可編程控制器原理與程序設(shè)計(第2版)第1章課件

1、2022/10/111 可編程控制器 原理與程序設(shè)計2022/10/101 可編程控制器 原理與程序設(shè)計2022/10/112本課程的主要內(nèi)容第章基礎(chǔ)第章的接線第章的存儲區(qū)分配第章的指令系統(tǒng)第章模擬量單元第章串行通信第章程序設(shè)計第章編程軟件第章編程練習(xí)第0章實驗第1章的軟件仿真2022/10/102本課程的主要內(nèi)容第章基礎(chǔ)2022/10/113第章基礎(chǔ)概述的一般結(jié)構(gòu)的工作程序梯形圖控制系統(tǒng)設(shè)計歐姆龍公司簡介2022/10/103第章基礎(chǔ)概述2022/10/1141.1.1 PLC的定義1:可編程序控制器的產(chǎn)生在PLC的發(fā)展歷程中，有過幾個不同的名稱：可編程序矩陣控制器PMC（Programma

2、ble Matrix Controller）可編程序順序控制器PSC（Programmable Sequence Controller）可編程序邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller）PLC的歷史： 1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，提出了十條技術(shù)指標(biāo)在社會上公開招標(biāo)，以期望制造一種新型的工業(yè)控制裝置。 .1 概述2022/10/1041.1.1 PLC的定義 .1 2022/10/115用戶角度提出新一代控制器應(yīng)具備以下十大條件（1）編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；（2）維護(hù)方便，更好是插件式；（3）可靠性

3、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)直接送入管理計算機(jī)；（6）在成本上可與繼電器控制柜競爭；（7）輸入可以是交流115V（即用美國的電網(wǎng)電壓）；（8）輸出為交流115V、2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥；（9）在擴(kuò)展時，原有系統(tǒng)只需要很小的變更；（10）用戶程序存儲器容量至少能擴(kuò)展到4KB。2022/10/105用戶角度提出新一代控制器應(yīng)具備以下十大2022/10/116 1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)招標(biāo)的要求，研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。 1980年美國電氣制造商協(xié)會（NEMA）正式將其命名為可編程序控制器（Progr

4、ammable Controller），簡稱 PC。但是為了和個人計算機(jī)（個人電腦）的簡稱PC相區(qū)別，人們常常把可編程序控制器仍簡稱為PLC。 2022/10/106 1969年美國數(shù)字設(shè)備公2022/10/1172: 可編程控制器的定義 國際電工委員會（ IEC）于 1987年對可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的命令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形

5、成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計”。 簡言之，PLC就是以嵌入式CPU為核心，配以輸入、輸出等模塊，可以方便地用于工業(yè)控制領(lǐng)域的裝置。PLC與機(jī)器人、計算機(jī)輔助設(shè)計與制造一起稱為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱。2022/10/1072: 可編程控制器的定義 國際2022/10/1181.1.2 PLC的特點PLC繼電器采用存儲邏輯,為“軟接線”硬接線邏輯靈活性和擴(kuò)展性好靈活性和擴(kuò)展性差連線少，體積小，功耗小連線多，體積大，功耗大1.與繼電器控制邏輯相比較2022/10/1081.1.2 PLC的特點PLC繼電器采2022/10/1192 . 與微型計算機(jī)相比較1)應(yīng)用范圍 微機(jī)應(yīng)用范圍廣，PLC主要用

6、于工業(yè)控制。2）環(huán)境要求 微機(jī)對環(huán)境要求高，要求干擾小，溫度、濕度適宜。PLC用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。3）輸入輸出 微機(jī)I/O口不需要電氣隔離；PLC的I/O口需要電氣隔離。4）程序設(shè)計 微機(jī)系統(tǒng)具有豐富的程序設(shè)計語言，要求使用者必須具有一定水平的計算機(jī)軟硬件知識，PLC提供給用戶的編程語句數(shù)量少，邏輯簡單，易于學(xué)習(xí)和掌握。2022/10/1092 . 與微型計算機(jī)相比較1)應(yīng)2022/10/11105）系統(tǒng)功能 微機(jī)一般配有較強的系統(tǒng)軟件，能進(jìn)行設(shè)備管理、文件管理、存儲器管理等，還配有許多應(yīng)用軟件，以方便用戶。 PLC一般只有簡單的監(jiān)控程序，能完成故障檢查，用戶程序的輸入和修改、用戶程序的執(zhí)行與監(jiān)

7、視等功能。6）運算速度和存儲容量 微機(jī)運算速度快，目前可達(dá)到納秒級，存儲容量大。 PLC因接口的響應(yīng)速度慢而影響數(shù)據(jù)處理速度，一般接口響應(yīng)速度為2ms，PLC的軟件少，編程也簡短，故內(nèi)存容量小。7）價格微機(jī)是通用機(jī)，功能完善，價格較高。PLC是專用機(jī)，功能較少，價格便宜。2022/10/10105）系統(tǒng)功能 2022/10/1111 總之，從適應(yīng)范圍來看，PLC是一種用于工業(yè)自動化的專用微機(jī)控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，易于學(xué)習(xí)和掌握，價格也比一般的微機(jī)系統(tǒng)便宜。而微機(jī)是通用機(jī)，從工業(yè)控制角度來說，PLC是控制通用機(jī)，而微機(jī)是可以作成某一控制設(shè)備的專用機(jī)。 從長遠(yuǎn)來看，由于PLC的功能不斷

