PLC技術(shù)應(yīng)用ppt課件(完整版)

1、PLC技術(shù)應(yīng)用前 言 可編程控制器簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種通用控制器，是一種以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)和傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的新型工業(yè)控制裝置。近年來(lái)在工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域，如冶金、機(jī)械、電力、石油、煤炭、化工、輕紡、交通、食品、環(huán)保、輕工、建材等工業(yè)部門(mén)得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱之一。下一頁(yè)返回前 言 以三菱FX2NPLC為主線，全書(shū)共分為4章，介紹了PLC的基本原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，并對(duì)編程軟件進(jìn)行了介紹；在重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)講解后，配有“工作任務(wù)”環(huán)節(jié)，可幫助學(xué)生理解和掌握這些知識(shí)。另外配套有“拓展知識(shí)”使得

2、學(xué)生在掌握基本內(nèi)容，知識(shí)點(diǎn)得以拓展。各章節(jié)后還附有配套的習(xí)題。本教材在編寫(xiě)過(guò)程中力求由淺入深，通俗易懂，理論聯(lián)系實(shí)際，既有基本的理論知識(shí)，又有實(shí)際的應(yīng)用設(shè)計(jì)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回前 言 本書(shū)可供電氣控制、機(jī)電一體化等相關(guān)專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人員參考，也可作為大中專(zhuān)院校及在職工程技術(shù)人員繼續(xù)教育的教材。 本書(shū)由陜西省電子工業(yè)學(xué)校白娟娟、郭軍、西安技師學(xué)院的吳利華主編，參加本書(shū)編寫(xiě)和程序調(diào)試的老師還有陜西省電子工業(yè)學(xué)校的薛媛麗、羅亞軍等，全書(shū)由郭軍統(tǒng)稿。由于時(shí)間倉(cāng)促，加之水平有限，書(shū)中難免存在疏漏之處，請(qǐng)讀者提出寶貴意見(jiàn)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回目錄模塊一 PLC應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)模塊二 PLC的基本指令模塊三 順序功能圖

3、 模塊四 功能指令的應(yīng)用 上一頁(yè)返回模塊一 PLC應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)課題一 PLC控制器概述課題二 PLC的基本組成和工作原理課題三 FX系列PLC的操作課題四 GX Develope編程軟件的應(yīng)用 課題一 PLC控制器概述學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解可編程序控制器的產(chǎn)生和發(fā)展。2.掌握PLC的應(yīng)用場(chǎng)合。3.了解常用的PLC。下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述知識(shí)學(xué)習(xí)一、可編程序控制器的產(chǎn)生 上世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)已開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)控制了。但由于計(jì)算機(jī)技術(shù)本身的復(fù)雜性，編程難度高、難以適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境以及價(jià)格昂貴等原因，未能在工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用。當(dāng)時(shí)的工業(yè)控制，主要還是以繼電器接觸器組成控制系統(tǒng)。上一頁(yè)下一

4、頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述 1968年，美國(guó)最大的汽車(chē)制造商通用汽車(chē)制造公司（GM），為適應(yīng)汽車(chē)型號(hào)的不斷翻新，試圖尋找一種新型的工業(yè)控制器，以盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換繼電器控制系統(tǒng)的硬件及接線、減少時(shí)間，降低成本。因而設(shè)想把計(jì)算機(jī)的完備功能、靈活及通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，制成一種適合于工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，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 “面向控制過(guò)程，面向?qū)ο蟆钡摹白匀徽Z(yǔ)言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。即：硬件減少，軟件靈活、簡(jiǎn)單，針對(duì)上述設(shè)想，通用汽車(chē)公司提出了這種新型控制器所必須具備的十大條件：上一頁(yè)

5、下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述1. 編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序;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. 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控制柜競(jìng)爭(zhēng); 7. 輸入可以是市電;8. 輸出可驅(qū)動(dòng)市電2A以下的負(fù)荷，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥;9. 在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只要很少變更;10.用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K字節(jié)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述 1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（GEC）首先研制成功第一臺(tái)可編程序控制器，并在通用汽車(chē)公司的自動(dòng)裝配線上試用成功，從而開(kāi)創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。接著，美國(guó)MODICON公司也

6、開(kāi)發(fā)出可編程序控制器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)可編程序控制器DSC-8。1973年，西歐國(guó)家也研制出了他們的第一臺(tái)可編程序控制器。目前世界上眾多的PLC生產(chǎn)廠家中，比較著名的公司有美國(guó)的羅克韋爾公司、哥德公司、TI公司、通用電氣公司，德國(guó)的西門(mén)子公司，日本的三菱公司、東芝公司、富士公司和立石公司等，它們的產(chǎn)品控制著世界上大部分的PLC市場(chǎng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述 我國(guó)從1974年開(kāi)始研制，1977年開(kāi)始工業(yè)應(yīng)用。早期的可編程序控制器是為取代繼電器控制線路、存儲(chǔ)程序指令、完成順序控制而設(shè)計(jì)的。主要用于：邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制，

7、均屬開(kāi)關(guān)量控制。所以，通常稱(chēng)為可編程序邏輯控制器（PLCProgrammable Logic Controller）。 進(jìn)入70年代，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC采用了通用微處理器，這種控制器就不再局限于當(dāng)初的邏輯運(yùn)算了，功能不斷增強(qiáng)。因此，實(shí)際上應(yīng)稱(chēng)之為PLC可編程序控制器。至80年代，隨大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PLC得到了驚人的發(fā)展。使PLC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。不僅控制功能增強(qiáng)，功耗和體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測(cè)更為靈活方便，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發(fā)展，

8、使PLC向用于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程控制的方向發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一大支柱。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述二、可編程序控制器的定義 可編程序控制器一直在發(fā)展中，所以至今尚未對(duì)其下最后的定義。國(guó)際電工學(xué)會(huì)（IEC）曾先后于1982.11、1985.1和1987.2發(fā)布了可編程序控制器標(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：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(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(guò)數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷?/p>

9、其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述定義強(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(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。3. 面向用戶指令編程方便。4. 邏輯運(yùn)算、順序控制、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控制。6. 易與控制系統(tǒng)聯(lián)成一體。7. 易于擴(kuò)充。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述三、 可編程序控制器的特點(diǎn)為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較，PLC機(jī)有以下特點(diǎn)：1. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)對(duì)控制設(shè)備的可靠性要求：（1）平均故障間隔時(shí)間長(zhǎng)（2）故障修復(fù)

