電力工程咨詢院-plc基礎知識

PLCPLC基本內容PLC簡介、基本功能、特點、應用范圍、工作方式重點定義、基本功難點工作方式、掃描時間第一PLC基礎一、PLC的產(chǎn)生與歷史PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢PLC的基本功六、PLC與其他PLC的產(chǎn)生與歷世界上第一臺 背景1968年 通用汽車公司（G），為了適應汽車型號的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設計和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。設計思想吸取繼電器和計算機兩者的優(yōu)☆繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復雜、不易更改、查找和排除故障，對生產(chǎn)工藝變化的適應算機功能強大、靈活（可編程）、通用性好，但編程；☆采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。（梯形圖）70年代初期：，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）70年代中期：微處理器技術應用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能80年代以后：隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強，同時可靠性提高，功而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能。近年來PLC PLC成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大技術支柱（PLC、機人、CAD/CAM）之一定義

編程控制器 “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)境下應用而設計。它采用可編程序的 器，用在其 執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，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或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外圍設備，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設計PLC的現(xiàn)狀1969年 數(shù)據(jù)設備公司（DEC）研制了第一臺LC從此PLC發(fā)展迅猛。我國 開放后， AB、GE、MODICON、TI，OMRON、三菱、富士，德國西門子等廠家的產(chǎn)品不斷進入我國，并在各行各業(yè)的工控系統(tǒng)中占據(jù)重要地位。PLC歐洲：德國的西門子()、AEG及法國的TI公：A-B（Allen-Bradly）(其產(chǎn)品約占PLC市場50)、GE（GeneralElectric）、(MODICON(T1)公司、(Gould)公司、西屋 ：三菱電機（MitsubishiElectric）、歐姆龍（OMRON）、FUJI（主要發(fā)展中小型PLC，在世界小型PLC市場上，日本產(chǎn)品約占有70％的份額。，OMRON產(chǎn)品的銷量居首位。目前國內市場還有韓國、等PLC產(chǎn)品；現(xiàn)在市場上出現(xiàn)了系列 西門子PLC外形 S7-200系列 S7-300系列S7-400系列Q系列 FX2N系列FX1S系列FX1N系FX1S系列歐姆龍PLC歐姆龍PLCC200H系列 M1A、CPM2A系列PLC的國內外狀1974年我國開始仿制 的第二代PLC產(chǎn)品，但因元器件質量和技術問題等原因未能推廣。直1977年，我國才研制出第一臺具有實用價值的PLC，并開始批量生產(chǎn)和應用于工過程的控制。 PLC的發(fā)展趨（1）向高速度、 容量方向發(fā)（CPU處理速度nS級；內存2M字節(jié)（2）向多品種方向發(fā)展和提高可靠（3）產(chǎn)品更加規(guī)范化

（超大型和超小型（硬件、軟件兼容的（4）分散型、智能型、與現(xiàn)場總線兼容的（5）加強聯(lián)網(wǎng)和通信的能（6）控制的開放和模塊化的體系結構OMAC（openModularArchitectureforControl）就全世界自動化市場的過去、現(xiàn)在和可以預見的未來而言PLC仍然處于一種 地位。在最近出現(xiàn)在 、歐洲和國內有關探討PLC發(fā)展的 中這個結論是眾口一詞的，盡管對PLC的未來發(fā)展有著許多不同的意見。??通用性強，??通用性強，使功能強，適應面可靠性高 能力 PLC控制系統(tǒng)的設計、安裝、調試和維修工作少.便?？刂瞥绦蜃兓奖?具有很好的柔性。五、PLC的基邏輯控制功定時控制功計數(shù)控制功步進控制功數(shù)據(jù)處理功回路控制功通訊聯(lián)網(wǎng)功功停 功故 功邏輯控制功邏輯控制功能是PLC最基本功能之一,PLC最基本的應用領域，可取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制和順序控制。例如：機床電氣控制、起重機、皮帶運輸機和包裝機械的控制、注塑機控制、電梯控制、飲料灌裝生產(chǎn)線、家用電器(冰箱、洗衣機等自動裝配線控制、汽車、化工、造紙、軋鋼自動生產(chǎn)線控制等。定時控制功定時控制功能是PLC的最基本功能之一PLC中有許多可供用戶使用的定時器，功能類似于繼電器線路中的時間繼電器。定時器的設定值(定時時間)可以在編程時設定，也可以在運動過程中根據(jù)需要進行修改，使用方便靈活。同時PLC還提供了高精度的時鐘脈沖，用于準確實時控制計數(shù)控制功計數(shù)控制功能是PLC的最基本功能之一制。計數(shù)器的設定值可以在編程時設定，也可以在運行過程中根據(jù)改需要進行改