8、增強，更多的采用微機(jī)技術(shù)，而微機(jī)也為了適應(yīng)用戶需要，更耐用、更易維護(hù)的計算機(jī)將投放市場，這樣兩者相互滲透，使PLC和微機(jī)的界限會變得越來越模糊，二者將長期共存，各用所長，共同發(fā)展。2022/10/1011 總之，從適應(yīng)范圍來看，PLC2022/10/11121.1.2 PLC的特點1.可靠性好，抗干擾能力強“專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的計算機(jī)”2.功能完善：功能強，擴(kuò)充方便，性能價格比高。 3.編程簡單，使用方便。 PLC采用梯形圖語言編程，容易掌握。 4.在線編程：在工業(yè)現(xiàn)場，用手持編程器或筆記本電腦可對PLC進(jìn)行編程，當(dāng)PLC聯(lián)網(wǎng)后，可在網(wǎng)絡(luò)的任一位置對PLC編程。5.容易安裝，便于維護(hù)

9、：采用模塊化結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場安裝非常簡單，維修方便。 6.體積小、重量輕、功耗低：是“機(jī)電一體化”特有的產(chǎn)品 。7.價格便宜2022/10/10121.1.2 PLC的特點1.可靠性好2022/10/11131.1.3 PLC的用途1 邏輯控制 可編程序控制器具有“與”、“或”、“非”等邏輯運算的能力，可以實現(xiàn)邏輯運算，用觸點和電路的串、并聯(lián)，可代替繼電器進(jìn)行組合邏輯控制、定時控制與順序邏輯控制。2 過程控制（模擬量控制） 可編程序控制器可以接收溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量，通過模擬量I/0模塊，實現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換，并對被控模擬量實

10、行閉環(huán)PID（比例-積分-微分）控制。2022/10/10131.1.3 PLC的用途1 邏輯控制2022/10/11143 位置、速度控制（閉環(huán)調(diào)節(jié)控制）4 數(shù)據(jù)監(jiān)控 ：PLC具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、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。5 組成大型控制網(wǎng)絡(luò) 可編程序控制器的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程I/0之間的通信、多臺可編程序控制器之間的通信、可編程序控制器和其他智能控制設(shè)備(如計算機(jī)、變頻器)之間的通信?？删幊绦蚩刂破髋c其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。 2022/10/10143 位置、速度控制（閉環(huán)調(diào)節(jié)控制）2022/10/11

11、151.1.4 PLC的發(fā)展1 小型、微型化2 大型、超大型化3 智能化為了進(jìn)一步簡化在專用控制領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計及編程，專用智能I/O單元越來越多，這些單元具有智能模糊控制、智能PID控制、智能位置控制、溫度控制、遠(yuǎn)程通信、語言處理模塊、專用數(shù)控模塊、計算模塊等功能，這些模塊的一個特點就是本身具有CPU，能獨立工作，它們與PLC主機(jī)并行操作，無論在速度、精度、適應(yīng)性、可靠性等各方面PLC進(jìn)行了極好的補充；他們與PLC緊密結(jié)合，有助于克服PLC掃描工作方式的局限，完成PLC本身無法完成的許多功能，這些模塊的編程、界限都與PLC一致，使用非常方便，且根據(jù)需求正在推出新的智能單元。 2022/10/1

12、0151.1.4 PLC的發(fā)展1 小型、微2022/10/11164 CPU能力更強 5 支持更多的工業(yè)總線 支持多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，使聯(lián)網(wǎng)更加容易和簡單，更易于組成工程控制網(wǎng)。6 編程軟件標(biāo)準(zhǔn)化 采用國際標(biāo)準(zhǔn)化的編程語言，可大大縮短開發(fā)周期。7 人機(jī)交流功能增強 配置操作面板、觸摸屏等人機(jī)對話手段，可使其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)展，應(yīng)用更加方便。 8 數(shù)據(jù)處理能力大大增強2022/10/10164 CPU能力更強 2022/10/11171 按照結(jié)構(gòu)分類 (1) 整體式結(jié)構(gòu) （單元式結(jié)構(gòu)） 。整體式結(jié)構(gòu)將CPU、存儲器、I/O單元、電源、通信等部件都裝在一個金屬或塑料殼之中，即將所有的部件都裝入一個模

13、塊內(nèi)，構(gòu)成一個整體。整體式的PLC可以直接裝入機(jī)床或電控柜中。 特點：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，成本低，安裝方便，易于與被控設(shè)備組合成一個整體。適用于點數(shù)較少的系統(tǒng)，一般都是小型或微型PLC。1.1.5 PLC的分類2022/10/10171 按照結(jié)構(gòu)分類1.1.5 PLC2022/10/1118整體式結(jié)構(gòu)圖1 整體式結(jié)構(gòu)框圖2022/10/1018整體式結(jié)構(gòu)圖1 整體式結(jié)構(gòu)框圖2022/10/1119 (2）模塊式結(jié)構(gòu)。 將CPU、電源、I/O單元、電源、通信等分別做成模塊，在應(yīng)用中根據(jù)需要PLC采用搭積木的方式組成系統(tǒng)。在一個機(jī)架上插上CPU、電源、I/O模塊及特殊功能單元，以構(gòu)成一個總I/O點數(shù)