10、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(lèi)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)PLC而言，受外界影響后，內(nèi)部存儲(chǔ)的信息可能被破壞。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述 2）永久性故障。由于元器件不可恢復(fù)的破壞而引起的故障。如果能限制偶發(fā)性故障的發(fā)生條件，如果能使PLC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PLC在惡劣條件消失后自動(dòng)恢復(fù)正常，這樣就能提高平均故障間隔時(shí)間；如果能在PLC上增加一些診斷措施和適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)手段

11、，在永久性故障出現(xiàn)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PLC的平均修復(fù)時(shí)間。為此，各PLC的生產(chǎn)廠商在硬件和軟件方面采取了多種措施，使PLC除了本身具有較強(qiáng)的自診斷能力，能及時(shí)給出出錯(cuò)信息，停止運(yùn)行等待修復(fù)外，還使PLC具有了很強(qiáng)的抗干擾能力。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述硬件措施： 主要模塊均采用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，大量開(kāi)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)有完善的通道保護(hù)和信號(hào)調(diào)理電路。 屏蔽對(duì)電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。 濾波對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，如LC或型濾波網(wǎng)絡(luò)，以

12、消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述 電源調(diào)整與保護(hù)對(duì)微處理器這個(gè)核心部件所需的+5V電源，采用多級(jí)濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過(guò)電壓、欠電壓的影響。 隔離在微處理器與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地隔離I/O接口與CPU之間電的聯(lián)系，減少故障和誤動(dòng)作；各I/O口之間亦彼此隔離。 采用模塊式結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時(shí)修復(fù)。一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作；同時(shí)也有助于加快查找故障原因。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述軟件措施： 有極強(qiáng)的自檢及保護(hù)功能。 故障檢測(cè)軟

13、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，以便及時(shí)進(jìn)行處理。 信息保護(hù)與恢復(fù)當(dāng)偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時(shí)，不破壞PLC內(nèi)部的信息。一旦故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來(lái)的程序工作。所以，PLC在檢測(cè)到故障條件時(shí)，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲(chǔ)器，軟件配合對(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。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述 設(shè)置警戒時(shí)鐘WDT（看門(mén)狗）如果程序每循環(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)，立即報(bào)警。 加強(qiáng)對(duì)程序的檢查和校驗(yàn)一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警，并停止執(zhí)行。 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)

14、及信息就不會(huì)丟失。 PLC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1S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)45萬(wàn)小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述2.通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便 PLC品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(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)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變PLC的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求。因此，PLC除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在工廠自動(dòng)化中也被大量采用。3.功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣 現(xiàn)代PL

15、C不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，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。既可控制一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述4.編程簡(jiǎn)單，容易掌握 目前，大多數(shù)PLC仍采用繼電器控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，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，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語(yǔ)言的編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(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)用梯形圖編制控制程序。同時(shí)還提供了功能圖、語(yǔ)句表

16、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。與直接執(zhí)行匯編語(yǔ)言編寫(xiě)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)電控制設(shè)備來(lái)說(shuō)，是微不足道的，完全可以滿足控制要求。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述5.減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量 由于PLC采用了軟件來(lái)取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少。同時(shí)，PLC的用戶程序可以在實(shí)訓(xùn)室模擬調(diào)試，更減少了現(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，使維修也極為方便。6.體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便 PL

17、C是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固、體積小、重量輕、功耗低。以三菱公司的F1-40M型PLC為例：其外型尺寸僅為305110110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、適應(yīng)環(huán)境溫、濕度變化的能力?，F(xiàn)在三菱公司又有FX系列PLC，與其超小型品種F1系列相比：面積為47%,體積為36%，在系統(tǒng)的配置上既固定又靈活，輸入輸出可達(dá)24128點(diǎn)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述三、可編程序控制器的應(yīng)用 隨著PLC的性能價(jià)格比的不斷提高：微處理器的芯片及有關(guān)的元件價(jià)格大大降低，PLC的成本下降；PLC的功能大大增強(qiáng)，因而PLC的應(yīng)用日益廣泛。目前，PLC在

18、國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車(chē)、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保等各行各業(yè)。其應(yīng)用范圍大致可歸納為以下幾種： 1.開(kāi)關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。它取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制。開(kāi)關(guān)量的邏輯控制可用于單機(jī)控制，也可用于多機(jī)群控，亦可用于自動(dòng)生產(chǎn)線的控制等等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述 2.運(yùn)動(dòng)控制PLC可用于直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制。早期直接用開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)械，現(xiàn)在一般使用專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)模塊。目前，制造商已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。即：把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，

19、模塊移動(dòng)一軸或多軸到目標(biāo)位置。當(dāng)每個(gè)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣龋_保運(yùn)動(dòng)平滑。運(yùn)動(dòng)的程序可用PLC的語(yǔ)言完成，通過(guò)編程器輸入。 3.閉環(huán)過(guò)程控制PLC通過(guò)模擬量的I/O模塊實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量的A/D、D/A轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的PID控制。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述 4.數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（包括矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算），數(shù)據(jù)傳遞、排序和查表、位操作等功能；可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。數(shù)據(jù)處理一般用在大中型控制系統(tǒng)中；具有CNC功能：把支持順序控制的PLC與數(shù)字控制設(shè)備緊密結(jié)合。 5.通訊連網(wǎng)PLC 的通訊包括P

20、LC與PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)之間和它的智能設(shè)備之間的通訊。PLC和計(jì)算機(jī)之間具有RS-232接口，用雙絞線、同軸電纜將它們連成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換。還可以構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布控制系統(tǒng)。I/O模塊按功能各自放置在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)分散控制，然后利用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)構(gòu)成集中管理信息的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 并不是所有的PLC都具有上述的全部功能，有的小型PLC只具備上述部分功能，但價(jià)格比較便宜。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述四、可編程序控制器的分類(lèi) 由于PLC的品種、型號(hào)、規(guī)格、功能各不相同，要按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)它們進(jìn)行分類(lèi)十分困難。通常，按I/O點(diǎn)數(shù)可劃分成大、中、小型三類(lèi)；按功能強(qiáng)弱又可分

