模塊3 PLC的認識和初步應用

模塊3PLC的認識和初步應用認識PLC§3.1.1PLC的產生和發(fā)展§3.1.2PLC的定義和分類§3.1.3PLC的功能和特點§3.1.4PLC的結構與工作過程傳統(tǒng)的生產機械自動控制裝置→繼電器控制系統(tǒng)

優(yōu)點→結構簡單、價格低廉、容易操作。缺點→體積龐大、生產周期長、接線復雜、故障率高、可靠性及靈活性差。應用→比較適用于工作模式固定，控制邏輯簡單等工業(yè)應用場合。

§3.1.1PLC的產生和發(fā)展用戶迫切需要一種先進的自動控制裝置繼電器控制系統(tǒng)先進自動控制系統(tǒng)

什么時間？誰提出要造PLC？

二十世紀六十年代末期，美國汽車制造工業(yè)競爭十分激烈，為了適應市場從少品種大批量生產向多品種小批量生產的轉變，為了盡可能減少轉變過程中控制系統(tǒng)的設計制造時間，減少經濟成本，1968年美國通用汽車公司GM（GenerlMotors）公開招標，要求用新的控制裝置取代生產線上的繼電接觸器控制系統(tǒng)。PLC的產生和發(fā)展可編程序邏輯控制器的產生

美國數字設備公司（DEC）根據這一設想，于1969年研制成功了第一臺可編程序控制器。由于當時主要用于順序控制，只能進行邏輯運算，故稱為可編程序邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）。KM2SB1SB3FRQFRFUM3

~~~SB2KM1KM2KM1KM2KM1KM2KM1

繼電接觸器電動機正反轉控制線路案例：正反轉電路QFRFUM3

~~~KM1KM2M+0VM10.00.10.20.30.4…S7-200CPULNCOM00.00.10.20.3…SB1SB2SB3KM1KM2KM1KM2PLC電動機正反轉控制線路I0.0Q0.0I0.1I0.2Q0.1Q0.0I0.1Q0.1I0.0I0.2Q0.0Q0.1PLC電動機正反轉控制程序()()PLC從產生到現(xiàn)在經歷了幾代的發(fā)展過程？

第二代PLC（1973～1975年）：采用了8位微處理器及半導體存儲器，增加了數字運算、傳送、比較等功能，能實現(xiàn)模擬量的控制，開始具備自診斷功能，初步形成系列化。

從PLC產生到現(xiàn)在，已發(fā)展到第四代產品。其過程基本可分為：

第一代PLC（1969～1972年）：大多用一位機開發(fā)，用磁芯存儲器存儲，只具有單一的邏輯控制功能，機種單一，沒有形成系列化。

第四代PLC（1983年～現(xiàn)在）：不僅全面使用16位、32位高性能微處理器，高性能位片式微處理器，RISC(reducedinstructionsetcomputer)精簡指令系統(tǒng)CPU等高級CPU，而且在一臺PLC中配置多個微處理器，進行多通道處理，同時生產了大量內含微處理器的智能模塊，使得第四代PLC產品成為具有邏輯控制功能、過程控制功能、運動控制功能、數據處理功能、聯(lián)網通信功能的真正名符其實的多功能控制器。

第三代PLC（1976～1983年）：隨著高性能微處理器及位片式CPU在PLC中大量的使用，PLC的處理速度大大提高，從而促使它向多功能及聯(lián)網通信方向發(fā)展，增加了多種特殊功能，如浮點數的運算、三角函數、表處理、脈寬調制輸出等，自診斷功能及容錯技術發(fā)展迅速。

由于PLC的發(fā)展，使其功能已經遠遠超出了邏輯控制的范圍，因而用“PLC”已不能描述其多功能的特點。1980年，美國電氣制造商協(xié)會(NEMA)給它起了一個新的名稱，叫"programmablecontroller”，簡稱PC。由于PC這一縮寫在我國早已成為個人計算機(personalcomputer)的代名詞，為避免造成名詞術語混亂，因此在我國仍沿用PLC表示可編程控制器。

