shù)人員的梯形圖語言和語句表，少數(shù)具

20、有高級(jí)編程語言 有豐富的程序設(shè)計(jì)語言，要求使用者具有一定的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí) 系統(tǒng)功能 軟件相對(duì)簡(jiǎn)單 一般配有較強(qiáng)的系統(tǒng)軟件，并有豐富的應(yīng)用軟件 運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量 因接口的響應(yīng)速度慢而影響數(shù)據(jù)處理速度，PLC的軟件少，編程也短，內(nèi)存容量小 運(yùn)算速度快，一般為微秒級(jí)，為適應(yīng)大的系統(tǒng)軟件和豐富的應(yīng)用軟件，其存儲(chǔ)容量很大首頁基礎(chǔ)知識(shí)比較與微機(jī)PLC與單片機(jī)的比較與單片機(jī)的比較單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn) ： 單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，一般用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和工業(yè)控制，在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理方面優(yōu)于PLC 。首頁基礎(chǔ)知識(shí)比較與單片機(jī)PLC與單片機(jī)的比較與單片機(jī)的比較（續(xù)）（續(xù)） 單片機(jī)的缺點(diǎn)：（1）不如PLC容

21、易掌握：?jiǎn)纹瑱C(jī)一般用機(jī)器指令或助記符編程，要求設(shè)計(jì)者具有一定的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)。（2）不如PLC使用簡(jiǎn)單：用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，一般要在輸入、輸出接口上做大量的工作。例如要考慮現(xiàn)場(chǎng)與單片機(jī)的連接、接口的擴(kuò)展、輸入/輸出信號(hào)的處理、接口的工作方式等。其調(diào)試也比較麻煩。（3）不如PLC可靠：用單片機(jī)進(jìn)行工業(yè)控制，其突出問題在于抗干擾能力差，可靠性低。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)比較與單片機(jī)PLC與集散系統(tǒng)的比較與集散系統(tǒng)的比較PLCDCS發(fā)展由來 由繼電器邏輯控制發(fā)展而來 由回路儀表控制發(fā)展而來 優(yōu)勢(shì)方面 開關(guān)量控制、順序控制 回路調(diào)節(jié)、模擬量控制 共同點(diǎn) 發(fā)展均與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)有關(guān)，都能構(gòu)成復(fù)雜的分級(jí)控

22、制系統(tǒng) 發(fā)展趨勢(shì) 二者的統(tǒng)一將組成分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 首頁基礎(chǔ)知識(shí)比較與DCSPLC的發(fā)展趨勢(shì)的發(fā)展趨勢(shì)高性能、高速度、大容量大力發(fā)展微型可編程序控制器智能型I/O模塊的出現(xiàn)基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的編程軟件編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化首頁基礎(chǔ)知識(shí)趨勢(shì)PLC的發(fā)展趨勢(shì)的發(fā)展趨勢(shì)PLC通信的易用化和“傻瓜化”PLC的軟件化與PC化組態(tài)軟件引發(fā)上位計(jì)算機(jī)編程革命PLC與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合首頁基礎(chǔ)知識(shí)趨勢(shì)高性能、高速度高性能、高速度、大容量大容量 大型可編程序控制器大多采用多CPU結(jié)構(gòu)。不斷地向高性能，高速度和大容量方向發(fā)展。三菱的AnA系列可編程序控制器使用了世界上第一個(gè)在一塊芯片上實(shí)現(xiàn)可編程序控制器全部功能的32位微處

23、理器，即順序控制專用芯片，其掃描時(shí)間為0.15s每條基本指令。 松下公司的FP10SH系列可編程序控制器采用32位5級(jí)流水線RISC結(jié)構(gòu)的CPU，可以同時(shí)處理5條指令，順序指令的執(zhí)行速度高達(dá)0.04s/步，高級(jí)功能指令的執(zhí)行速度也有很大的提高。在有2個(gè)通信接口、256個(gè)I/O點(diǎn)的情況下，F(xiàn)P10SH總的掃描時(shí)間為0.270.42ms。 在模擬量控制方面，除了專門用于模擬量閉環(huán)控制的PID指令和智能PID模塊，某些可編程序控制器還具有模糊控制、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等功能，使調(diào)試時(shí)間減少，控制精度提高。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)趨勢(shì)大力發(fā)展微型可編程序控制器大力發(fā)展微型可編程序控制器 微型可編程序控制器的價(jià)格便