21、為低檔機(jī)、中檔機(jī)和高檔機(jī)三類(lèi)。 一般，按I/O點(diǎn)數(shù)分類(lèi)如下： 1.小型PLCI/O點(diǎn)數(shù) 2048點(diǎn)；多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲(chǔ)器容量816K。如：S7-400 德國(guó)西門(mén)子公司GE- GE公司C-2000 立石公司K3 三菱公司等上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述五、可編程序控制器的發(fā)展1.國(guó)外PLC發(fā)展概況 PLC自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，在美、德、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一。世界總銷(xiāo)售額不斷上升、生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)、品種不斷翻新。產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度上升而價(jià)格則不斷下降。 目前，世界上有200多個(gè)廠家生產(chǎn)PLC，較有名的：美國(guó)：AB通用電氣、莫迪康公司；日本：三菱

22、、富士、歐姆龍、松下電工等；德國(guó)：西門(mén)子公司；法國(guó)：TE 施耐德公司；韓國(guó)：三星、LG公司等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述技術(shù)發(fā)展動(dòng)向 1）產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個(gè)方向發(fā)展。 大：I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)、32位為微處理器、多CPU并行工作、大容量存儲(chǔ)器、掃描速度高速化。 小：由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。 2） PLC在閉環(huán)過(guò)程控制中應(yīng)用日益廣泛。 3） 不斷加強(qiáng)通訊功能。 4） 新器件和模塊不斷推出。 高檔的PLC除了主要采用CPU以提高處理速度外，還有帶處理器的EPROM或RAM的智能I/O模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊等專(zhuān)用化模塊。上一頁(yè)下

23、一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述 5） 編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語(yǔ)言趨向標(biāo)準(zhǔn)化。 有各種簡(jiǎn)單或復(fù)雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，亦有高檔的PLC指令系統(tǒng)。 6） 發(fā)展容錯(cuò)技術(shù)。 采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。 7）追求軟硬件的標(biāo)準(zhǔn)化。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述2.國(guó)內(nèi)發(fā)展及應(yīng)用概況 我國(guó)研制與應(yīng)用PLC較晚，在20世紀(jì)70年代末和80年代初，我國(guó)隨國(guó)外成套設(shè)備、專(zhuān)用設(shè)備引進(jìn)了不少?lài)?guó)外的PLC。1974年，中國(guó)研制出第一臺(tái)PLC。我國(guó)的PLC產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)經(jīng)歷了三個(gè)階段：順序控制器（19731979）一位處理器為主的工業(yè)控制器（

24、19791985）8位微處理器為主的可編程序控制器（1985以后）。在對(duì)外開(kāi)放政策的推動(dòng)下，國(guó)外PLC產(chǎn)品大量進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，一部分隨成套設(shè)備進(jìn)口。如寶鋼一、二期工程就引進(jìn)了500多套，還有咸陽(yáng)顯象管廠、秦皇島煤碼頭、汽車(chē)廠等?，F(xiàn)在，PLC在國(guó)內(nèi)的各行各業(yè)也有了極大的應(yīng)用，技術(shù)含量也越來(lái)越高。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述 國(guó)內(nèi)開(kāi)始研制PLC產(chǎn)品是上世紀(jì)70年代中期，當(dāng)時(shí)上海、北京、西安、廣州和長(zhǎng)春等地的不少科研單位、大專(zhuān)院校和工廠，總計(jì)20多家單位都在研制和生產(chǎn)PLC（絕大多數(shù)都是小型PLC）。特別值得一提的是國(guó)家科委和原機(jī)械工業(yè)部在儀器儀表重點(diǎn)課題攻關(guān)專(zhuān)項(xiàng)中組織了“六五”、“七五

25、”、“八五”的可編程序控制器子項(xiàng)攻關(guān)，由部屬北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所負(fù)責(zé)，先后研制開(kāi)發(fā)了MPC-10、MPC-20、MPC-85型PLC。這幾種型號(hào)的PLCI/O點(diǎn)數(shù)為256512，并可擴(kuò)展到1024點(diǎn)，開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)研制大型PLC的先河，先后在注塑機(jī)、恒溫室、鍋爐控制、汽車(chē)壓力機(jī)生產(chǎn)線上獲得了應(yīng)用。這些項(xiàng)目有自動(dòng)開(kāi)發(fā)的操作系統(tǒng)、工業(yè)控制編程語(yǔ)言并具有與上位機(jī)、HMI連網(wǎng)和通信等功能。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述 當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)研制開(kāi)發(fā)的PLC產(chǎn)品由于缺乏資金、后續(xù)研制力量不足及生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)落后等原因，沒(méi)有形成批量工業(yè)化生產(chǎn)，因而被國(guó)外產(chǎn)品淘汰而紛紛消失?？上驳氖窃?0年代，由于PLC應(yīng)用

26、不斷深入，國(guó)內(nèi)又掀起研制PLC的高潮，雖然仍是小型PLC，批量亦不大，但其功能、質(zhì)量和可靠性比70年代的產(chǎn)品有明顯的提高。其代表產(chǎn)品如：南京冠德科技有限公司（原江蘇嘉華實(shí)業(yè)有限公司PLC工廠）的JH200系列PLC，I/O為12120點(diǎn)，具有高速計(jì)數(shù)器和模擬量功能；杭州新箭電子有限公司的D系列PLC，D20P的I/O點(diǎn)數(shù)為20點(diǎn)，D100的I/O點(diǎn)可從40120點(diǎn)；蘭州全志電子有限公司的RD系列小型PLC很有特點(diǎn)，RD100型PLC的I/O點(diǎn)9/4點(diǎn)，2點(diǎn)模擬量輸入，而RD200型PLC的I/O為2040點(diǎn)，擴(kuò)展的功能有編碼盤(pán)測(cè)速、熱電偶測(cè)溫和模擬量I/O，RD200型PLC最多可32臺(tái)連網(wǎng)，

27、并能與上位PLC機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述 為了盡快提升我國(guó)PLC的技術(shù)水平，引進(jìn)PLC的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，中外合資或外商獨(dú)資企業(yè)在國(guó)內(nèi)開(kāi)始批量生產(chǎn)PLC。西門(mén)子公司首先在大連開(kāi)辦PLC生產(chǎn)企業(yè)；歐姆龍公司在上海生產(chǎn)的PLC遠(yuǎn)銷(xiāo)海內(nèi)外；中日合資后又成獨(dú)資的江蘇無(wú)錫光洋電子有限公司的PLC已有小、中、大系列產(chǎn)品。中外合資、引進(jìn)技術(shù)，使國(guó)產(chǎn)PLC上了一個(gè)新的臺(tái)階。 特別是近幾年，國(guó)產(chǎn)PLC有了更新的產(chǎn)品。北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司推出的FOPLC有小型、中型、大型。該公司推出的HOLIiAS-LECG3新一代高性能的小型PLC有14點(diǎn)（8/6）、24點(diǎn)（14/10）