14、很多的大規(guī)模綜合控制系統(tǒng)。適用于大、中型PLC. 特點： 配置非常靈活，可以根據(jù)不同的系統(tǒng)規(guī)模選用不同檔次CPU及各種I/O模塊、功能模塊。其模塊尺寸統(tǒng)一、安裝整齊，對于I/O點數(shù)很多的系統(tǒng)選型、安裝調(diào)試、擴(kuò)展、維修等都非常方便。要組成一個系統(tǒng)，只需在一塊基板上插上CPU、電源、輸入、輸出模塊及其他諸如通訊、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換等特殊功能模塊，就能構(gòu)成一個總I/O點數(shù)很多的大規(guī)模綜合控制系統(tǒng)。故適用于大、中型PLC。這種結(jié)構(gòu)形式PLC除了各種模塊以外，還需要用機(jī)架（主機(jī)架、擴(kuò)展機(jī)架）將各模塊聯(lián)成整體；有多塊機(jī)架時，則還要用電纜將各機(jī)架聯(lián)在一起。 2022/10/1019 (2）模塊式結(jié)構(gòu)。 將C

15、PU、電2022/10/1120模塊式結(jié)構(gòu)框圖模塊式結(jié)構(gòu)框圖2022/10/1020模塊式結(jié)構(gòu)框圖模塊式結(jié)構(gòu)框圖2022/10/1121模塊式Power in a Small Package!電源模塊CPU模塊IO模塊底 板2022/10/1021模塊式Power in a Smal2022/10/1122 (3) 整體模塊混合式。 特點：將前二者的優(yōu)點結(jié)合起來，其CPU、電源、I/O等單元也是各自獨立的模塊，但他們相互的聯(lián)結(jié)安裝不需要基板（機(jī)架），僅用電纜進(jìn)行單元間聯(lián)結(jié)即可，且各模塊可以一層層疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可作得體積小巧。2022/10/1022 (3) 整體模塊混合式

16、2022/10/1123混合式PLC結(jié)構(gòu)混合式PLC結(jié)構(gòu)框圖 2022/10/1023混合式PLC結(jié)構(gòu)混合式PLC結(jié)構(gòu)框圖2022/10/11241.1.5 PLC的分類2 按照I/O點數(shù)分類 （1）小型： 低檔PLC，I/O點數(shù) 128點。 小型特別是超小型的PLC的I/O不是以模塊形式出現(xiàn)，而是和中央處理器、電源等組裝在一個整體式結(jié)構(gòu)中，I/O的容量（點數(shù)）受到一定的限制，且以開關(guān)量為主。 （2）中型： 128點 I/O點數(shù) 512點。 中型以上的PLC都采用I/O模塊形式，且多數(shù)和中央處理器、電源等模塊分離安裝，以便于I/O容量的擴(kuò)展，模塊種類也多樣化，可任意混裝（即無固定安裝位置），以

17、便靈活的構(gòu)成用戶所需要的控制系統(tǒng)。 （3）大型： I/O點數(shù)512點。2022/10/10241.1.5 PLC的分類2 按照I2022/10/11253按生產(chǎn)廠家分類德國西門子公司日本OMRON公司美國ROCKWELL公司法國施耐德公司GE-FANAC公司日本三菱公司日本松下電工公司 日本日立公司日本東芝公司日本富士公司2022/10/10253按生產(chǎn)廠家分類德國西門子公司2022/10/11261.1.6 PLC的主要技術(shù)指標(biāo) 用戶在選用PLC時，首先要了解PLC的結(jié)構(gòu)和性能。若只需大致了解PLC的性能。一般可用CPU芯片、編程語言、用戶程序容量、掃描速度（ms/k）、I/O點數(shù)這五方面情

18、況予以反映。一般，CPU檔次高、編程語言完善、用戶程序容量大、掃描速度快、I/O點數(shù)多，則PLC性能就好，功能就強，價格也就較高了。2022/10/10261.1.6 PLC的主要技術(shù)指標(biāo) 2022/10/11271. 用戶存儲器容量 PLC的存儲器由系統(tǒng)程序存儲器，用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器三部分組成。PLC中的用戶存儲器由后兩部分組成。PLC存儲容量通常指用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器容量之和，表征系統(tǒng)提供給用戶的可用資源，是系統(tǒng)性能的一項重要技術(shù)指標(biāo)。該存儲器的容量越大，可編制的程序越復(fù)雜。一般小型機(jī)的用戶存儲器容量為幾千字，大型機(jī)的用戶存儲器容量為幾萬字。2022/10/10271. 用戶

19、存儲器容量2022/10/11282. I/O點數(shù) I/O點數(shù)是指PLC可以接受的輸入開關(guān)信號（外部輸入） 和輸出開關(guān)信號的總和。它是描述PLC大小的一個重要的參數(shù)。3. 模數(shù)和數(shù)模通道數(shù) 為輸入和輸出的模擬量總和。2022/10/10282. I/O點數(shù) 2022/10/1129 4. 掃描速度 PLC采用循環(huán)掃描方式工作，完成1次掃描所需的時間叫做掃描周期。掃描速度是指PLC掃描1K字用戶程序所需的時間，常常以ms/K為單位，掃描速度越快越好。一般1000條指令執(zhí)行時間為10ms左右。小型或超小型的機(jī)器掃描時間可能大于40ms。影響掃描速度的主要因素有用戶程序的長度和PLC產(chǎn)品的類型。PL