正是由于PLC具有多種功能，并集三電（電控裝置、電儀裝置、電氣傳動控制裝置）于一體，使得PLC在工廠中備受歡迎，用量高居首位，成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一?！?.1.2PLC的定義和分類PLC的定義

經歷：可編程邏輯控制器（PLC）→可編程控制器（PC）

通用叫法：可編程序控制器（ProgrammableController，PC），是一臺專為工業(yè)環(huán)境應用而設計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅動能力。但由于PC容易和個人計算機（PersonalComputer）混淆，所以人們還沿用PLC作為可編程控制器的英文縮寫。

國際電工委員會（IEC）對可編程控制器的定義：

“可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程?！盤LC的分類按安裝結構分模塊式整體式PLC的分類

整體化緊湊型PLC：電源、CPU中央處理系統(tǒng)、I/O接口都集成在一個機殼內。如西門子S7-200系列。

CPU（基本單元）+擴展模塊標準模塊式PLC：各種模塊相互獨立，并安裝在固定的機架（導軌）上，構成一個完整的PLC應用系統(tǒng)。如：西門子S7-300、S7-400系列。

PS(電源模塊)CPU

IM(接口模塊)SM:DISM:DOSM:AISM:AO

CP:-點-到-點-PROFIBUS-工業(yè)以太網PLC的分類按點數功能分中型機小型機大型機I/O點數：指PLC面板上連接輸入和輸出信號用的端子的個數。用輸入點數和輸出點數的和來表示。1．小型機小型PLCI/O總點數一般在256點以下，用戶程序存儲器容量在4KB左右。2．中型機中型PLC的I/O總點數在256～2048點之間，用戶程序存儲器容量達到8KB左右。3．大型機大型PLC的I/O總點數在2048點以上，用戶程序存儲器容量達到16KB以上。按PLC的功能分類分類主要功能應用場合低檔PLC具有邏輯運算、定時、計數、移位，及自診斷、監(jiān)控等基本功能。有些還有少量模擬量I/O功能和算術運算等功能開關量控制、定時、計數控制、順序控制等場合，有模擬量I/O功能的低檔PLC應用更廣中檔PLC除具有上述低檔機的功能外，還具有較強的模擬量I/O功能、算術運算、數據比較、數據傳送，以及遠程I/O通信聯(lián)網等功能適用于既有開關量又有模擬量的較為復雜的控制系統(tǒng)，如過程控制、位置控制等高檔PLC除具有一般中低檔機的功能外，還具有較強的數據處理功能和模擬調節(jié)、特殊功能函數運算、監(jiān)視、記錄、打印等功能，以及更強的通信聯(lián)網功能，能進行中斷控制、智能控制、過程控制等可用于大規(guī)模的過程控制，構成分布式控制系統(tǒng)，形成整個工廠的自動化網絡按生產廠家分類：1.日本立石（OMRON歐姆龍）公司：C系列；2.日本三菱（MITSUBISHI）公司：F、F1、F2、FX2系列；3.日本松下（PANASONIC）電工公司：FP1系列；4.美國通用電氣（GE）公司：GE系列；5.美國艾論—布拉德利（A-B）公司：PLC-5系列；6.德國西門子（SIEMENS）公司：S5、S7系列。§3.1.3PLC的功能和特點PLC的功能

控制功能

邏輯控制定時控制計數控制順序控制1.邏輯量控制

PLC最基本的應用，可用PLC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。在單機控制、多機群控和自動生產線控制方面都有很多成功的應用實例。如：機床電氣控制、起重機、皮帶運輸機和包裝機械的控制、注塑機的控制、電梯的控制、飲料灌裝生產線、家用電器(電視機、冰箱、洗衣機等)自動裝配線的控制、汽車、化工、造紙、軋鋼自動生產線的控制等。2.模擬量控制

