電氣控制與可編程控制器應用技術(shù) 劉祖其 第5章 可編程控制器基礎(chǔ)知識新

1、全國高等職業(yè)教育規(guī)劃教材電氣控制與可編程序控制器應用技術(shù) 劉祖其 編著 8/14/20221第5章 可編程控制器基礎(chǔ)知識5.1概述5.2 可編程序控制器的基本組成5.3 可編程序控制器的工作原理5.4 可編程序控制器的性能指標5.5 可編程序控制器的分類8/14/202225.1概述 可編程序控制器綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。它具有體積小、功能強、程序設(shè)計簡單、靈活通用、維護方便等一系列的優(yōu)點,在機械、冶金、能源、化工、石油、交通、電力等領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的應用, PLC技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)自動化控制三大技術(shù)(PLC技術(shù)、機器人、計算機輔助設(shè)計與分析

2、)支柱之一。8/14/20223 1.可編程序控制器的定義 可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，在其內(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，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則進行設(shè)計。 8/14/20224 (1)可靠性高,抗干擾能力強 (2) 通用性強,使用方便 (3) 程序設(shè)計簡單,容易理解和掌握 (4) 系統(tǒng)設(shè)計周期短 (5) 體積小,重量輕 (6) 適應性強 2.可編程序控制器的特點 8

3、/14/202253.可編程序控制器的發(fā)展方向 目前PLC發(fā)展方向主要有兩個: 一是朝著小型化、簡易、廉價化、方向發(fā)展。單片機技術(shù)的發(fā)展,促進了PLC向緊湊型發(fā)展,體積減小,價格降低,可靠性不斷提高。 二是朝著大型、高速、標準化、系列化、智能化、高速化、大容量化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展,這將使PLC功能更強,可靠性更高,使用更方便,適用面更多功能方向發(fā)展。大型的PLC一般為多微處理器系統(tǒng),有較大的存儲能力和功能強勁的輸入/輸出接口。 8/14/202265.2 可編程序控制器的基本組成 5.2.1可編程序控制器的硬件組成 PLC的基本組成包括硬件與軟件兩部分： PLC的硬件組成包括中央處理器（CPU）

4、、存儲器(RAM、ROM)、輸入/輸出(I/O)接口、編程設(shè)備、通信接口、電源和其他一些電路組成。PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖5-1所示。8/14/202271.中央處理單元中央處理單元(CPU)是PLC的核心部件, 整個PLC的工作過程都是在中央處理器的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進行的,它的主要任務是在系統(tǒng)程序的控制下,完成邏輯運算、數(shù)學運算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分工作等，然后根據(jù)用戶所編制的應用程序的要求去處理有關(guān)數(shù)據(jù),最后再向被控對象送出相應的控制(驅(qū)動)信號。8/14/20228圖5-1 PLC的硬件基本結(jié)構(gòu)圖8/14/20229 存儲器是PLC用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量及運算數(shù)據(jù)的單元。存儲

5、器的類型有可讀/寫操作的隨機存儲器RAM和只讀存儲器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。在PLC中，PLC的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。 2.存儲器 8/14/202210 輸入/輸出(I/O)是PLC和工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號連接的部件。PLC通過輸入接口把工業(yè)現(xiàn)場的狀態(tài)信息讀入,輸入部件接收是從開關(guān)、按鈕、繼電器觸點和傳感器等輸入的現(xiàn)場控制信號,通過用戶程序的運算與操作,對輸入信號進行濾波、隔離、電平轉(zhuǎn)換等,把輸入信號的邏輯值準確、可靠地傳入PLC內(nèi)部。并將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能接收和處理的數(shù)字信號，把結(jié)果通過輸出接口輸出給執(zhí)行機構(gòu)。 PLC通過輸出接口，接收經(jīng)過中央處理器處

6、理過的輸出的數(shù)字信號,并把它轉(zhuǎn)換成被控制設(shè)備或顯示裝置所能接收的電壓或電流信號,從而驅(qū)動接觸器、電磁閥和指示器件等。PLC的等效電路圖圖5-2所示。 3.輸入/輸出接口 8/14/20221152 PLC的等效電路 8/14/202212 電源部件是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電源的裝置,它向PLC提供所需要的高質(zhì)量直流電源?？删幊炭刂破麟娫窗ǜ鞴ぷ鲉卧╇姷拈_關(guān)穩(wěn)壓電源和掉電保護電源。 PLC電源與普通電源相比穩(wěn)定性好、抗干擾能力強。許多PLC還向外提供DC 24V穩(wěn)壓電源，用于對外部傳感器供電。 4.電源模塊 8/14/202213 編程器是PLC必不可少的重要外圍設(shè)備。它的主要作用是進行編輯、輸

7、入用戶程序、檢查、調(diào)試、修改，用來監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進行人機對話。它是開發(fā)、應用、維護PLC不可缺少的設(shè)備。5.編程器8/14/202214 其它接口包括外存儲器接口、BEPPROM寫入器接口、A/D轉(zhuǎn)換接口、D/A轉(zhuǎn)換接口、遠程通信接口、與計算機相連的接口、打印機接口、與CRT相連的接口等。 6.其它接口8/14/2022155.2.2可編程序控制器的軟件組成 1.系統(tǒng)程序PLC的系統(tǒng)程序有三種類型。 1）是完成系統(tǒng)命令解釋、功能子程序調(diào)用、管理、監(jiān)控、邏輯運算、通信、各種參數(shù)設(shè)定、診斷等功能。 2）由PLC的制造廠家編寫的，在PLC使用過程中不