20、C中CPU的類型、機(jī)器字長等直接影響PLC運算精度和運行速度。 5. 指令數(shù)量和功能 指令系統(tǒng)是指PLC所有指令的總和。可編程控制器的編程指令越多，軟件功能就越強，但掌握應(yīng)用也相對較復(fù)雜。用戶應(yīng)根據(jù)實際控制要求選擇合適指令功能的可編程控制器。2022/10/1029 4. 掃描速度 2022/10/1130 6. 內(nèi)部寄存器的配置和容量 7. 特殊功能單元 8. 可擴(kuò)展性 輸入點數(shù)、輸出點數(shù)、存儲容量、聯(lián)網(wǎng)功能及可擴(kuò)展的模塊數(shù)等 9. 診斷功能 10. 通信接口2022/10/1030 6. 內(nèi)部寄存器的配置和容2022/10/11311.2 PLC的一般結(jié)構(gòu)1.2.1 基本結(jié)構(gòu)1.整體式PL

21、C結(jié)構(gòu)2022/10/10311.2 PLC的一般結(jié)構(gòu)1.2.2022/10/1132 整體式結(jié)構(gòu)將CPU、存儲器、ROM、I/O接口、電源、通信等部件都裝在一個金屬或塑料殼之中，即將所有的電路都裝入一個模塊內(nèi)，構(gòu)成一個整體。 單元式的PLC可以直接裝入機(jī)床或電控柜中。小型PLC主要是指I/O點數(shù)較少的系統(tǒng)，而小型系統(tǒng)都是采用這種單元式結(jié)構(gòu)形式。特點：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，成本低，安裝方便、易于與被控設(shè)備組合成一個整體。一般都是小型或微型PLC。適用于點數(shù)較少的系統(tǒng)。 2022/10/1032 整體式結(jié)構(gòu)將CPU、存儲器、2022/10/11331.2 PLC的一般結(jié)構(gòu)2.模塊式PLC結(jié)構(gòu) 模塊式

22、PLC是采用搭積木的方式組成系統(tǒng)。在一個機(jī)架上插上CPU、電源、I/O模塊及特殊功能單元，構(gòu)成一個總I/O點數(shù)很多的大規(guī)模綜合控制系統(tǒng)。2022/10/10331.2 PLC的一般結(jié)構(gòu)2.模塊式P2022/10/1134模塊式特點是：CPU為獨立的模塊，輸入單元、輸出單元也是獨立的模塊。電源、通信等也分別作成模塊，因此配置非常靈活，可以根據(jù)不同的系統(tǒng)規(guī)模選用不同檔次CPU及各種I/O模塊、功能模塊。其模塊尺寸統(tǒng)一、安裝整齊，對于I/O點數(shù)很多的系統(tǒng)選型、安裝調(diào)試、擴(kuò)展、維修等都非常方便。要組成一個系統(tǒng)，只需在一塊基板上插上CPU、電源、輸入、輸出模塊及其他諸如通訊、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換等特殊功能

23、模塊，就能構(gòu)成一個總I/O點數(shù)很多的大規(guī)模綜合控制系統(tǒng)。故適用于大、中型PLC。這種結(jié)構(gòu)形式PLC除了各種模塊以外，還需要用機(jī)架（主機(jī)架、擴(kuò)展機(jī)架）將各模塊聯(lián)成整體；有多塊機(jī)架時，則還要用電纜將各機(jī)架聯(lián)在一起。2022/10/1034模塊式特點是：CPU為獨立的模塊，輸2022/10/11353 混合式PLC結(jié)構(gòu)2022/10/10353 混合式PLC結(jié)構(gòu)2022/10/1136可編程控制器主機(jī)可編程控制器編程器圖 可編程控制器及編程器2022/10/1036可編程控制器主機(jī)可編程控制器編程器圖2022/10/1137PLC主要由CPU、存儲器、基本I/O接口電路、外設(shè)接口、編程裝置、電源等組

24、成。1.2.2 PLC各部分電路介紹2022/10/1037PLC主要由CPU、存儲器、基本I/2022/10/11381. CPU 芯片CPU是可編程控制器的控制中樞，相當(dāng)于人的大腦。一般由控制電路、運算器和寄存器組成。 CPU作用為： (1)從程序存儲器讀取程序指令，編譯、執(zhí)行指令 (2)將各種輸入信號取入 (3)把運算結(jié)果送到輸出端 (4)響應(yīng)各種外部設(shè)備的請求 2022/10/10381. CPU 芯片2022/10/1139現(xiàn)代PLC使用的CPU主要有以下幾種：通用微處理器：如8080、6800、Z80A、8086等。價格便宜，通用性強。單片機(jī)：如8051等。單片機(jī)由于集成度高、體積

25、小、價格低和可擴(kuò)充性好，很適合在小型PC上使用，也廣泛地用于PC的智能I/O模塊。位片式微處理器：如AMD2900系列等。位片式微處理器是獨立于微型機(jī)的另一分支。它主要追求運算速度快，它以4位為一片。用幾個位片級聯(lián)，可以組成任意字長的微處理器。 小型PLC多采用8位微處理器或單片機(jī)作為CPU 中型PLC多采用16位微處理器或單片機(jī)作為CPU 大型PLC多采用高速位片式微處理器2022/10/1039現(xiàn)代PLC使用的CPU主要有以下幾種2022/10/11402. 存儲器PLC的存儲器由只讀存儲器ROM、隨機(jī)存儲器RAM和可電擦寫的存儲器EEPROM三大部分構(gòu)成，主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及