24、宜，性能價(jià)格比不斷提高，很適合于單機(jī)自動(dòng)化或組成分布式控制系統(tǒng)。 例如西門子公司的LOGO!通用邏輯模塊是主要面向民用的超小型、一體化的可編程序控制器。它采用整體式結(jié)構(gòu)，價(jià)格便宜，體積小巧，集成控制功能、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和操作顯示單元，可用裝置面板上的小型液晶顯示屏和6個(gè)鍵來編程。也有一些沒有操作顯示單元的模塊。LOGO！使用功能塊圖(FBD)編程語言，有在個(gè)人計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的Windows 95/NT編程軟件。LOGO！可供家用、民用和工業(yè)控制，也可以直接安裝在現(xiàn)場(chǎng)。集成有AS-i（執(zhí)行器傳感器總線）通信接口的模塊可接人AS-i總線網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和過程的集中控制。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)趨勢(shì)智能型智能型

25、I/O模塊的出現(xiàn)模塊的出現(xiàn) 智能I/O模塊是以微處理器和存儲(chǔ)器為基礎(chǔ)的功能部件，它們的CPU與可編程序控制器的主CPU并行工作，占用主CPU的時(shí)間很少，有利于提高可編程序控制器的掃描速度。它們本身就是一個(gè)小的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，有很強(qiáng)的信息處理能力和控制功能，有的模塊甚至可以自成系統(tǒng)，單獨(dú)工作。它們可以完成可編程序控制器的主CPU難以兼顧的功能，簡(jiǎn)化了某些控制領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和編程，提高了可編程序控制器的適應(yīng)性和可靠性。 智能I/O模塊主要有模擬量I/O、高速計(jì)數(shù)輸入、中斷輸入、機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制、熱電偶輸入、熱電阻輸入，條形碼閱讀器、多路BCD碼輸入/輸出、模糊控制器、PID回路控制、通信等模塊。 首頁

26、基礎(chǔ)知識(shí)趨勢(shì)基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的編程軟基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的編程軟件件 隨著計(jì)算機(jī)的日益普及，越來越多的用戶使用基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的編程軟件。目前有的可編程序控制器廠商或經(jīng)銷商向用戶提供免費(fèi)的或限時(shí)試用的編程軟件，有的編程軟件可通過修改計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的日期來解決限時(shí)的問題。幾乎不需要什么費(fèi)用，用戶就可以得到高性能的可編程序控制器程序開發(fā)系統(tǒng)。對(duì)于不同廠家和不同型號(hào)的可編程序控制器，只需要更換編程軟件就可以了。當(dāng)前筆記本電腦和移動(dòng)式電腦的價(jià)格已降到數(shù)千元，為在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)使用編程軟件提供了物質(zhì)條件。 編程軟件可以對(duì)可編程序控制器控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。編程軟件的調(diào)試和監(jiān)控功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過手持式編

27、程器。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)趨勢(shì)編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化 與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，可編程序控制器的硬件，軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不足開放的。在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用，通信網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議往往也是專用的。各廠家的可編程序控制器的編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)方式也不一致，有的甚至有相當(dāng)大的差異，因此各廠家的可編程序控制器互不兼容。為了解決這一問題，IEC(國(guó)際電工委員會(huì))制定了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)(IEC1131)，其中的第3部分(IEC1131-3)是可編程序控制器的編程語言標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中共有五種編程語言，其中的順序功能圖(SFC)是一種結(jié)構(gòu)塊控制程序流程圖，梯形圖和功能塊圖是

28、兩種圖形語言，還有兩種文字語言指令表和結(jié)構(gòu)文本。除了提供兒種編程語言供用戶選擇外，標(biāo)準(zhǔn)還允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程者能夠選擇不同的浯言來適應(yīng)特殊的工作。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)趨勢(shì)PLC通信的易用化和通信的易用化和“傻瓜化傻瓜化” 可編程序控制器的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個(gè)人計(jì)算機(jī)和其他智能控制設(shè)備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理。通過雙絞線、同軸電纜或光纖聯(lián)網(wǎng)，信息可以傳送到幾十公里遠(yuǎn)的地方，通過Modem和互聯(lián)網(wǎng)可以與世界上其他地方的計(jì)算機(jī)裝置通信。 目前有的廠商的可編程序控制器使用專用的通信協(xié)議來通信，或使用有較多廠商支持的通信協(xié)議和通信標(biāo)準(zhǔn)，如使用