8、會變動，它和PLC的硬件組成有關(guān)，它關(guān)系到PLC的性能。 3）由制造廠家直接固化在只讀存儲器ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問和修改。8/14/202216 2.用戶程序 用戶存儲器是指使用者根據(jù)工程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序，是PLC應用于工業(yè)控制的一個重要環(huán)節(jié)。主要用于存放用戶按控制要求所編制的程序，可通過編程器進行必要的修改。PLC的編程語言多種多樣，不同的PLC廠家，不同系列PLC采用的編程語言不盡相同。8/14/202217通信與擴展接口的連接實例8/14/2022185.3 可編程序控制器的工作原理5.3.1掃描工作方式 PLC采用循環(huán)掃描工作方式，為了連續(xù)地

9、完成PLC所承擔的掃描工作,系統(tǒng)必須重復執(zhí)行依一定的順序完成循環(huán)掃描工作方式，每重復一次的時間稱為一個掃描周期。由于PLC掃描速度很快,輸入掃描和輸出刷新的周期時間通常為3ms左右,而程序執(zhí)行時間可根據(jù)程序的長度不同而不同。PLC一個掃描周期通常為10-100ms,對一般工業(yè)被控對象來說,掃描過程幾乎是與輸入同時完成的。如圖5-3所示。 8/14/202219圖5-3 PLC循環(huán)掃描工作過程8/14/202220 PLC工作的三個階段（1）輸入采樣階段（2）程序執(zhí)行階段（3）輸出處理階段5.3.2工作過程8/14/2022215.4可編程序控制器的主要性能指標 在對PLC性能進行描述時,經(jīng)常用

10、到位、數(shù)字、字節(jié)及字等術(shù)語。位指二進制的一位,僅有0、1兩種取值。一個位對應PLC一個繼電器,某位的狀態(tài)為0或1,分別對應繼電器線圈斷電或通電。 4位二進制數(shù)構(gòu)成一個數(shù)字,這個數(shù)字可以是0000-1001(十進制),也可以是00001111(十六進制)。 2個數(shù)字或8位二進制數(shù)構(gòu)成一個字節(jié)。2個字節(jié)構(gòu)成一個字。在PLC術(shù)語中,字稱為通道。一個字含16位,或者說一個通道含16個繼電器。8/14/202222 1.編程語言種類 PLC常用的編程語言有梯形圖語言、語句表語言、流程圖語言及某些高級語言等，使用最多的是前兩者。 2.存儲容量 小型機內(nèi)存為1K到幾K，中型機為幾K至幾百K，大型機幾百K至2

11、M字節(jié)。 3.輸入輸出（I/O）總點數(shù) 輸入輸出（I/O）點數(shù)越多，控制規(guī)模就越大。目前輸入輸出點數(shù)為814336點甚至更多 。 4.掃描速度 目前更快的能達到0.75ms/K字邏輯運算程序。 8/14/202223 5.PLC內(nèi)部繼電器的種類 有如輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器、特殊繼電器、數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)繼電器等。 6.擴展能力 大部分PLC用I/0擴展單元進行I/O點數(shù)的擴展。 7.工作環(huán)境 工作環(huán)境的溫度050oC 8.其它8/14/202224 1.按輸入/輸出點數(shù)分類 （1）超小型PLC：輸入輸出（I/O）點數(shù)在64點以下,用戶程序存儲器容量通常在12KB。 （

12、2）小型PLC ：輸入輸出（I/O）點數(shù)在64256之間 ,用戶程序存儲器容量通常在24KB。 （3）中型PLC ：輸入輸出點數(shù)在256512點之間,用戶程序存儲器容量通常在28K字。 （4）大型PLC ：入輸出點數(shù)在512 8192之間，用戶程序存儲器容量通常在8K64KB。 （5）超大型PLC ：入輸出點數(shù)在8192以上，用戶程序器容量大于64KB，目前已有I/O點數(shù)達14336點的超大型PLC，使用32位微處理器。 5.5可編程序控制器的分類 8/14/202225 2按結(jié)構(gòu)形式分類 （1）整體式：整體式PLC是將電源、CPU、存儲器、I/O接口安裝在同一機體內(nèi),具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重

13、量輕、價格低。一般小型PLC常采用這種結(jié)構(gòu)。 （2）模塊式：模塊式PLC是將PLC各部分分成若干個單獨的模塊，如電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊等。用戶可根據(jù)需要選配不同模塊組成一個系統(tǒng), 構(gòu)成不同控制規(guī)模和功能的PLC, 一般中型和大型PLC常采用這種結(jié)構(gòu)。8/14/202226 3.按實現(xiàn)的功能分類 （1）低檔機：具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以、自診斷、監(jiān)控等基本功能，低檔機以邏輯運算為主, 可實現(xiàn)邏輯、順序、移位、計時計數(shù)控制等。 （2）中檔機：PLC除具有低檔機的功能外，還具有較強的模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送、比較、通信、子程序、遠程I/O、中斷處理等功能?？捎糜趶碗s的邏輯運算及閉環(huán)控制場合。 （3）高檔機：除具有中檔機的功能外，增設(shè)有帶符號算術(shù)運算、位邏輯運算、矩陣運算、平方根運算以及函數(shù)、表格、CRT顯示、打印等功能。具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，使運算能力更強，還具有模擬調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通信、監(jiān)視、記錄和打印等功能，使PLC能進行智能控制、遠程控制、可用于大規(guī)模過程控制系統(tǒng)及分布式生產(chǎn)過程綜合控制管理系統(tǒng)、自動化網(wǎng)絡。8/14/202227第5章 結(jié)束謝謝大家！8/14/202228在線教務輔導網(wǎng)： 更多課程配套課件資源請訪問在線教務輔導網(wǎng)8/14/2022298/14/2022308/14/2022318/14/2022328/14