計數(shù)輸輸入復

傳感器旋轉變頻器5據(jù)處理功PLC大部分都具有數(shù)據(jù)處理功能，可以實現(xiàn)算術運算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)移位、數(shù)制轉換譯碼編碼等操作。中、大型PLC數(shù)據(jù)處理功能更加齊全，可完成開方、PID運算、浮點運算等操作，還可以和CRT、相聯(lián)，實現(xiàn)程序、數(shù)據(jù)的顯示和打印功PLC設置了較強 功能 利用編程器，可調定時器、計數(shù)器的設定值和當前值，并可以根據(jù)需要改變PLC 邏輯信號的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內容，為調整和 提供了極大的方便。停 功PLC的部分器所使用的RAM設置了停電保持器件（備用電池等），以保證斷電后這部分器中的信息利用某些指令，可以對工作狀態(tài)進行，以保PLC電源恢復后，可以在原工作基礎上繼續(xù)故 功PLC可以對系統(tǒng)構成、某些硬件狀態(tài)、指令的等進行自，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出并顯示錯誤類型，PLC的故障自功能，大大提高了PLC控制系統(tǒng)的安全和可性。六、PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比與工業(yè)計算機比PLC與繼電器控制系統(tǒng)比繼電器控制采用硬接線方式裝配成，只能完成既定的功能等各方面進行比較。傳統(tǒng)的電器控制大多數(shù)將被PLC所取代

工業(yè)控制機控制要求開發(fā)具有便于推廣應用。PLC是專為工業(yè)現(xiàn)場應用而設計的具有更高的可靠性??2.2PLC?2.4PLC分PLC2.1 硬件框圖及各部分作 硬件框圖及各部分作PLC的組PLC由四部分組成 處理單元（CPU板）、輸入輸出部件和電源部件PLC的基本組成與一般的微機系統(tǒng)類似：是一種以微處理器為 的、用控的特殊計算機PLC的基本組成包括硬件與軟件 PLC的軟件：2.1.22.1.2 PLC中的CPU作用及分接收 編程器或其它外設輸入的用戶程序或數(shù) 電路故障和編程中的語法錯誤接收 從輸入單元（接口）得到現(xiàn)場輸入狀態(tài)或數(shù)逐 并執(zhí) 器中的用戶程序，將運算結果存 根據(jù)運算結果，更新有關標志位和輸出內容，通過輸出接口PLC中常采用的CPU有三通用微處理器（如Z80、8086、80286等單片微處理器（如8031、8096等位片式微處理器(如AMD29W小型PLC：大多采用8位通用微處理器和單片微處理中型PLC：大多采用16位通用微處理器或單片微處大型PLC：大多采用高速位片式微處理器（32位小型PLC為單CPU中、大型PLC則大多為雙CPU或多CPU對于雙CPU系統(tǒng)，一個為字處理器，一般采用8位、16位或32位理器；另一個為位處理器，采用由各廠家設計制造 器的作用PLC器主要用于系統(tǒng)程序、用戶程序器的類型①可讀/寫操作器②只器ROM、PROM、EPROM、系統(tǒng)程序存貯輸入/輸出接口（I/O模塊輸入/輸出接口通常也稱IO單元或I/O模塊，是PLC生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接通道PLC輸入接口用戶設備需輸入PLC的各種控制信號，如限電路將這些信號轉換成處理單元能夠接收和處理的信號，用PLC輸出接口-----路將處理單元送出的弱電控制信號IO接口的作用電平轉換功能：由于外部輸入設備和輸出設備所需的信號電平是多種多樣的，而PLCU的處理的信號是標準電平信號。光電和濾波功能，以提高PLC的能力，通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于。 I/O接口的類型：模擬量輸入/輸出接輸入/輸出（I/O）點數(shù)PLC的I/O點數(shù)是指PLC的I/O接口所能接受的和輸出信號個數(shù)的總和I/O點數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一當I/O點數(shù)不夠時，可通過PLC的I/O擴展接口對5.PLC5.PLC編程器的作用：是編輯、調試、輸入用戶程序，也可在線 PLC 狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進行人機 。它是開發(fā)、應用 PLC不可缺少的設備66PLCPLC配有開關式穩(wěn)壓電源，以提 電路使用與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、 能力強。因此，對于電網(wǎng)提供電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值±15的范圍內波動。許多PLC還向外提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于對器供電電源的容量PLC配有各種 口與外部設備連 連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打與監(jiān)視器與PLC連接，組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡，實現(xiàn)更大規(guī)模控與計算機連接，組成多級分布式控制系統(tǒng)，控制與管理相結與人機界面（觸摸屏）連 與編程器擴展從2號展1號擴展從2號展1號展主1主1號近程擴展主從從A）近A）近程擴展方擴展方C）連網(wǎng)方近程擴展方擴展方連網(wǎng)方它通過主機上的與主機相連編程器上有一個方式選擇開用于控制PLC主機的工作方 掌上電腦編程 可編程終高檔可編程終8、其它功能模模擬量輸入模塊（即A/D模塊）模擬量輸出模塊（即D/A模塊）動態(tài)輸入/輸出模塊功溫度傳感器模 溫度→模擬量→數(shù)字高速計數(shù)模 高頻脈沖信PID模I/O模 擴展I/O點的距通訊模 與其它PLC、微機、互連網(wǎng)通2.1.4PLC的軟件系1統(tǒng)程序；2戶程序；3程語系統(tǒng)程系統(tǒng)程序，完成系 、命令解釋、功能子程序用、管理、邏輯運算、通信及各種參數(shù)設定等功能系統(tǒng)程序，由PLC的制造廠家編寫的，在PLC使用過程中不會變動，它和PLC的硬件組成有關，它關系到PLC的性能。系統(tǒng)程序，由制造廠家直 在只 器ROMPROM或EPROM中，用戶不 和修改用戶程序用戶程序是用戶根據(jù)控制對象生產(chǎn)工藝控制的要求編制的應用程序。它是由PL控制對象的要求而定的。為便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOS靜態(tài)中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時不會丟失信息為防止干擾對RAM中程序的破壞，當用戶程序經(jīng)過運行正常，不需要改變，可將其 在EPROM中?，F(xiàn)在有許多PLC直接采用EEPROM作為用 器PLCPLC在PLC系統(tǒng)結構不斷發(fā)展的同時，PLC的編程語言也越來越豐程序的表達方式基本有四種：梯形圖、指令表、邏輯功能和高級語言。梯形圖是當前使用多種編程語言的并存、互補與發(fā)展是PLC進步的一種趨勢11梯形圖（Ladderdiagram）編程語言是一種圖形語言,類似于繼PLC兩種梯形圖的繼電器符號圖對——軟繼電 為它具有與物理繼電器相似的功能，常稱之為“軟繼電器”說明