29、現(xiàn)場(chǎng)總線。為了盡量減少用戶在通信編程方面的負(fù)擔(dān)，可編程序控制器廠商做了大量的工作，使設(shè)備之間的通信自動(dòng)地周期性地進(jìn)行，不需要用戶為通信編程，用戶的工作只是在組成系統(tǒng)時(shí)作一些硬件或軟件上的初始化設(shè)置?？删幊绦蚩刂破髋c計(jì)算機(jī)通信時(shí)，如采用可編程序控制器廠家提供的通信協(xié)議，可編程序控制器的編程工作量很小。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)趨勢(shì)PLC的軟件化與的軟件化與PC化化 個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)的價(jià)格便宜，有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機(jī)交互的功能。過去個(gè)人計(jì)算機(jī)主要用作可編程序控制器的編程器、操作站或人機(jī)接門終端，如果用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，必須使用加固型的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。 目前已有多家廠商推出了在PC上運(yùn)行的可實(shí)現(xiàn)

30、可編程序控制器功能的軟件包。如北京同拓公司等推出的eMbiz低成本開放式控制與自動(dòng)化方案套裝軟件，包含通用及嵌入式人機(jī)界面、符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的軟邏輯控制及Internet功能。 GE-Fanuc公司推出了一種外形上類似于筆記本電腦的個(gè)人計(jì)算機(jī)，它用液晶顯示器(LCD)作為人機(jī)界面，以Windows CE為操作系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)可編程序控制器的CPU模塊的功能，可與以太網(wǎng)和I/O模塊通信，可用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，這可能是今后高檔可編程序控制器的發(fā)展方向。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)趨勢(shì)組態(tài)軟件引發(fā)上位計(jì)算機(jī)編程革命組態(tài)軟件引發(fā)上位計(jì)算機(jī)編程革命 相當(dāng)多的大中型控制系統(tǒng)都采用上位計(jì)算機(jī)加可編程序控制器的方案，通過串

31、行通信接口或網(wǎng)絡(luò)通信模塊交換數(shù)據(jù)信息，以實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理。上位計(jì)算機(jī)主要完成數(shù)據(jù)通 信、網(wǎng)絡(luò)管理，人機(jī)界面(HMI)和數(shù)據(jù)處理的功能。數(shù)據(jù)的采集和設(shè)備的控制一般由可編程序控制器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備完成。 與種類繁多的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信仍然比較麻煩，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互動(dòng)，用于工業(yè)控制的組態(tài)軟件應(yīng)運(yùn)而生。國(guó)際上比較著名的組態(tài)軟件有 Intouch、Fix等，國(guó)內(nèi)也涌現(xiàn)出了組態(tài)王、力控等一批組態(tài)軟件。有的可編程序控制器廠商也推出了自己的組態(tài)軟件。如西門子公司的WINCC和GE-Fanuc公司的CIMPLICITY等。 組態(tài)軟件的出現(xiàn)降低了系統(tǒng)集成的難度，節(jié)約了大量的設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了系統(tǒng)的可靠性。 首頁

32、基礎(chǔ)知識(shí)趨勢(shì)PLC與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合 IEC對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)的定義是“安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自 動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場(chǎng)總線”。它是當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化的熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)場(chǎng)總線以開放的、獨(dú)立的、全數(shù)字化的雙向多變量通信代替010mA或420mA現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)儀表信號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)總線I/O集檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、通信為一體，可以代替變送器、調(diào)節(jié)器、記錄儀等模擬儀表。它不需要框架、機(jī)柜、可以直接安裝在現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)軌槽上，現(xiàn)場(chǎng)總線I/O的接線極為簡(jiǎn)單，只需一根電纜，從主機(jī)開始，沿?cái)?shù)據(jù)鏈從一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線I/O連接到下一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線I/O。使用現(xiàn)場(chǎng)總線后，自控系

33、統(tǒng)的配線、安裝、調(diào)試和維護(hù)等方面的費(fèi)用可以節(jié)約2/3左右，現(xiàn)場(chǎng)總線I/O與可編程序控制器可以組成廉價(jià)的DCS系統(tǒng)。 首頁基礎(chǔ)知識(shí)趨勢(shì)PLC硬件介紹硬件介紹v可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) v可編程控制器的工作原理可編程控制器的工作原理 vFX系列可編程序控制器性能簡(jiǎn)系列可編程序控制器性能簡(jiǎn)介介 v特殊功能模塊特殊功能模塊 v編程設(shè)備與人機(jī)接口編程設(shè)備與人機(jī)接口 首頁硬件介紹可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) 根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同，可以將PLC分為整體式PLC和模塊式PLC。 整體式整體式PLC 整體式又叫做單元式或箱體式，CPU模塊、I/O模塊和電源裝在一個(gè)箱狀機(jī)殼內(nèi)，結(jié)