26、工作數(shù)據(jù)。系統(tǒng)程序一般存放在EEPROM中，用戶程序及工作數(shù)據(jù)放在有后備電池的RAM中。RAM：存儲各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào) 試的程序。ROM：存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序。2022/10/10402. 存儲器2022/10/11413. 輸入/輸出電路是PLC與現(xiàn)場工業(yè)設(shè)備連接的電路?，F(xiàn)場的開關(guān)通過輸入電路輸入PLC。PLC 輸出的開關(guān)信號則通過輸出電路輸出到工業(yè)設(shè)備。采用光電隔離，實現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。輸入電路：將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入主機(jī)。 輸出電路：將主機(jī)向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動外部執(zhí)行電路的信號，以

27、便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計算機(jī)與外部強電隔離。 輸出電路有三種輸出形式： 繼電器 - 低速大功率 可控硅 - 高速大功率 晶體管 - 高速小功率2022/10/10413. 輸入/輸出電路2022/10/11424.電源模塊PLC電源的輸入電壓有直流12V、24V、48V和交流110V、220V，PLC電源模塊的輸出一般為5V和24V，用以向CPU、存儲器等提供工作電源。5 .通信接口 一般至少有一個RS232或RS485通信口。通信有PLC之間的通信和PLC與其他設(shè)備之間的通信。通信主要涉及通信模塊、通信接口、通信協(xié)議和通信指令等內(nèi)容。PLC的組網(wǎng)和通信能力也已成為PL

28、C產(chǎn)品水平的重要衡量指標(biāo)之一。6.特殊功能單元2022/10/10424.電源模塊2022/10/11437. 編程器PLC采用的編程器有下面三種類型：1）簡易編程器：用于小型和超小型PLC。2）CRT編程器：用于中大規(guī)模PLC，可顯示梯形圖、數(shù)據(jù)信息和報警信息指示等。3）計算機(jī)編程：隨著計算機(jī)的大力普及，有些中大規(guī)模的PLC已采用計算機(jī)編程。此時計算機(jī)除用做編程外，還兼有管理和操作指導(dǎo)功能。 2022/10/10437. 編程器2022/10/11441.3 PLC工作程序1.3.1工作原理概括的講，PLC的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描過程。其過程為圖1所示。這個過程分為讀輸入(輸入采樣

29、階段)、程序執(zhí)行、寫輸出（輸出刷新階段）三個階段。整個過程進(jìn)行一次所需要的時間稱為掃描周期（也叫工作周期或掃描時間）。2022/10/10441.3 PLC工作程序1.3.1工作2022/10/11451.3.1 工作原理1.三個階段的工作過程 1）讀輸入階段PLC在讀輸入階段，以掃描方式（按順序）依次地讀入所有輸入信號的通/斷狀態(tài)，（即按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘枲顟B(tài)：開或關(guān)、“1”或“0” ，讀入到輸入映像寄存器中寄存起來，稱為對輸入信號的采樣，或稱輸入刷新。）并將它們存入存儲器輸入暫存區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)，這部分存儲區(qū)也被稱為輸入映像區(qū)。在讀輸入結(jié)束后，PLC轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期

30、間，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會改變。輸入狀態(tài)的變化只能在下一個工作周期的輸入采樣階段才能被重新讀入。2022/10/10451.3.1 工作原理1.三個階段的工2022/10/11462）用戶程序執(zhí)行階段 PLC在程序執(zhí)行階段，按照次序逐條執(zhí)行用戶程序指令，并從輸入暫存器中讀取輸入狀態(tài)、以及定時器、計數(shù)器狀態(tài)等條件。根據(jù)用戶程序進(jìn)行運算，不斷得到運算結(jié)果，一步步運算得到的結(jié)果并不直接輸出，而是將其對應(yīng)的存入輸出暫存區(qū)的相應(yīng)單元中，直到用戶程序全部被執(zhí)行完。用戶程序執(zhí)行完，得到最后的可以輸出的結(jié)果。 3） 寫輸出（輸出刷新）階段 用戶程序執(zhí)行結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段，在

31、此期間PLC根據(jù)輸出暫存區(qū)中的對應(yīng)狀態(tài)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)隔離驅(qū)動到輸出端子，向外界輸出控制信號，從而控制相應(yīng)設(shè)備動作。這就是PLC的實際輸出。 PLC重復(fù)的執(zhí)行上述三個階段，每重復(fù)一次的時間就是一個工作周期（或掃描周期）。工作周期的長短與程序的長短（即組成程序的語句多少）有關(guān)。例如AB（ALLEN-BRADLEY）公司的SLC-500型，PLC執(zhí)行1000條語句的工作周期為20ms。2022/10/10462）用戶程序執(zhí)行階段2022/10/1147 PLC在每次掃描中，對輸入信號采樣一次，對輸出刷新一次，這就保證了PLC在執(zhí)行程序階段，輸入映像寄存器和輸出鎖存電路的內(nèi)容或數(shù)據(jù)保持不

32、變。總之： 輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子在這一個工作周期的輸入采樣階段所刷新的狀態(tài)。輸出映像寄存器的狀態(tài)，由程序中輸出指令的執(zhí)行結(jié)果決定。輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)，由上一個工作周期的輸出刷新階段存入到輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)來決定。輸出端子上的輸出狀態(tài)，由輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)來決定。程序執(zhí)行中所需的輸入、輸出狀態(tài)（數(shù)據(jù)），由輸入映像寄存器和輸出映像寄存器讀出。 2022/10/1047 PLC在每次掃描中，對輸入信號采樣2022/10/11482022/10/10482022/10/1149掃描工作方式的特點：簡單直觀，簡化了程序的設(shè)計，并為PLC的可靠運行提供了保證；所掃描到的指令被執(zhí)行后，