PLC每一個繼電器都對應著的一個寄存器位，該位為“1”態(tài)時，相當于繼電器接通；為“”態(tài)時，則相當于繼電器斷開。兩種控制的梯形圖比控PLC物物理繼電繼電器需硬接線繼電器需硬接線觸點個數(shù)有繼電器的接線改PLC繼電繼電器用程序軟連觸點個數(shù)無PLC的用戶程序改變——控制功能改1繼1繼電器控制接2PLCPLC控制外部接備備欲改變控制功能備~MM3用繼電器控制——要改變控制電路的實際接線用PLC用PLC22用助記用助記符表示指令語句是PLC多條指令語句的組合構成了語句表程00000，表示邏輯操作01000；表示常開觸點01000ANDNOT00001表示常閉觸點0010101000；表示前面的邏輯運算結果輸出給;梯形圖程 語句表程順序功能

步步步動作步步步動作動作轉換 圖順序功能 功能塊功能塊圖是一種類似于數(shù)字邏輯電路的編程語言，用類點表示“非”運算，信號自左向右流動。類似于電路一樣，方框被“導線”連接在一起S1R 圖功能塊 2.22.2循環(huán)掃描工作方當PLC運行時，需要進行眾多的操作，而PLC的CP不可能同時去執(zhí)行多個操作，每一刻只能執(zhí)行一個操作。解決的辦法：采用分時操作原掃描工作方式：由于CPU的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看，PLC外部出現(xiàn)結果似乎是同時完成的，這種分時操作的方法稱為掃描工作方式。PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”，整個過程掃描并執(zhí)行一次所需的時間稱為掃描周期。執(zhí) 程寫出狀讀 執(zhí) 行 讀行 輸入采

程序執(zhí)

輸出刷 檢查CPU 硬件，對監(jiān)視定器（WDT）復位以及其它工與其它智能裝置（如編程器計算機等）實現(xiàn)通按順序對所有輸入端的狀態(tài)行采樣，并存入相應寄存對用戶程序掃描執(zhí)并將2.2.22.2.2PLCPLC上電后，首先檢查若正常，則進行下一步；若不正常， 并作處理②按自上而下的順序，逐條讀用戶程序并執(zhí)對輸入的數(shù)據(jù)進行處理，將結果存入元件映000021