34、構(gòu)非常緊湊。它的體積小、價(jià)格低，小型PLC一般采用整體式結(jié)構(gòu)。 整體式PLC提供多種不同I/O點(diǎn)數(shù)的基本單元和擴(kuò)展單元供用戶選用，基本單元內(nèi)有CPU模塊、I/O模塊和電源，擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O模塊和電源，基本單元和擴(kuò)展單元之間用扁平電纜連接。各單元的輸入點(diǎn)與輸出點(diǎn)的比例一般是固定的，有的PLC有全輸入型和全輸出型的擴(kuò)展單元。選擇不同的基本單元和擴(kuò)展單元，可以滿足用戶不同的要求。 整體式PLC一般配備有許多專用的特殊功能單元，如模擬量I/O單元、位置控制單元和通信單元等，使PLC的功能得到擴(kuò)展。 模塊式模塊式PLC 大、中型PLC（如西門子的S7-300和S7-400系列）一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。模

35、塊式PLC用搭積木的方式組成系統(tǒng)，它由機(jī)架和模塊組成。模塊插在模塊插座上，后者焊在機(jī)架的總線連接板上，有的廠家將機(jī)架稱為基板。PLC廠家備有不同槽數(shù)的機(jī)架供用戶選用，如果一個(gè)機(jī)架容納不下所選用的模塊，可以增設(shè)一個(gè)或數(shù)個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，各機(jī)架之間用I/O擴(kuò)展電纜相連，有的PLC需要通過接口模塊來連接各機(jī)架。 用戶可以選用不同檔次的CPU模塊、品種繁多的I/O模塊和特殊功能模塊，對(duì)硬件配置的選擇余地較大，維修時(shí)更換模塊也很方便。 基本組成基本組成 CPU輸出設(shè)備輸入設(shè)備外部設(shè)備I/O擴(kuò)展單元輸入單元輸出單元外設(shè)接口ROM RAMI/O擴(kuò)展口電源CPU芯片芯片 CPU（微處理器）芯片和存儲(chǔ)器（ROM、RA

36、M）組成CPU模塊。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的大腦，它不斷地采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，儲(chǔ)存程序和數(shù)據(jù)，刷新系統(tǒng)的輸出。常見的CPU芯片有： （1）通用微處理器。如Intel公司的8086、80286到Pentium系列芯片。 （2）單片微處理器（單片機(jī)）。如Intel公司的MCS-96系列單片機(jī)。 （3）位片式微處理器。如AMD 2900系列位片式微處理器。 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 （ROM/RAM） 存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序相當(dāng)于個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)。它使可編程序控制器具有基本的智能，能夠完成可編程序控制器設(shè)計(jì)者規(guī)定的各種工作。系統(tǒng)程序由可編程序控制器生產(chǎn)廠家

37、設(shè)計(jì)并固化在ROM（只讀存儲(chǔ)器）中，用戶不能讀取。 用戶程序由用戶設(shè)計(jì)，它使可編程序控制器完成用戶要求的特定功能。用戶程序存儲(chǔ)器的容量以字（16位二進(jìn)制數(shù)）為單位。三菱的FX系列PLC將用戶程序存儲(chǔ)器的單位稱為步 （Step，即字）。小型PLC的用戶程序存儲(chǔ)器容量在1K字左右，大型PLC的用戶程序存儲(chǔ)器容量可達(dá)數(shù)M（兆）字。 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 （ROM/RAM） （1）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM） 用戶可以用編程裝置讀出RAM中的內(nèi)容，也可以將用戶程序?qū)懭隦AM，因此RAM又叫讀/寫存儲(chǔ)器。它是易失性的存儲(chǔ)器。它的電源中斷后，儲(chǔ)存的信息將會(huì)丟失。 （2）只讀存儲(chǔ)器（ROM） ROM的內(nèi)容只能讀出，不能

38、寫入。它是非易失的，它的電源消失后，仍能保存儲(chǔ)存的內(nèi)容。ROM一般用來存放可編程序控制器的系統(tǒng)程序。 （3）可電擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器（EEPROM或E2PROM） 它是非易失性的，但是可以用編程裝置對(duì)它編程，兼有ROM的非易失性和RAM的隨機(jī)存取優(yōu)點(diǎn)，但是將信息寫入它所需的時(shí)間比RAM長(zhǎng)得多。I/O模塊模塊 輸入（Input）單元模塊和輸出（Output）單元模塊簡(jiǎn)稱為I/O模塊，它們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和CPU模塊的橋梁。 輸入模塊用來接收和采集輸入信號(hào)。開關(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等過來的開關(guān)量輸入信號(hào)；模擬量