28、、40點(diǎn)（24/16）三個(gè)規(guī)格，基本指令的執(zhí)行時(shí)間為0.6微秒。程序存儲(chǔ)器的容量為52K。為方便用戶選用，該公司開(kāi)發(fā)了19種、35個(gè)不同規(guī)格的I/O擴(kuò)展模塊，G3型PLC可最多擴(kuò)展7個(gè)模塊，I/O最大可到264點(diǎn)。G3系列PLC有符合IEC61131-3的5種編程語(yǔ)言，編程軟件具有超強(qiáng)的計(jì)算功能，如其他小型PLC所不具備的64位浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、優(yōu)化的PID可同時(shí)處理有十幾個(gè)模擬量的多個(gè)閉環(huán)回路。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述 G3系列PLC具有極強(qiáng)的通信功能，有集于CPU模塊的標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議、專(zhuān)有協(xié)議和自由協(xié)議的通信接口。通過(guò)該接口可方便的掛到Profibus等總線上去。該公司的

29、FOPLC中型機(jī)，開(kāi)關(guān)量I/O為256點(diǎn)；內(nèi)置TCP/IP通信接口，很容易接入管理網(wǎng)；配有Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的主站、從站和遠(yuǎn)程I/O都通過(guò)ISO9001嚴(yán)格的質(zhì)量保證體系認(rèn)證。FOPLC編程語(yǔ)言符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)。 深圳德維森公司開(kāi)發(fā)的基于PLC的軟PLCTOMC系列，其特點(diǎn)是符合IEC61131-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的編程語(yǔ)言，允許梯形圖、順序功能圖和功能塊圖混合編程；用戶可開(kāi)發(fā)基于內(nèi)置PLC資源的C語(yǔ)言和定義功能塊，通過(guò)以太網(wǎng)、TCP/IP與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)。TOMC1軟PLC可連接最多32個(gè)本地I/O模塊，最多15個(gè)遠(yuǎn)程站，每個(gè)遠(yuǎn)程站可帶32個(gè)I/O點(diǎn)。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 P

30、LC控制器概述 在90%的國(guó)內(nèi)PLC市場(chǎng)由國(guó)外PLC產(chǎn)品占領(lǐng)的今天，國(guó)產(chǎn)PLC能脫穎而出，并具有和國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的能力，相信不久的將來(lái)，國(guó)產(chǎn)PLC將占市場(chǎng)更大份額。 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前不斷擴(kuò)大，并延伸到過(guò)程控制、批處理、運(yùn)動(dòng)和傳動(dòng)控制、無(wú)線電遙控以至實(shí)現(xiàn)全廠的綜合自動(dòng)化。PLC的技術(shù)發(fā)展除了小型化、超高速，大容量存儲(chǔ)器，多CPU，多任務(wù)并行運(yùn)行外，PLC的開(kāi)放性更大，通信聯(lián)網(wǎng)能力更強(qiáng)，集成化軟件更優(yōu)。標(biāo)準(zhǔn)化的IEC61131-3PLC編程語(yǔ)言已被眾多PLC廠商所接受，其推廣速度越來(lái)越快。軟PLC的應(yīng)用范圍將更廣。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述拓展知識(shí) 本課題的拓展內(nèi)容：常用

31、的PLC控制器 隨著PLC市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，PLC生產(chǎn)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)，其主要廠商集中在一些歐美國(guó)家及日本。美國(guó)與歐洲一些國(guó)家的PLC在相互隔離的情況下獨(dú)立研究開(kāi)發(fā)的，產(chǎn)品有比較大的差異；日本的PLC是從美國(guó)引進(jìn)的，對(duì)美國(guó)的PLC產(chǎn)品有一定的繼承性。另外，日本的主推產(chǎn)品定位在小型PLC上；而歐美則以大、中型PLC為主。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述1.美國(guó)的PLC產(chǎn)品 美國(guó)有100多家PLC制造商，著名的PLC制造商有A-B公司、通用電氣（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州（TI）儀器、西屋公司等。其中A-B公司的產(chǎn)品規(guī)格齊全、種類(lèi)豐富，其主推的產(chǎn)品為大、中型的P

32、LC-5系列。該系列為模塊式結(jié)構(gòu)，CPU模塊為中型的PLC有PLC-5/10、PLC-5/12、PLC-5/14、PLC-5/25；CPU模塊為大型的PLC有PLC-5/11、PLC-5/20、PLC-5/30、PLC-5/40、 PLC-5/60。A-B公司的小型機(jī)產(chǎn)品有SLC-500系列等。 GE公司的代表產(chǎn)品是GE-GE- GE-等系列，分別為小型機(jī)、中型機(jī)及大型機(jī)，GE-/P最多可配置4000個(gè)I/O點(diǎn)。TI公司的小型機(jī)產(chǎn)品有510、520等，中型機(jī)有5TI等，大型機(jī)有PM550、530、560、565等系列。MODICON公司生產(chǎn)M84系列小型機(jī)、M484系列中型機(jī)、M884是增強(qiáng)中

33、型機(jī)，具有小型機(jī)的結(jié)構(gòu)、大型機(jī)的控制功能。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述2.歐洲的PLC產(chǎn)品 德國(guó)的西門(mén)子（SIEMENS）公司，AEG公司和法國(guó)的TE公司是歐洲著名的PLC制造商。德國(guó)西門(mén)子公司的電子產(chǎn)品以性能精良而久負(fù)盛名。在大、中型PLC產(chǎn)品領(lǐng)域與美國(guó)的A-B公司齊名。 西門(mén)子公司的PLC的主要產(chǎn)品有S5及S7系列，其中S7系列是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的代替S5系列的新產(chǎn)品。S7系列含S7-200、S7-300、S7-400系列。其中S7-200是微型機(jī)，S7-300是中型機(jī)、小型機(jī)，S7-400大型機(jī)。S7系列機(jī)性價(jià)比較高，近年來(lái)在中國(guó)市場(chǎng)的占有份額有不斷上升之勢(shì)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一

