PLC-3 第二章 可編程控制器的構(gòu)成及工作原理

第二章

可編程控制器的構(gòu)成及 工作原理

第1節(jié)

可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展

一、可編程控制器的產(chǎn)生上個(gè)世紀(jì)60年代末期開始研制。1968年，通用汽車(GenerMotors)公司根據(jù)汽車生產(chǎn)流水線改造需要，面向社會(huì)進(jìn)行招標(biāo)提出了相應(yīng)的招標(biāo)條件，即：“GM10條”。GM10條：1）編程簡單：一般電氣工程師不需特殊的計(jì)算機(jī)知識(shí)即可編程，且可現(xiàn)場(chǎng)修改；2）維護(hù)方便：最好采用插件式結(jié)構(gòu)；3）可靠性高：優(yōu)于繼電器控制系統(tǒng)；4）體積?。盒∮诶^電器控制系統(tǒng)；5）成本低：性價(jià)比高于繼電器控制系統(tǒng)；6）可與計(jì)算機(jī)通信：數(shù)據(jù)直接傳給計(jì)算機(jī)；7）輸入可以是115VAC：可直接接收交流信號(hào)；8）輸出也可以用115VAC：可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等；9）具有可擴(kuò)展性：采用模塊化結(jié)構(gòu)；10）用戶程序存儲(chǔ)器容量：4K以上。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺(tái)以邏輯控制為主的可編程序控制器，命名為可編程序邏輯控制器（ProgrammableLogicController）——PLC。1971年，日本引進(jìn)美國技術(shù)，開發(fā)出自己的PLC產(chǎn)品，稱為順序控制器。1973年，德國SIEMENS（西門子）公司開發(fā)自己的PLC產(chǎn)品。1974年，我國開始研制PLC，1977年開始使用。1、由PLC向PC的發(fā)展1975年以微處理器為核心的PLC出現(xiàn)。其功能已不局限于邏輯量控制，模擬量控制系統(tǒng)也大量使用，PLC開始向PC轉(zhuǎn)變。從1976年開始，美國電氣制造商協(xié)會(huì)NEMA經(jīng)過4年的調(diào)查，于1980將其正式命名為可編程序控制器（ProgrammableController），簡稱為PC。但為了與其它控制器區(qū)別，現(xiàn)仍多稱為PLC。二、可編程控制器的發(fā)展2、目前PLC的發(fā)展新一代網(wǎng)絡(luò)型PLC具有功能強(qiáng)、功耗小、體積小、成本低、可靠性高等特點(diǎn)，且具備遠(yuǎn)程控制、網(wǎng)絡(luò)通信、圖形編程等優(yōu)點(diǎn)。目前有兩個(gè)發(fā)展方向：低檔PLC向小型、簡易及廉價(jià)方向發(fā)展。中、高檔PLC向中大型、高速、多功能、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，可對(duì)大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合控制。3、可編程控制器的定義1980年由NEMA定義，1982年IEC第一稿，1985年IEC第二稿，1987年IEC第三稿。定義：PLC是一種專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子設(shè)備。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其外圍設(shè)備均應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則來設(shè)計(jì)。1）開關(guān)量邏輯控制主要用于生產(chǎn)流水線控制及聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)等；2）運(yùn)動(dòng)控制主要用于加工機(jī)械、吊車、工業(yè)機(jī)器人、電梯等控制；3）過程控制主要用于連續(xù)變化的模擬量（如溫度、壓力、流量等）的閉環(huán)控制；4）通信聯(lián)網(wǎng)及多級(jí)控制主要用于網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)控系統(tǒng)及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。三、可編程控制器的應(yīng)用構(gòu)成與一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相似。輸入接口輸入/輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中央處理器單元輸出接口存儲(chǔ)器編程接口電源單元各種輸入信號(hào)各種執(zhí)行元件第2節(jié)

可編程控制器的構(gòu)成及工作過程

一、可編程控制器的構(gòu)成1、按I/O點(diǎn)數(shù)分類分為微型、小型、中型及大型等。微型：一般I/O點(diǎn)數(shù)在128點(diǎn)以下；小型：一般I/O點(diǎn)數(shù)在512點(diǎn)以下；中型：一般I/O點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以下；大型：一般I/O點(diǎn)數(shù)在2048以上。二