33、其結(jié)果馬上就可以被將要掃描到的指令所利用；系統(tǒng)監(jiān)視定時器WDT可監(jiān)視每次掃描的時間，并在每個掃描周期內(nèi)都要對WDT進(jìn)行復(fù)位操作。如果系統(tǒng)的硬件或用戶軟件發(fā)生了故障，WDT就會超時自動報警，并停止PLC的運行，從而避免了程序進(jìn)入死循環(huán)的故障。2022/10/1049掃描工作方式的特點：簡單直觀，簡化2022/10/11501.3.1 工作原理 2 .響應(yīng)時間 由于采用了掃描工作方式，故從PLC輸入端有一個輸入信號發(fā)生變化到輸出端對該輸入變化作出反應(yīng)，需要一段時間，這段時間就稱為PLC的響應(yīng)時間或滯后時間。 響應(yīng)時間產(chǎn)生的原因 （1）輸入濾波器有時間常數(shù) 它由RC濾波電路的時間常數(shù)決定。改變時間常

34、數(shù)可調(diào)整輸入延遲時間。 （2）輸出電路時間常數(shù) 輸出電路的滯后時間，與輸出電路的輸出方式有關(guān)。繼電器輸出方式的滯后時間為10ms左右；雙向晶閘管輸出方式，在接通負(fù)載時滯后時間約為1ms，切斷負(fù)載時滯后時間小于10ms；晶體管輸出方式的滯后時間小于1ms。 2022/10/10501.3.1 工作原理 2 .響應(yīng)時間2022/10/1151（3）程序語句的安排，也影響響應(yīng)時間。 （4）PLC循環(huán)掃描的工作方式 PLC循環(huán)操作時，進(jìn)行公共處理、I/O刷新和執(zhí)行用戶程 序等產(chǎn)生掃描周期。 （5）PLC對I/O的刷新方式。 其中4）5）是由PLC的工作原理決定的，無法改變。而其它因素并非固定的，可以通

35、過選擇合理的元件及合理編制程序使滯后較小。2022/10/1051（3）程序語句的安排，也影響響應(yīng)時間2022/10/1152 由于PLC是循環(huán)掃描工作方式，因此響應(yīng)時間與收到輸入信 號的時刻有關(guān)。最短響應(yīng)時間：如果在一個掃描周期剛結(jié)束時收到一個輸入信號，下一個掃描周期一開始這個信號就被采樣，使輸入刷新，這時響應(yīng)時間最短。最短響應(yīng)時間可以用下式表示： 最短響應(yīng)時間=輸入延遲時間+一個掃描周期+輸出延遲時間2022/10/1052 由于PLC是循環(huán)掃描工作方式2022/10/1153 3. 最長響應(yīng)時間： 如果在第n個掃描剛執(zhí)行完輸入刷新后，輸入發(fā)生變化，在該掃描周期內(nèi)這個信號不會發(fā)生作用，要到

36、n+1個掃描周期的輸入刷新階段才能采樣到輸入變化，在輸出刷新階段輸出作出反應(yīng)，這時響應(yīng)時間最長。最長響應(yīng)時間=輸入延遲時間+兩個掃描周期+輸出延遲時間2022/10/1053 3. 最長響應(yīng)時間：如果在第n2022/10/1154最長響應(yīng)時間=輸入延遲時間+兩個掃描周期+輸出延遲時間最長響應(yīng)時間要求輸入信號的持續(xù)時間應(yīng)大于一個掃描周期，否則就不能確保輸入信號被采樣，也就不能被響應(yīng)了。2022/10/1054最長響應(yīng)時間=輸入延遲時間+兩個掃描2022/10/1155 1.3.3 PLC的編程語言梯形圖語言和助記符語言梯形圖語言是一種以圖形符號及圖形符號在圖中的相互關(guān)系表示控制關(guān)系的編程語言，是

37、從繼電接觸器控制電路演變過來的。 因PLC是專為工業(yè)控制開發(fā)的裝置，主要使用對象是廣大技術(shù)人員，他們可能不十分懂電氣，但是對生產(chǎn)流程卻非常在行，梯形圖語言和助記符語言就是為他們開發(fā)的語言。各個PLC生產(chǎn)廠家使用的梯形圖語言基本類似，互相轉(zhuǎn)換較容易，但助記符語言完全不同，轉(zhuǎn)換起來較困難。PLC實際上只認(rèn)識助記符語言，梯形圖語言需轉(zhuǎn)換成助記符語言再存入PLC的存儲器中。順序功能圖邏輯方程式或布爾代數(shù)式2022/10/1055 1.3.3 PLC的編程語言梯形圖2022/10/11561.3.5 PLC的編程 指用梯形圖和助記符語言編制程序，并將該程序送入PLC。 編程時可以使用專用編程器，也可用計