34、 PLC控制器概述3.日本的PLC產(chǎn)品 日本的PLC產(chǎn)品在小型機(jī)領(lǐng)域頗具盛名。某些用歐美中型或大型機(jī)才能實(shí)現(xiàn)的控制，日本小型機(jī)就可以解決。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆、松下、富士、日立、東芝等。在世界小型機(jī)市場(chǎng)上，日本的產(chǎn)品約占70%的份額。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述 三菱公司的PLC是較早進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的產(chǎn)品。其小型機(jī)F1/F2系列是F系列的升級(jí)產(chǎn)品，早期在我國(guó)的銷(xiāo)量也不小。F1/F2系列加強(qiáng)了指令系統(tǒng)，增加了特殊功能單元和通信功能，比F系列有了更強(qiáng)的控制能力。繼F1/F2系列之后，20世紀(jì)80年代末，三菱公司又推出了FX系列，在容量、速度、特殊功能，網(wǎng)絡(luò)功能的方面都有加

35、強(qiáng)。FX2系列是在20世紀(jì)90年代推出的高功能的整體式小型機(jī)，它配有各種通信適配器和特殊功能單元。FX2N系列是近幾年推出的高功能的整體式小型機(jī)，它是FX2系列的換代產(chǎn)品。近年來(lái)三菱公司還推出了滿足不同要求的微型機(jī)PLC，如FX0S、FX1S、FX0N、FX1N等系列的產(chǎn)品。本書(shū)以三菱FX2N系列機(jī)型介紹PLC的應(yīng)用技術(shù)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題一 PLC控制器概述 歐姆龍(OMRON)公司的PLC產(chǎn)品，大、中、小、微型規(guī)格齊全。微型機(jī)以SP系列為代表；小型機(jī)有P型、H型、CPM1A、CPM2A系列機(jī)CPM2C、CQM1系列等；中型機(jī)有C200H、C200HS、C200HX、C200HG、C200

36、HE及CS1等系列。 松下公司的PLC產(chǎn)品中，F(xiàn)P0為微型機(jī)；FP1為整體式小型機(jī)；FP3為中型機(jī)；FP5/FP10、FP10S、FP20為大型機(jī)。上一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理學(xué)習(xí)目標(biāo)1. 了解PLC的基本組成。2. 掌握PLC的工作原理。下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理知識(shí)學(xué)習(xí)一、PLC的基本組成 目前PLC種類(lèi)繁多，功能和指令體系也各不相同，但都是以微處理器為核心，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理大致相同，可編程控制器的本質(zhì)是工業(yè)控制專(zhuān)用計(jì)算機(jī)。它的軟、硬件配置與計(jì)算機(jī)極為類(lèi)似。主要包括中央處理單元（CPU模塊）、存儲(chǔ)器 ROM和RAM、輸入輸出模塊、電源I/O擴(kuò)展接口、外

37、部設(shè)備接口等，如圖1-2-1所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理1中央處理器 中央處理器(CPU)由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成并集成在一個(gè)芯片內(nèi)。CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和電源總線與存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、編程器和電源相連接。小型PLC的CPU采用8位或16位微處理器或單片機(jī)，如8031、M68000等，這類(lèi)芯片價(jià)格很低；中型PLC的CPU采用16位或32位微處理器或單片機(jī)，如8086、96系列單片機(jī)等，這類(lèi)芯片主要特點(diǎn)是集成度高、運(yùn)算速度快且可靠性高；而大型PLC則需采用高速位片式微處理器。 CPU按照PLC內(nèi)系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC控制系統(tǒng)完成各項(xiàng)工作任

38、務(wù)。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理2.存儲(chǔ)器 PLC內(nèi)的存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)等。 （1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 PLC系統(tǒng)程序決定了PLC的基本功能，該部分程序由PLC制造廠家編寫(xiě)并固化在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中，主要有系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和功能程序與系統(tǒng)程序調(diào)用等部分。 系統(tǒng)管理程序主要控制PLC的運(yùn)行，使PLC按正確的次序工作；用戶指令解釋程序?qū)LC的用戶指令轉(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言指令，傳輸?shù)紺PU內(nèi)執(zhí)行；功能程序與系統(tǒng)程序調(diào)用則負(fù)責(zé)調(diào)用不同的功能子程序及其管理程序。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理 系統(tǒng)程序?qū)儆谛栝L(zhǎng)期保存的重要數(shù)據(jù)，所以

39、其存儲(chǔ)器采用ROM或EPROM。ROM是只讀存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器只能讀出內(nèi)容，不能寫(xiě)入內(nèi)容，ROM具有非易失性，即電源斷開(kāi)后仍能保存已存儲(chǔ)的內(nèi)容。 EPEROM為可電擦除只讀存儲(chǔ)器，須用紫外線照射芯片上的透鏡窗口才能擦除已寫(xiě)入內(nèi)容，可電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器還有E2PROM、FLASH等。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理（2）用戶程序存儲(chǔ)器 用戶程序存儲(chǔ)器用于存放用戶載入的PLC應(yīng)用程序，載入初期的用戶程序因需修改與調(diào)試，所以稱(chēng)為用戶調(diào)試程序，存放在可以隨機(jī)讀寫(xiě)操作的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM內(nèi)以方便用戶修改與調(diào)試。 通過(guò)修改與調(diào)試后的程序稱(chēng)為用戶執(zhí)行程序，由于不需要再作修改與調(diào)試，所

40、以用戶執(zhí)行程序就被固化到EPROM內(nèi)長(zhǎng)期使用。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 PLC運(yùn)行過(guò)程中需生成或調(diào)用中間結(jié)果數(shù)據(jù)(如輸入/輸出元件的狀態(tài)數(shù)據(jù)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的預(yù)置值和當(dāng)前值等)和組態(tài)數(shù)據(jù)(如輸入輸出組態(tài)、設(shè)置輸入濾波、脈沖捕捉、輸出表配置、定義存儲(chǔ)區(qū)保持范圍、模擬電位器設(shè)置、高速計(jì)數(shù)器配置、高速脈沖輸出配置、通信組態(tài)等)，這類(lèi)數(shù)據(jù)存放在工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，由于工作數(shù)據(jù)與組態(tài)數(shù)據(jù)不斷變化，且不需要長(zhǎng)期保存，所以采用隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM。RAM是一種高密度、低功耗的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，可用鋰電池作為備用電源，一旦斷電就可通過(guò)鋰電池供電，保持RAM中的內(nèi)容。 上一