39、輸入模塊用來接收電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流、電壓信號(hào)。 開關(guān)量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。輸入單元模塊輸入單元模塊 輸出單元模塊輸出單元模塊 電源模塊電源模塊 PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供DC 5V，12V，24V等直流電源。小型PLC一般都可以為輸入電路和外部的電子傳感器（如接近開關(guān)）提供24V直流電源，驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的直流電源一般由用戶提供。 外設(shè)接口外設(shè)接口 外設(shè)接口主要用來連接PLC系統(tǒng)的監(jiān)視、打印、編程、存儲(chǔ)

40、、聯(lián)網(wǎng)等外圍設(shè)備。比如連接CRT或LCD顯示屏，用以監(jiān)視PLC系統(tǒng)的工作情況；連接打印機(jī)，實(shí)時(shí)打印歷史數(shù)據(jù)，為分析研究作備案；連接存儲(chǔ)器，擴(kuò)大PLC存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量，增加程序長(zhǎng)度，完成復(fù)雜的控制；連接專用網(wǎng)線，可以和其它PLC或上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；連接編程器、計(jì)算機(jī)，可以完成對(duì)程序的一系列操作等等。其中，又以連接編程、器計(jì)算機(jī)最為重要。 可編程控制器的工作原理可編程控制器的工作原理 PLC是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器等等。這種用計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理繼電器在功

41、能上有某些相似之處。由于以上原因，在介紹PLC的工作原理之前，首先簡(jiǎn)要介紹物理繼電器的結(jié)構(gòu)和工作原理。 傳統(tǒng)繼電器控制傳統(tǒng)繼電器控制 邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算 使用繼電器電路或PLC的梯形圖可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的邏輯運(yùn)算。梯形圖中某些編程元件（如輸出繼電器和輔助繼電器）的線圈“通電”時(shí)，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，稱該編程元件為1狀態(tài)。當(dāng)它們的線圈“斷電”時(shí)，其常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合，稱該編程元件為0狀態(tài)。 邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算 圖中的A，B為輸入邏輯變量，M為輸出邏輯變量，它們之間的“與”、“或”、“非”邏輯運(yùn)算關(guān)系后表所示。用繼電器電路或梯形圖可以實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算，觸點(diǎn)的串聯(lián)可實(shí)現(xiàn)“與”運(yùn)算，觸點(diǎn)的并

42、聯(lián)可實(shí)現(xiàn)“或”運(yùn)算，用常閉觸點(diǎn)控制線圈可實(shí)現(xiàn)“非”運(yùn)算。 邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算 M=A與或非M=ABM=A+BABMABMAM0000000101001110100101 111111 工作方式及原理工作方式及原理 PLC有兩種基本的工作模式：運(yùn)行（RUN）模式與停止（STOP）模式。 在 運(yùn) 行 （ R U N ） 模 式 ， 在 C P U 模 塊 的 面 扳 上 用“RUN”LED顯示當(dāng)前的工作方式。PLC通過反復(fù)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至PLC停機(jī)或切換到STOP工作模式。

43、在停止（STOP）模式下，CPU不執(zhí)行用戶程序，可用編程軟件創(chuàng)建和編輯用戶程序，設(shè)置可編程序控制器的硬件功能，并將用戶程序和硬件設(shè)置信息下載到可編程序控制器。 如果有致命錯(cuò)誤，在消除它之前不允許從停止方式進(jìn)入運(yùn)行方式，可編程序控制器操作系統(tǒng)儲(chǔ)存非致命錯(cuò)誤供用戶檢查，但不會(huì)從運(yùn)行方式自動(dòng)進(jìn)入停止方式。 掃描工作方式掃描工作方式 可編程序控制器通電后，需要對(duì)硬件和軟件做一些初始化的工作。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)各種輸入信號(hào)，初始化后反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。 除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，PLC還要完成內(nèi)部處理、通信處理等

44、工作，一次循環(huán)可分為 5個(gè)階段（見前頁）。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入輸出關(guān)系來看，處理過程似乎是同時(shí)完成的。 掃描工作方式掃描工作方式 讀輸入讀輸入強(qiáng)制數(shù)據(jù)用于輸入（當(dāng)作輸入）執(zhí)行程序執(zhí)行程序強(qiáng)制數(shù)據(jù)用于所有立即I/O存取程序執(zhí)行后，最多改變16個(gè)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)處理通訊請(qǐng)求處理通訊請(qǐng)求強(qiáng)制數(shù)據(jù)用于所有讀/寫通訊執(zhí)行執(zhí)行 CPU 自診斷自診斷寫輸出寫輸出強(qiáng) 制 數(shù) 據(jù)用 于 輸 出（ 當(dāng) 作 寫輸出）一個(gè)掃描周期一個(gè)掃描周期掃描工作方式掃描工作方式 在輸入處理階段，PLC把所有外部輸入電路的接通/斷開狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。外部輸入電路接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為1狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)