38、算機(jī)。編程器只能使用助記符語言，用計算機(jī)編程，梯形圖和助記符語言都可以使用。 編程器需專門配置，但體積小巧輕便，在控制現(xiàn)場使用方便。用計算機(jī)編程時需使用PLC專用軟件，用這些軟件不僅可以編程和調(diào)試程序，且可以監(jiān)視PLC的運行。1.3.4 PLC的指令系統(tǒng)2022/10/10561.3.5 PLC的編程1.3.42022/10/11571.4梯形圖1.4.1 梯形圖的由來 (1) 常開按扭該按鈕的觸點平常的工作狀態(tài)是斷開狀態(tài)，當(dāng)用手按動時，觸點閉合，為連接狀態(tài)，當(dāng)手離開按鈕時，觸點斷開，恢復(fù)斷開狀態(tài)。 (2) 常閉按鈕 該按鈕的觸點平常的工作狀態(tài)是閉合狀態(tài)，當(dāng)用手按動時，觸點斷開，為斷開狀態(tài)，當(dāng)

39、手離開按鈕時，觸點閉合，恢復(fù)連接狀態(tài)。 梯形圖語言實際是圖形，它來源于繼電器控制電路圖，在繼電器控制電路中，由5種基本圖形就可以組成很復(fù)雜的控制線路。 2022/10/10571.4梯形圖1.4.1 梯形圖的由來2022/10/1158(3) 常開觸點（Normal Open）該觸點平常的工作狀態(tài)是斷開狀態(tài)，當(dāng)繼電器線圈通電時，觸點閉合，為連接狀態(tài)；當(dāng)繼電器線圈斷電時，觸點斷開，恢復(fù)斷開狀態(tài)。 (4) 常閉觸點 該觸點平常的工作狀態(tài)是閉合狀態(tài)，當(dāng)繼電器線圈通電時，觸點斷開，為斷開狀態(tài)；當(dāng)繼電器線圈斷電時，觸點閉合，恢復(fù)連接狀態(tài)。 (5) 繼電器線圈 繼電器線圈只有連接該線圈的所有觸點都閉合時，

40、線圈通電，由線圈和動鐵組成的電磁鐵吸引閉合，帶動常開觸點閉合，常閉觸點斷開。 2022/10/1058(3) 常開觸點（Normal2022/10/11592022/10/10592022/10/1160 若用“1”表示按鈕、繼電器觸點的閉合狀態(tài)和繼電器線圈的得電狀態(tài)，若用“0”表示按鈕、繼電器觸點的斷開狀態(tài)和繼電器線圈的失電狀態(tài)，則這個繼電器控制電路就可以用計算機(jī)實現(xiàn)。用計算機(jī)實現(xiàn)繼電器控制電路是PLC的最初目的，而梯形圖就是繼承繼電器控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，成為了PLC輸入的一種方式。 在PLC中，這些按鈕的觸點和線圈就是存儲器中存儲單元，又稱為操作數(shù)。2022/10/1060 若用“1”表示

41、按鈕、繼電器觸點的2022/10/1161繼電器控制系統(tǒng)中的繼電器觸點在PLC中是存儲器中的數(shù)，繼電器的觸點數(shù)量有限，設(shè)計時需要合理分配使用繼電器的觸點，而PLC中的存儲器“數(shù)”可以反復(fù)使用，因為控制中只使用數(shù)的狀態(tài)“1” 或“0”。繼電器控制系統(tǒng)中的梯形圖是電氣連接圖，施工費力，更改困難，而PLC中的梯形圖是利用計算機(jī)制作的，更改簡單，調(diào)試方便。繼電器控制系統(tǒng)中的繼電器是按照觸點的動作順序和時間延遲，逐個動作。而PLC是按照掃描的工作方式，首先采集輸入信號，然后對所有的梯形圖進(jìn)行計算，計算完成后，將計算結(jié)果輸出，由于PLC的掃描速度快，輸入信號的變化到輸出信號的改變似乎是在一瞬間完成的。繼電

42、器控制系統(tǒng)中的梯形圖左右兩側(cè)的線是繼電器的電源線，而在PLC中這兩根線已經(jīng)失去了意義，只是為了維持梯形圖的形狀。1.4.2 梯形圖與繼電器控制圖的區(qū)別 2022/10/1061繼電器控制系統(tǒng)中的繼電器觸點在PL2022/10/1162梯形圖按照從上往下、每一行從左往右的順序編寫，在繼電器控制系統(tǒng)中，控制電路的動作順序與梯形圖編寫的順序無關(guān)，而PLC對梯形圖的執(zhí)行順序與梯形圖的編寫順序一致。梯形圖的最右側(cè)必須連接輸出元素。繼電器控制系統(tǒng)中的梯形圖最右側(cè)是各個繼電器線圈，而PLC中，梯形圖的最右側(cè)可以是表示線圈的存儲器數(shù)，還可是計數(shù)器、定時器、數(shù)據(jù)傳輸?shù)萈LC中的輸出元素和指令。梯形圖中的觸點可以

43、串聯(lián)和并聯(lián)，輸出元素在PLC中只能并聯(lián)，不能串聯(lián)。在繼電器控制系統(tǒng)中，繼電器線圈是可以串聯(lián)使用的。 PLC中的梯形圖結(jié)束標(biāo)志是END。2022/10/1062梯形圖按照從上往下、每一行從左往右2022/10/11631.4.3梯形圖編程前的準(zhǔn)備工作需準(zhǔn)備的工作：1熟悉PLC指令2存儲器地址安排與分配3清楚輸入輸出設(shè)備的工作原理4為輸入和輸出設(shè)備分配存儲器地址5為PLC梯形圖中需要的中間量分配地址。6清楚控制原理，確認(rèn)輸出量、中間量和指令的得電條件和失電條件。2022/10/10631.4.3梯形圖編程前的準(zhǔn)備工作需準(zhǔn)2022/10/11641.5 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 1.5.1 PLC的設(shè)計