41、頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理 3. 輸入/輸出模板 輸入(Input)和輸出(Output)模板簡(jiǎn)稱(chēng) I/O模塊，PLC通過(guò)此模塊實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接，它是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程連接的接口，也是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和CPU模塊的重要橋梁。 輸入模塊用來(lái)接收和采集輸入信號(hào)，輸入信號(hào)有兩類(lèi)：一類(lèi)是由按鈕開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、數(shù)字撥碼開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等提供的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)；另一類(lèi)是從電位器、熱電、測(cè)速電機(jī)、各種變送器送來(lái)的連續(xù)變化的模擬量輸入信號(hào)。輸入模塊還需將這些各式各樣的電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的數(shù)字信號(hào)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組

42、成和工作原理 輸出模塊的作用是接收中央處理器處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件能接收的信號(hào)，控制接觸器、電磁閥、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置，控制的另一類(lèi)負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示器和報(bào)警裝置等。 數(shù)字量（包括開(kāi)關(guān)量）輸入、輸出模塊，主要的問(wèn)題是隔離問(wèn)題，需實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與可編程控制器電氣上的隔離，從而保持系統(tǒng)工作的可靠性。模擬量輸入、輸出模塊，主要問(wèn)題是模/數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)/模轉(zhuǎn)換的問(wèn)題，電氣隔離也是不可缺少的。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理（1）開(kāi)關(guān)量I/O模塊的外部接線方式 開(kāi)關(guān)量I/O模塊輸入信號(hào)只有接通和斷開(kāi)兩種狀態(tài)。電壓等級(jí)有直流5V，12V，24V，48V，110V 和交流11

43、0V，220V 等。 各輸入/輸出點(diǎn)的通/斷狀態(tài)用發(fā)光二極管顯示，外部接線一般接在模塊面板的接線端子上。某些模塊使用可拆裝的插座式端子板，不需要斷開(kāi)端子板上的外部接線，即可迅速地更換模塊。 開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊的點(diǎn)數(shù)一般是2 的n次方，如4、8、16、32點(diǎn)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理 開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊的外部接線方式有匯點(diǎn)式、分組式和分隔式，如圖1-2-2所示。 匯點(diǎn)式模塊的所有輸入、輸出電路只有一個(gè)公共點(diǎn)，且共用一個(gè)電源。 分組式模塊的輸入/輸出點(diǎn)分為若干組，每一組的各輸入/輸出電路有一個(gè)公共點(diǎn)，它們共用一個(gè)電源。各組之間是隔開(kāi)的，也可分別使用不同的電源。 分隔式

44、模塊的各輸入/輸出點(diǎn)之間相互隔離，每個(gè)輸入/輸出點(diǎn)可使用單獨(dú)的電源，如將它們的COM端連接起來(lái)，這幾個(gè)點(diǎn)就可以使用同一電源。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理（4）輸入模塊的電路結(jié)構(gòu) 輸入電路中設(shè)有RC濾波電路，以防止由于輸入觸點(diǎn)抖動(dòng)或外部干擾脈沖引起錯(cuò)誤的輸入信號(hào)。濾波電路輸入電流為510mA,濾波延遲時(shí)間的典型值為1020ms（信號(hào)上升沿）和 2050ms（信號(hào)下降沿）。輸入電路一般有三種類(lèi)型，關(guān)鍵是電氣隔離。 直流輸入模塊的內(nèi)部電路和外部接線圖如圖1-2-3所示（為說(shuō)明問(wèn)題，以后各圖只畫(huà)出一路輸入和輸出，COM是公共點(diǎn)。圖中的輸入觸點(diǎn)直接接在公共點(diǎn)和輸入端 X001之間，

45、 不需要外接輸入回路的電源（PLC內(nèi)部有自帶24V電源）。有的可編程控制器還可以為接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)之類(lèi)的傳感器提供24V直流電源，如圖1-2-3所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理 當(dāng)上圖中的外接觸點(diǎn)接通時(shí)，傳感器輸出信號(hào)（接通），經(jīng)電阻串聯(lián)分壓后形成穩(wěn)定電壓，使光電隔離器的發(fā)光二極管亮，光電三極管導(dǎo)通；外接觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，光電隔離器中的發(fā)光二極管熄滅，光電三極管截止，信號(hào)經(jīng)內(nèi)部電路形成適合CPU需要的標(biāo)準(zhǔn)信息。 交流/直流輸入電路如圖1-2-4所示，輸入觸點(diǎn)接通，輸入信號(hào)被限流電阻降壓后，再經(jīng)濾波整流，交流電壓或直流電壓信號(hào)被轉(zhuǎn)換為直流電流，經(jīng)過(guò)發(fā)光二極管送給光電隔離器。另

46、外，交流信號(hào)輸入也可采用雙向發(fā)光二極管來(lái)保證信號(hào)連續(xù)，如圖1-2-4所示，顯示用的兩個(gè)發(fā)光二極管也是反向并聯(lián)的。此電路可接收交流信號(hào)與直流信號(hào)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理（3）輸出模塊輸出方式 可編程控制器的輸出方式按負(fù)載使用電源（即用戶電源）來(lái)分，有直流輸出、交流輸出和交直流輸出三種方式；按輸出開(kāi)關(guān)器件的種類(lèi)來(lái)分，有晶體管、晶閘管和繼電器三種輸出方式。輸出電流典型值為0.52A，負(fù)載電源由外部現(xiàn)場(chǎng)提供。 輸出電流的額定值與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，如某端子輸出可驅(qū)動(dòng)AC220V/2A的電阻性負(fù)載，但只能驅(qū)動(dòng)AC220V/80VA的電感性負(fù)載和100W的白燈；額定輸出電流還與溫度有

47、關(guān)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理 繼電器輸出方式電路如圖1-2-5所示，它可帶直流負(fù)載也可帶交流負(fù)載，電源由用戶提供。繼電器同時(shí)起隔離和功率放大作用，每一路只提供一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)。與觸點(diǎn)并聯(lián)的RC電路和壓敏電阻用來(lái)消除觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的電弧。 晶體管輸出電路如圖1-2-6所示，只能帶直流負(fù)載，直流電源由用戶提供。輸出信號(hào)經(jīng)光電隔離器送給輸出晶體管，晶體管的飽和導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)相當(dāng)于觸點(diǎn)的接通和斷開(kāi)。穩(wěn)壓管用來(lái)消除關(guān)斷過(guò)電壓和外部的浪涌電壓，以保護(hù)晶體管。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理 雙向可控硅輸出電路如圖1-2-7 所示，只能帶交流負(fù)載（屬于交流輸出方式），