00002④I/O④I/O讀輸入點的狀態(tài)并寫入輸入映像寄存器設端口服外設端口連接的外部設44PLC①按梯形圖自左向①按梯形圖自左向右、自上而下逐次執(zhí)行程②執(zhí)行程序時所需數(shù)據(jù)取自于輸入映像寄存元件映像寄存③輸入映像寄存器和元件映像寄存器中的數(shù)輸入映像寄存器：在一個掃描周期中保持不元件映像寄存器：在一個掃描周期中可讀可④每個掃描周期I/O刷新階段集中PC的循環(huán)掃描工作過程（信號傳遞過程從輸入端子到輸出端子的信號傳遞過0000000001讀寫讀寫讀0000000001讀寫讀寫讀

執(zhí)行用戶程

I/O刷1 1 0M3主電Q~~ 輸入端2公共

≈

0

1

~公共

00000

M

0

~KM合

3

0

1

≈

00001

M

0

~KM開

3

0

1

≈

2.3掃描周期和I/O2.3掃描周期和I/OPLC在運行工作狀態(tài)時，執(zhí)行一次掃描操作所需要的時間稱為掃描周期。其典型值為1100ms。I/OI/O滯后時間又稱為系統(tǒng)響應時間，是指PLC外部輸入信號發(fā)生變化的時刻起至它控制的有關外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的間隔。11I/O（1）由于PLC（1）由于PLC（2）有的PLC其輸入電路濾波器的時間常數(shù)可以調濾波器時間常數(shù)越大，對輸入信號的延遲作用越強（3）（3）輸出繼電器的動作延遲（繼電器輸出型PLC）從從輸出鎖存器ON、到輸出觸點ON要求有較要求有較快響應的場——輸出ON最好不要使用繼電器輸出型PLC（4）用戶程序的長短及語句編排I/O滯后I/O滯后現(xiàn)象要求快速響應的場合，需要解決I/O速度問題22I/O以20點的繼電器輸出型CPM1A為例設設輸入ON延時為8毫公共處理和I/O刷新時間為2毫輸入狀態(tài)經(jīng)過一個掃描周期后在輸出得到響——最小I/O輸入狀態(tài)經(jīng)過兩個掃描周期后在輸出得到響——最大I/O響應時輸入ON延輸觸點 輸濾波 輸鎖觸

掃描周期刷新執(zhí)行程序其I/O響應時

掃描周期刷新執(zhí)行程序其輸出ON延=輸入ON+（I/O刷新時間++輸出ON=82141539最大I/O最大I/O輸入ON延輸濾鎖觸

掃描周期刷新執(zhí)行程序其他

掃描周期刷新執(zhí)行程序其他I/O響應時

掃描周期刷新執(zhí)行程序其輸出ON延輸入ON延時+(公共處理I/O刷新+執(zhí)行程序輸出ON8（214）21555ms程序語句安排對I/O程序語句安排對I/O

00000~當SB閉合，經(jīng)過輸入濾波，設第一個掃描周期I/O當SB閉合，經(jīng)過輸入濾波，設第一個掃描周期I/O00000的映像寄存器ON第第一個掃描周期結束時，01000為OFF01000只01000只能在第二個掃描周期結束后才能ON

00000~當SB當SB00000的映像寄存器ON。0100001000期結束后就能ON顯然顯然，程序語句的安排對I/O響應的影響很大3、PLC3、PLC11電后初始處2共同處理時間：程序自檢 3上3上 服務（處理微機與PLC的通訊Tl=PLC與微機構成網(wǎng)0—Tl=PLC與微機不構成網(wǎng) 4運算處理TP:執(zhí)行用戶程TP均速度X指令條5I/O刷5I/O刷Tr主機與近程擴展機 輸 0.07ms/8輸出0.04ms/8擴展機：以通道數(shù)計算66外設服務（裝有外設時To=0.8msTo=0.8msTo=0.06To=0.06×T（T=Tc+Tl+Tp+Tr7、共同處理、上 服務、外設服務、運算處理、PLC的掃描時間Ts=Tc+Tl+To+Tp+Tr有關結1、PLC的掃描周期和用戶程序的長短與系統(tǒng)構成有關，戶程序越短、系統(tǒng)構成越簡單，掃描周期越短。2、PLC的掃描周期一般在10ms級，頻率應不大于50HZ（在使用時一般在10HZ以下）3—3—某C200H型PLC系統(tǒng)，由主機和擴展機構成。主機上裝有3個16點輸入模塊，2個12點輸出模塊。擴展機上裝有3個16運算處理時Tp＝0.94×5000＝4.7×103(ms)=4.7ms出模塊可看作4個8點輸出模塊。擴展機部分3個16點輸入模所以，該PLC系統(tǒng)在不與微機構成網(wǎng)絡，不帶編程器時的掃PLC主要技術性能指I/O點指PLC外部輸入和輸出端子數(shù)用戶程 容用來衡量PLC所 用戶程序的多少指掃描1000