45、的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開。外部輸入觸點(diǎn)電路斷開時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為0狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。 某一編程元件對(duì)應(yīng)的映像寄存器為1狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為ON，映像寄存器為。狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為OFF。 掃描工作方式掃描工作方式 PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按步序號(hào)順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時(shí)，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的0/1狀態(tài)讀出來，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)果寫入到對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中，

46、因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。 在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài)也不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。 在智能模塊通信處理階段，CPU模塊檢查智能模塊是否需要服務(wù)，如果需要，讀取智能模塊的信息并存放在緩沖區(qū)中，供下一掃描周期使用。在通信信息處理階段，CPU處理通信口接收到的信息，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑿畔魉徒o通信請(qǐng)求方 自診斷測(cè)試處理階段，PLC檢查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些其它內(nèi)部工作，包括定期檢查EEPROM、用戶程序存儲(chǔ)器、I/O模塊狀

47、態(tài)以及I/O擴(kuò)展總線的一致性，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 掃描工作方式掃描工作方式掃描工作方式掃描工作方式 在輸出處理階段，CPU將輸出映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。梯形圖中某一輸出繼電器的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為1狀態(tài)。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。 若梯形圖中輸出繼電器的線圈“斷電”，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為0狀態(tài)，在輸出處理階段之后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。 掃描工作方式掃描工作方式 如果在程序中使用了中

48、斷，中斷事件發(fā)生時(shí)立即執(zhí)行中斷程序，中斷程序可能在掃描周期的任意點(diǎn)上被執(zhí)行 在程序執(zhí)行過程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O點(diǎn)。用立即I/O指令讀輸入點(diǎn)的值時(shí)，相應(yīng)的輸入映像寄存器的值未被更新、用立即I/O指令來改寫輸出點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的輸出映像寄存器的值被更新。 當(dāng)PLC處于停止（STOP）模式時(shí)，程序執(zhí)行階段被省略，讀輸入/寫輸出階段則視不同的PLC而定。 例如：初始時(shí)，A=B=C=0，又已知當(dāng)A=1時(shí)，B=1；B=1時(shí)，C=1。A=B=C=0A=1 B=1 C=0A=B=C=1一般流程一般流程A=1 B=1B=1 C=1一個(gè)周期PLC 流程流程A=B=C=0A=1 B=1 C=0A=1且B

49、=0 B=1 C=0A=B=C=1A=1且B=1 B=1 C=1第一周期第二周期掃描工作方式的影響掃描工作方式的影響輸入輸入/ /輸出滯后時(shí)間輸出滯后時(shí)間 輸入/輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指PLC的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間這三部分組成。 輸入模塊的RC濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)引起的不良影響，濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長(zhǎng)短，其典型值為10ms左右。 輸入輸入/ /輸出滯后時(shí)間輸出滯后時(shí)間 輸出模塊的滯后

50、時(shí)間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般在10ms左右；雙向晶閘管型輸出電路在負(fù)載通電時(shí)的滯后時(shí)間約為1ms，負(fù)載由通電到斷電時(shí)的最大滯后時(shí)間為10ms；晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間一般在1ms以下。 由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)兩個(gè)多掃描周期。 PLC總的響應(yīng)延遲時(shí)間一般只有幾十ms，對(duì)于一般的系統(tǒng)是無關(guān)緊要的，要求輸入輸出信號(hào)之間的滯后時(shí)間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的PLC或采取其他措施。 FX系列可編程序控制器性能簡(jiǎn)介系列可編程序控制器性能簡(jiǎn)介 三菱電機(jī)80年代推出的F系列小型PLC在90年代初被F1系列和F2系列取代，F(xiàn)1系列在我國(guó)曾經(jīng)有很高的市場(chǎng)占有率。其后的

51、FX2系列在硬件和軟件功能上都有很大的提高，后來推出的FX0，F(xiàn)X0S，F(xiàn)X0N和FX2N等系列實(shí)現(xiàn)了微型化和多品種化，可滿足不同用戶的需要。F1系列和FX2系列早已屬于淘汰產(chǎn)品，三菱電機(jī)現(xiàn)在的FX系列產(chǎn)品樣本中僅有FX1S，F(xiàn)X1N、FX2N和FX2NC這4個(gè)子系列，與過去的產(chǎn)品相比，在性能價(jià)格比上又有明顯的提高。 FX系列系列PLC的特點(diǎn)的特點(diǎn) 體積極小的微型PLC 先進(jìn)美觀的外部結(jié)構(gòu) 提供多個(gè)子系列供用戶選用 靈活多變的系統(tǒng)配置 功能強(qiáng)，使用方便FX系列型號(hào)名稱的含義系列型號(hào)名稱的含義 FX系列PLC型號(hào)名稱的含義如下：FX- - （1）（2） （3）（4）（5） （1）子系列名稱，如1