48、交流電源由用戶提供。輸出信號(hào)經(jīng)光電隔離器控制雙向可控硅。RC電路和壓敏電阻用來(lái)消除可控硅的關(guān)斷過(guò)電壓和外部的浪涌電壓。4. 特殊功能模塊（功能模塊或智能模塊） 隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，為了增強(qiáng)可編程控制器的功能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。生產(chǎn)廠家開(kāi)發(fā)了許多供用戶選用的特殊功能模塊。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理（1）模擬量輸入輸出模塊 模擬量的輸入在過(guò)程控制中的應(yīng)用很廣泛，如溫度、壓力、流量、酸堿度、位移等工業(yè)檢測(cè)都是對(duì)應(yīng)電壓、電流的大小模擬量，再經(jīng)過(guò)一定的運(yùn)算（如PID）后控制生產(chǎn)過(guò)程，達(dá)到一定的目的（如恒溫、恒壓等）。模擬量經(jīng)傳感器和變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)（

49、IEC 標(biāo)準(zhǔn)420mA為電流信號(hào)，或15V，-1010V，010V 的直流電壓信號(hào)）。輸入模塊用A/D轉(zhuǎn)換器將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送給CPU模塊處理。因此，模擬量輸入模塊又叫A/D轉(zhuǎn)換輸入模塊。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理 模擬量輸出模塊是將CPU模塊處理后的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此，模擬量輸出模塊又叫D/A轉(zhuǎn)換輸出模塊。 總之，模擬量I/O模塊的主要任務(wù)是完成A/D轉(zhuǎn)換（模擬量輸入）和 D/A轉(zhuǎn)換（模擬量輸出）。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理 小型可編程控制器往往沒(méi)有模擬量I/O模塊，或者只有通道數(shù)有限的8位A/D、D

50、/A模塊。大中型可編程控制器可以配置成百上千個(gè)模擬量通道，它們的D/A，A/D轉(zhuǎn)換器是12位的。模擬量I/O模塊的輸入、輸出信號(hào)可以是電壓或電流;可以是單極性的如05V，010V，15V，420mA，也可以是雙極性的如5V，10V 和20 mA，模塊一般可輸入多種量程的電流或電壓。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理（2）高速計(jì)數(shù)器模塊 高速計(jì)數(shù)器模塊是工業(yè)控制中常用的智能模塊之一，它可把過(guò)程控制變量（如位置信號(hào)、速度值、流量值累計(jì)等）送入可編程控制器。這些參量的變化速度很快，脈沖寬度小于可編程控制器掃描周期，若按正常掃描輸入/輸出信號(hào)來(lái)處理，則會(huì)丟失部分參量，因此，使用脫離可編

51、程控制器而獨(dú)立計(jì)數(shù)的高速計(jì)數(shù)器對(duì)這些參量計(jì)數(shù)。高速計(jì)數(shù)模塊可對(duì)幾萬(wàn)赫茲甚至上兆赫茲的脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值等于或大于預(yù)置值時(shí)，輸出被驅(qū)動(dòng)（這一過(guò)程與可編程控制器的掃描過(guò)程無(wú)關(guān)，可保證負(fù)載被及時(shí)驅(qū)動(dòng)）。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理（3）PID過(guò)程控制模塊 比例/積分/微分（PID）控制模塊是實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)變化的模擬量閉環(huán)控制的智能模塊。如圖1-2-8所示?？蓪ID模塊看成一個(gè)過(guò)程調(diào)節(jié)器。在PID模塊上有輸入(輸出接口和進(jìn)行閉環(huán)控制運(yùn)算的CPU，模塊一般可以控制多個(gè)閉環(huán)。（4）中斷輸入模塊與快速響應(yīng)模塊 中斷輸入模塊適用于快速響應(yīng)的控制系統(tǒng)，過(guò)程控制接收到中斷輸入信號(hào)后，暫

52、停正在運(yùn)行的主程序，轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷程序，執(zhí)行完后返回，繼續(xù)執(zhí)行主程序。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理 快速響應(yīng)模塊的功能與通用的開(kāi)關(guān)量I/O模塊功能相似。主要區(qū)別是在相同條件下，快速響應(yīng)模塊能將輸入量的變化較快地反映到輸出量上。 可編程控制器的輸入量與輸出量之間存在因掃描工作方式引起的延遲（輸入量的變化，一般要在一個(gè)掃描周期后，才能反映到輸出上），這種延遲最長(zhǎng)可達(dá)兩個(gè)多掃描周期。用快速響應(yīng)模塊可實(shí)現(xiàn)快速輸入/輸出控制。模塊輸出響應(yīng)的延遲僅受電路中的硬件影響，不受可編程控制器掃描周期的影響，即模塊的輸出由輸入量直接控制，同時(shí)還受用戶秩序的控制。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基

53、本組成和工作原理（6）通信模塊 可編程控制器的通信模塊相當(dāng)于局域網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)接口，通過(guò)通信數(shù)據(jù)模塊總線和可編程控制器的主機(jī)連接，用硬件和軟件一起來(lái)實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議?？删幊炭刂破鞯耐ㄐ拍K一般配有幾種接口，可以通過(guò)通信模塊上的選擇開(kāi)關(guān)進(jìn)行接口選擇，實(shí)現(xiàn)與別的可編程控制器智能控制設(shè)備或計(jì)算機(jī)之間的通信。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理（5）運(yùn)動(dòng)控制模塊 運(yùn)動(dòng)控制模塊通過(guò)輸出脈沖控制位置移動(dòng)量和移動(dòng)速度，可分為單坐標(biāo)控制和雙坐標(biāo)控制，雙坐標(biāo)控制可實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，這實(shí)際上是通過(guò)可編程控制器運(yùn)動(dòng)控制模塊實(shí)現(xiàn)的數(shù)控（NC）技術(shù)。 位置控制一般采用閉環(huán)控制，用伺服電動(dòng)機(jī)作驅(qū)動(dòng)裝置。如果用步