44、原則 1.硬件設(shè)計PLC系統(tǒng)一般由PLC、輸入輸出設(shè)備、控制柜等設(shè)備組成。在設(shè)計中應(yīng)考慮以下設(shè)計原則：1）可靠性 2) 功能完善 3） 經(jīng)濟(jì)性 4）系統(tǒng)的先進(jìn)性和可擴(kuò)展性1）擴(kuò)展性會使你用最小的代價對系統(tǒng)進(jìn)行變革和增加新功能。若考慮周到，則存儲器的擴(kuò)充需求也許只要再安裝一個存儲器模塊即可滿足；如果具有可用的通信口，就能滿足增加一個外圍設(shè)備的需要。對局域網(wǎng)的考慮可允許在將來將單個控制器集成為一個廠級通信網(wǎng)。若未能合理估計現(xiàn)在和將來的目標(biāo)，控制系統(tǒng)很快變?yōu)椴贿m宜的和過時的。系統(tǒng)設(shè)計包括兩部分：硬件設(shè)計和軟件設(shè)計 2022/10/10641.5 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 12022/10/11652軟件

45、設(shè)計即是編寫滿足生產(chǎn)要求的梯形圖或助記符程序，設(shè)計原則和要求為：1）建立PLC輸入和輸出量的接線表和接線圖。對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚的表明動作的順序和條件，對于簡單的控制系統(tǒng)，可省去。2）建立PLC的存儲器的分配表。3）推導(dǎo)每一個輸出、中間量和指令的動作和停止條件。4）盡量減少掃描時間，也就是盡量減少指令和內(nèi)存的使用；5）對每個梯形圖梯級給予注釋；6）要求邏輯關(guān)系明確，輸出、中間量和指令的名字易懂好記。2022/10/10652軟件設(shè)計2022/10/11661.5.2 PLC系統(tǒng)設(shè)計步驟1）分析生產(chǎn)過程，正確理解控制要求，繪制控制流程圖，請控制現(xiàn)場的操作和設(shè)計人員

46、審查流程圖等資料，以確定對控制系統(tǒng)理解的正確性。即根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求，如需要完成的動作（動作順序、動作條件、必須的保護(hù)和聯(lián)鎖等），操作方式（手動、自動、連續(xù)、單周期、單步等）。2）根據(jù)控制要求確定PLC中所需的輸入輸出量、中間量、定時器、計數(shù)器、模擬量、通信等信息。根據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)。3）選擇PLC。首先滿足控制要求，然后選擇PLC生產(chǎn)廠。目前，隨著PLC的推廣普及，其產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來越多，且功能也日趨完善。近年，從美國、日本、西德等國引進(jìn)PLC產(chǎn)品及國內(nèi)廠家組裝或自行開發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個系列，上百種型號。其種類繁多，結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價格等各

47、有不同，適用場合也各有側(cè)重。因此合理選擇PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有重要作用。其選擇原則見下：2022/10/10661.5.2 PLC系統(tǒng)設(shè)計步驟1）2022/10/1167PLC的選擇原則見下：對產(chǎn)品的熟悉程度，熟悉的產(chǎn)品可以縮短開發(fā)時間；產(chǎn)品和配套設(shè)備的價格；產(chǎn)品的資料是否能看懂編程軟件的編程環(huán)境售后服務(wù)是否完善，技術(shù)支持是否到位；市面上與該產(chǎn)品相關(guān)的書籍有多少。2022/10/1067PLC的選擇原則見下：2022/10/1168PLC廠家選擇好后，還有以下選擇應(yīng)考慮： 1機(jī)型的選擇 機(jī)型選擇的基本原則應(yīng)是在功能滿足要求的前提下，保證可靠、維護(hù)使用方便以及最佳的功能價

48、格比。應(yīng)具體考慮以下幾點： 結(jié)構(gòu)合理：對于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱龊?，選用整體式PLC；其他情況則選用模塊式結(jié)構(gòu)。 功能相當(dāng)：對于開關(guān)量控制的工程項目，對其控制速度無須考慮，一般低檔機(jī)就能滿足要求。對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的工程項目，可選用帶A/D 、D/A轉(zhuǎn)換、加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)。對于控制比較復(fù)雜，控制功能要求更高的工程項目，如要求實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可視控制規(guī)模及復(fù)雜的程度，選用中檔或高檔機(jī)。其中，高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化等。 2022/10/1068PLC廠家選擇好后，還有以下選擇應(yīng)考2022/10/1169 機(jī)型統(tǒng)一：一個大型企業(yè)，應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。因為同一機(jī)型PLC，其模塊可互為配用，便于備品備件的采購和管理；其功能和編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā)；其外部設(shè)備通用。資源共享，配以上位機(jī)后，可把控制各獨立系統(tǒng)的多臺PLC聯(lián)成一個多級分布式控制系統(tǒng)，相互通信，集中管理。 是否在線編程：PLC特點之一就是使用靈活，當(dāng)被控設(shè)備的工藝過程改變時，只需用編程重新修改程序，就能滿足新的控制要求，給生產(chǎn)帶來很大方便。2022/10/1069 機(jī)型統(tǒng)一：一個大型企業(yè)，應(yīng)盡量做2022/10/1170