52、S，1N，2N等。 （2）輸入輸出的總點(diǎn)數(shù)。 （3）單元類型：M為基本單元，E為輸入輸出混合擴(kuò)展單元與擴(kuò)展模塊，EX為輸入專用擴(kuò)展模塊，EY為輸出專用擴(kuò)展模塊。 （4）輸出形式：R為繼電器輸出，T為晶體管輸出，S為雙向晶閘管輸出。 （5）電源和輸入、輸出類型等特性。D和DS為DC 24V電源；DSS為DC 24V電源，源晶體管輸出；ES為交流電源：ESS為交流電源，源晶體管輸出：UAl為AC電源，AC輸入。例如FX1N-60MT-D屬于FX1N系列，是有60個(gè)I/O點(diǎn)的基本單元，晶體管輸出型，使用24V直流電源。 特殊功能模塊特殊功能模塊 v 模擬量輸入輸出模塊 v 高速計(jì)數(shù)器模塊FX2N-1

53、HC v 運(yùn)動(dòng)控制模塊 v 通信模塊 模擬量輸入輸出模塊模擬量輸入輸出模塊 模擬量輸入擴(kuò)展板FX1N-2AD-BD 模擬量輸出擴(kuò)展板FX1N-1DA-BD 模擬量設(shè)定功能擴(kuò)展板FX1N-8AV-BD/FX2N-8AV-BD 模擬量輸入輸出模塊FX2N-3A 模擬量輸入模塊FX2N-2AD和FX2N-4AD 模擬量輸入和溫度傳感器輸入模塊FX2N-8AD PT-100型溫度傳感器用模擬量輸入模塊FX2N-4AD-PT 熱電偶溫度傳感器用模擬量輸入模塊FX2N-4AD-TC 模擬量輸出模塊FX2N-2DA高速計(jì)數(shù)器模塊高速計(jì)數(shù)器模塊FX2N-1HC PLC梯形圖程序中的計(jì)數(shù)器的最高工作頻率受掃描周

54、期的限制，一般僅有幾十Hz。在工業(yè)控制中，有時(shí)要求PLC有快速計(jì)數(shù)功能，計(jì)數(shù)脈沖可能來自旋轉(zhuǎn)編碼器，機(jī)械開關(guān)或電子開關(guān)。高速計(jì)數(shù)模塊可以對(duì)幾十KHz甚至上百Hz的脈沖計(jì)數(shù)，它們大多有一個(gè)或幾個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn)，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值等于或大于預(yù)置值時(shí)，可通過中斷程序及時(shí)地改變開關(guān)量輸出的狀態(tài)。這一過程與PLC的掃描過程無關(guān)，可以保證負(fù)載被及時(shí)驅(qū)動(dòng)。 FX2N的高速計(jì)數(shù)模塊FX2N-1HC有1個(gè)高速計(jì)數(shù)器，可作單相/雙相50KHz的高速計(jì)數(shù)，用外部輸入或通過PLC的程序，可使計(jì)數(shù)器復(fù)位或起動(dòng)計(jì)數(shù)過程，它可與編碼器相連。 運(yùn)動(dòng)控制模塊運(yùn)動(dòng)控制模塊 FX2N-1PG-E脈沖輸出模塊 FX2N-10PG脈沖輸出模

55、塊 FX2N-10GM和FX-20GM定位控制器通信模塊通信模塊 通信模塊是通信網(wǎng)絡(luò)的窗口。通信模塊用來完成與別的PLC、其他智能控制設(shè)備或主計(jì)算機(jī)之間的通信。遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)也必須配備相應(yīng)的通信接口模塊。FX系列有多種多樣的通信用功能擴(kuò)展板、適配器和通信模塊。 編程設(shè)備與人機(jī)接口編程設(shè)備與人機(jī)接口 專用編程器 編程軟件 顯示模塊 GOT-900圖形操作終端 專用編程器專用編程器 專用編程器由PLC生產(chǎn)廠家提供，它們只能用于某一生產(chǎn)廠家的某些PLC產(chǎn)品.現(xiàn)在的專用編程器一般都是手持式的LCD字符顯示編程器。它們不能直接輸入和編輯梯形圖程序，只能輸入和編輯指令表程序。 手持式編程器的體積小，一般用