54、進(jìn)電動(dòng)機(jī)作驅(qū)動(dòng)裝置，那么既可采用開(kāi)環(huán)控制，也可用閉環(huán)控制。模塊用存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)給定的運(yùn)動(dòng)曲線，模塊從位置傳感器得到當(dāng)前的位置值，并與給定值相比較，比較的結(jié)果用來(lái)控制伺服電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理4. 編程器 編程器作用是將用戶編寫(xiě)的程序下載至PLC的用戶程序存儲(chǔ)器，并利用編程器檢查、修改和調(diào)試用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行過(guò)程，顯示PLC狀態(tài)、內(nèi)部器件及系統(tǒng)的參數(shù)等。編程器有簡(jiǎn)易編程器和圖形編程器兩種。簡(jiǎn)易編程器體積小，攜帶方便，但只能用語(yǔ)句形式進(jìn)行聯(lián)機(jī)編程，適合小型PLC的編程及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。圖形編程器既可用語(yǔ)句形式編程，又可用梯形圖編程，同時(shí)還

55、能進(jìn)行脫機(jī)編程。 目前PLC制造廠家大都開(kāi)發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助PLC編程支持軟件，當(dāng)個(gè)人計(jì)算機(jī)安裝了PLC編程支持軟件后，可用作圖形編程器，進(jìn)行用戶程序的編輯、修改，并通過(guò)個(gè)人計(jì)算機(jī)和PLC之間的通信接口實(shí)現(xiàn)用戶程序的雙向傳送、監(jiān)控PLC運(yùn)行狀態(tài)等。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理 5. 電源 PLC的電源將外部供給的交流電轉(zhuǎn)換成供CPU、存儲(chǔ)器等所需的直流電，是整個(gè)PLC的能源供給中心。PLC大都采用高質(zhì)量的工作穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，許多PLC電源還可向外部提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于向輸入接口上的接入電氣元件供電，從而簡(jiǎn)化外圍配置。二、PLC的工作原理1. P

56、LC工作方式 雖然PLC以微處理器為核心，故具有許多計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。計(jì)算機(jī)一般采用等待命令的工作方式，如在常見(jiàn)的鍵盤(pán)掃描方式或I/O掃描方式下，有鍵按下或I/O有輸入動(dòng)作則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序；無(wú)鍵按下或I/O無(wú)輸入動(dòng)作則繼續(xù)掃描鍵盤(pán)和I/O口。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理 PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，即順序掃描，不斷循環(huán)這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下進(jìn)行的。當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，用戶程序中有眾多的操作需要執(zhí)行，但CPU是不能同時(shí)執(zhí)行多個(gè)操作的，它只能按分時(shí)操作原理，每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作。即PLC從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后才又返回第

57、一條指令，如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。由于CPU的運(yùn)算處理速度很高，使得外部顯示的結(jié)果從宏觀來(lái)看似乎是同時(shí)完成的，但實(shí)際上各個(gè)循環(huán)掃描周期要分為三個(gè)階段：輸入刷新階段，程序執(zhí)行階段，輸出刷新階段。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理2. PLC的掃描過(guò)程 PLC有兩種工作模式，運(yùn)行（RUN）和停止(STOP)模式，其工作過(guò)程如圖1-2-9和圖1-2-10所示。 停止模式。在停止模式下，PLC只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作，在內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，進(jìn)行監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位等工作。在通信服務(wù)階段，PLC與其他的帶CPU的智能裝置通信。 運(yùn)行階段。當(dāng)PLC投入運(yùn)行

58、后，其工作過(guò)程還有三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理（1）自診斷 每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容包括I/O部分、存儲(chǔ)器、CPU等，并通過(guò)CPU設(shè)置定時(shí)器來(lái)監(jiān)視每次掃描是否超過(guò)規(guī)定的時(shí)間，如果發(fā)現(xiàn)異常，則停機(jī)并顯示出錯(cuò)。若自診斷正常，則繼續(xù)向下掃描。 （2）通訊服務(wù) PLC檢查是否有與編程器、計(jì)算機(jī)等的通訊要求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理（3）輸入處理

59、PLC在輸入刷新階段，首先以掃描方式按順序從輸入緩存器中寫(xiě)入所有輸入端子的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并將其存入內(nèi)存中為其專(zhuān)門(mén)開(kāi)辟的暫存區(qū)輸入狀態(tài)映像區(qū)中，這一過(guò)程稱(chēng)為輸入采樣，或是如刷新，隨后關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段，即使輸入端有變化，輸入映像區(qū)的內(nèi)容也不會(huì)改變。變化的輸入信號(hào)的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入刷新階段被讀入。 （4）輸出處理 同輸入狀態(tài)映像區(qū)一樣，PLC內(nèi)存中也有一塊專(zhuān)門(mén)的區(qū)域稱(chēng)為輸出狀態(tài)映像區(qū)。當(dāng)程序的所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)映像區(qū)中所有輸出繼電器的狀態(tài)就在CPU的控制下被一次集中送至輸出鎖存器中，并通過(guò)一定的輸出方式輸出，推動(dòng)外部的相應(yīng)執(zhí)行器件工作，這就是PLC輸出刷新階段。 上

60、一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理（5）程序執(zhí)行 PLC在程序執(zhí)行階段，按用戶程序順序掃描執(zhí)行每條指令。從輸入狀態(tài)映像區(qū)讀出輸入信號(hào)的狀態(tài)，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的運(yùn)算處理等，將結(jié)果寫(xiě)入輸出狀態(tài)映像區(qū)。通常將自診斷和通訊服務(wù)合稱(chēng)為監(jiān)視服務(wù)。輸入刷新和輸出刷新稱(chēng)為I/O刷新。可以看出，PLC在一個(gè)掃描周期內(nèi)，對(duì)輸入狀態(tài)的掃描只是在輸入采樣階段進(jìn)行，對(duì)輸出賦的值也只有在輸出刷新階段才能被送出，而在程序執(zhí)行階段輸入、輸出會(huì)被封鎖。這種方式稱(chēng)做集中采樣、集中輸出。上一頁(yè)下一頁(yè)返回課題二 PLC的基本組成和工作原理3PLC對(duì)輸入/輸出的處理 根據(jù)可編程控制器的工作特點(diǎn)，可編程控制器的輸入/輸出處理的原理