、可編程控制器的分類2、按結(jié)構(gòu)型式分類常用的PLC可分為整體式和模塊式PLC。1)整體式PLC：各組成部分集成在一起，封裝為單一整體，單臺(tái)主機(jī)具備一定的控制能力。通常微型及小型PLC采用此結(jié)構(gòu)。2)模塊式PLC：各組成部分按其功能制成獨(dú)立的模塊，如CPU模塊、電源模塊、輸入模塊、輸出模塊等，并按需要選擇某些模塊組合在一起，構(gòu)成各種規(guī)?；蛴猛镜南到y(tǒng)。通常中大型PLC采用此結(jié)構(gòu)。1、小型PLC工作過程分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)過程。輸入信號(hào)輸入端子輸入映像區(qū)用戶程序輸出映像區(qū)輸出鎖存輸出端子輸出信號(hào)輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新三、可編程控制器的工作過程2、中大型PLC工作過程上電復(fù)位操作硬件檢查WDT復(fù)位自診斷與外部信息交換執(zhí)行用戶程序輸入/輸出操作1

、梯形圖編程梯形圖編程語言是借鑒繼電器控制線路的特點(diǎn)而形成的，因此與繼電器控制線路非常相似。繼電器控制線路RQTR梯形圖編程語言四、可編程控制器的編程語言I0.0I0.1Q0.0Q0.0()2、指令語句編程在計(jì)算機(jī)匯編語言基礎(chǔ)上開發(fā)產(chǎn)生的，因此與計(jì)算機(jī)匯編語言非常相似。A(OI0.0OQ0.0)ANI0.1=Q0.0指令語句編程語言梯形圖編程語言I0.0I0.1Q0.0Q0.0()3、邏輯符號(hào)圖編程邏輯符號(hào)圖編程語言是在數(shù)字電路邏輯符號(hào)圖基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，與數(shù)字電路中的邏輯圖非常相似。繼電器控制線路RQTR邏輯符號(hào)圖編程語言>=1I0.0Q0.0&I0.1=Q0.04、順序功能圖編程主要用于順序控制。初始步第1步第2步轉(zhuǎn)步條件控制操作控制操作轉(zhuǎn)步條件轉(zhuǎn)步條件PLC取代以繼電器控制系統(tǒng)的原因是:現(xiàn)代生產(chǎn)線要求的時(shí)間響應(yīng)快,控制精度高,可靠性好,控制程序可隨工藝改變,易與計(jì)算機(jī)接口,維修方便等諸多高品質(zhì)與功能,繼電器控制系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上PLC控制系統(tǒng)。但對(duì)于一些簡單的系統(tǒng)，由于其控制邏輯簡單，采用繼電器系統(tǒng)時(shí)，成本較低。所以，目前仍有大量的繼電器系統(tǒng)在使用。第3節(jié)

PLC與其它控制系統(tǒng)比較

一、PLC與繼電器控制系統(tǒng)比較

可編程序控制器與集散系統(tǒng)(分布式控制系統(tǒng))都是自動(dòng)化控制設(shè)備,它們分別由兩個(gè)不同的古典設(shè)備發(fā)展而來?？删幊绦蚩刂破魇怯衫^電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來,所以它在數(shù)字處理、順序控制方面具有優(yōu)勢(shì),發(fā)展初期主要側(cè)重于數(shù)字量順序控制方面的應(yīng)用。在此之后,其模擬量處理功能也得到了迅速的發(fā)展。集散控制系統(tǒng)是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展而來,它在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢(shì),發(fā)展初期主要側(cè)重于回路調(diào)節(jié)功能。與PLC系統(tǒng)相比，功能較為完善，但成本較高。目前，大多用于中、大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)中。二、PLC與集散控制系統(tǒng)（DCS）比較這兩種設(shè)備都在隨著微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路芯片、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等的發(fā)展而發(fā)展,同時(shí)都向?qū)Ψ綌U(kuò)展自己的技術(shù)功能。特別是大型PLC出現(xiàn)后，由于其運(yùn)算速度快，存儲(chǔ)器容量大，處理功能完善，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)形式多樣，現(xiàn)已在中、大型系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。三、PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)比較

這兩種設(shè)備都適合于工業(yè)控制應(yīng)用。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是由通用微機(jī)推廣應(yīng)用發(fā)展起來的,在硬件結(jié)構(gòu)方面,總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高,品種兼容性強(qiáng),是微機(jī)廠及芯片制造廠開發(fā)的?？删幊绦蚩刂破魇怯呻姎饪刂茝S家研制生產(chǎn)的,從開始就是針對(duì)工業(yè)順序控制而發(fā)展起來的。因此硬件結(jié)構(gòu)專用、各廠家產(chǎn)品不兼容。工業(yè)控制機(jī)由于直接由通用微機(jī)而來,采用板卡結(jié)構(gòu)，軟件資源較為豐富,特別是有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持,