56、電纜與PLC相連。其價(jià)格便宜，常用來給小型PLC編程，用于系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維修比較方便 。 用戶可對(duì)內(nèi)置的存儲(chǔ)器進(jìn)行存取，實(shí)現(xiàn)脫機(jī)編程，根據(jù)編程器中電容的充電時(shí)間，存儲(chǔ)器中的內(nèi)容最多可以保存3天。 編程軟件編程軟件 專用編程器只能對(duì)某一PLC生產(chǎn)廠家的PLC產(chǎn)品編程，使用范圍有限。當(dāng)代PLC的更新?lián)Q代很快，專用編程器的使用壽命有限，價(jià)格也較高。現(xiàn)在的趨勢(shì)是在個(gè)人計(jì)算機(jī)上使用PLC生產(chǎn)廠家提供的編程軟件。輕便的筆記本電腦或移動(dòng)電腦配上編程軟件，也很適于在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試程序。 1、FX-FCS/WIN-E/-C編程軟件2、SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件3、GX開發(fā)器（GPPW）4、GX模擬器（

57、LLT）5、FX-FCS-VPS/WIN-E定位編程軟件6、GT設(shè)計(jì)者與FX-FCS/DU-WIN-E屏幕生成軟件顯示模塊顯示模塊 隨著工廠自動(dòng)化的發(fā)展，微型PLC的控制越來越復(fù)雜和高級(jí)，F(xiàn)X系列PLC配備有種類繁多的顯示模塊和圖形操作終端作為人機(jī)接口。 1、顯示模塊FX1N-5DM2、顯示模塊FX-10DM-EGOT-900系列圖形操作終端系列圖形操作終端 GOT-900系列圖形操作終端的電源電壓為24VDC，可用RS-232C或RS-485接口與PLC通信。有50個(gè)觸摸鍵，可設(shè)置500個(gè)畫面。 930GOT圖形操作終端帶有4in對(duì)角線的LCD顯示器，可顯示24080點(diǎn)或5行，每行30個(gè)字符

58、，有256KB用戶快閃存儲(chǔ)器。 940GOT圖形操作終端有5.7in對(duì)角線的8色LCD顯示器，可顯示320240點(diǎn)或15行，每行40個(gè)字符，有512KB用戶快閃存儲(chǔ)器。GOT-900系列圖形操作終端系列圖形操作終端 F940GOT-SBD-H-E和F940GOT-LBD-H-E手持式圖形操作終端有8色和黑白LED顯示器，適用于現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試，其他性能和940GOT圖形操作終端類似。 F940GOT-TWD-C圖形操作終端的256色7in對(duì)角線LED顯示器可水平或垂直安裝，屏幕可分為23個(gè)部分，有一個(gè)RS-422接口和兩個(gè)RS-232C接口?？娠@示480234點(diǎn)或14行，每行60個(gè)字符，有1MB用戶

59、快閃存儲(chǔ)器。 PLC程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) vPLC編程語言的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)編程語言的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) vPLC的程序結(jié)構(gòu)的程序結(jié)構(gòu) v梯形圖的主要特點(diǎn)梯形圖的主要特點(diǎn) v基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)vFX系列系列PLC的指令的指令PLC編程語言的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)編程語言的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) IEC于1994年5月公布了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)（IEC1131），該標(biāo)準(zhǔn)鼓勵(lì)不同的可編程序控制器制造商提供在外觀和操作上相似的指令。它由以下5部分組成：通用信息，設(shè)備與測(cè)試要求，編程語言，用戶指南和通信。其中的第三部分（IEC1131-3）是可編程序控制器的編程語言標(biāo)準(zhǔn)。IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)使用戶在使用新的可編程序控制器時(shí)，可以減少重新

60、培訓(xùn)的時(shí)間。對(duì)于廠家，使用標(biāo)準(zhǔn)將減少產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間，可以投入更多的精力去滿足用戶的特殊要求。 PLC編程語言的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)編程語言的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)順序功能圖順序功能圖梯形圖梯形圖功能塊圖功能塊圖指令表指令表結(jié)構(gòu)文本結(jié)構(gòu)文本 其中的順序功能圖（SFC）是一種結(jié)構(gòu)塊控制程序流程圖，梯形圖（LD）和功能塊圖（FBD）是圖形編程語言，指令表（IL）和結(jié)構(gòu)文本（ST）是文字語言。 順序功能圖（順序功能圖（SFC） 順序功能圖（Sequential function chart）：是一種位于其他編程語言之上的圖形語言，用來編制順序控制程序。順序功能圖提供了一種組織程序的圖形方法，在順序功能圖中可以用別的語言嵌套編程。步、轉(zhuǎn)換和動(dòng)作