PLC都具有模擬量處理功能，通過模擬量I／O模塊可對溫度、壓力、速度、流量等連續(xù)變化的模擬量進行控制，而且編程和使用都很方便。

PLC的模擬量控制功能已廣泛應用于工業(yè)生產各個行業(yè)，例如自動焊機控制、鍋爐運行控制、連軋機的速度和位置控制等都是典型的閉環(huán)過程控制的應用場合。3.運動控制指PLC對直線運動或圓周運動的控制，也稱為位置控制。早期：PLC通過開關量I/O模塊+位置傳感器+執(zhí)行機構。現(xiàn)在：使用專用的運動控制模塊來完成。應用：金屬切削機床、電梯、機器人等各種機械設備上，典型的如PLC和計算機數控裝置(CNC)組合成一體，構成先進的數控機床。PLC的功能

數據采集、存儲與處理功能數學運算功能數據處理模擬數據處理數據處理：

現(xiàn)代PLC都具有不同程度的數據處理功能，能夠完成數學運算(函數運算、矩陣運算、邏輯運算)、數據的移位、比較、傳遞、數值的轉換和查表等操作，對數據進行采集、分析和處理。數據處理通常用在大、中型控制系統(tǒng)中，如柔性制造系統(tǒng)、機器人的控制系統(tǒng)等。PLC的功能

輸入/輸出接口調理功能具有A/D、D/A轉換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調節(jié)。PLC的功能

通信、聯(lián)網功能PROFIBUSDPPROFIBUSPA(Ex)PROFIBUSPA指PLC與PLC之間、PLC與上位計算機或其他智能設備間的通信，利用PLC和計算機的RS-232或RS-422接口、PLC的專用通信模塊，用雙絞線和同軸電纜或光纜將它們聯(lián)成網絡，可實現(xiàn)相互間的信息交換，構成“集中管理、分散控制”的多級分布式控制系統(tǒng)，建立工廠的自動化網絡。PLC的功能

人機界面功能PLC的功能

編程、調試等使用復雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏，進行編程、調試、監(jiān)視、試驗和記錄，并通過打印機打印出程序文件。

STEP7ProToolMPIcable有MPI接口的PG或PC傳送帶生產線控制灌裝及包裝機械木材加工電梯控制空調控制紡織機械印刷機械PLC的特點

高可靠性豐富的I/O接口模塊采用模塊化結構運行速度快功能完善編程簡單，易于使用系統(tǒng)設計、安裝、調試方便維修方便，維修工作量小體積小、重量輕、能耗低、總價格低被控對象輸入設備（按鈕、行程開關等）輸出設備（接觸器、電磁閥等）繼電器控制系統(tǒng)（由繼電器和連接導線組成）PLC（由程序實現(xiàn)邏輯控制）PLC控制與繼電器控制的比較：硬件存儲器CPUI/O接口編程器電源系統(tǒng)程序用戶程序

可編程控制器由哪幾部分組成？相輔相成，缺一不可軟件§3.1.4PLC的構成和工作原理可編程控制器的硬件結構PLC硬件系統(tǒng)組成主要包括：主機輸入/輸出擴展單元外部設備組成外部設備現(xiàn)場用戶輸出設備微處理器（CPU）運算器控制器輸出部件輸入部件系統(tǒng)存儲器用戶存儲器I/O擴展接口通訊及編程接口編程設備計算機打印機等傳感器按鈕、開關現(xiàn)場信號電磁閥中間繼電器執(zhí)行器現(xiàn)場用戶輸入設備擴展設備擴展單元通訊模塊功能模塊電源變換器～110V/220V市電PLC基本單元PLC系統(tǒng)結構示意圖PLC的主機：PLC主機存儲器中央處理器CPU輸入輸出電路外部設備接口總線電源中央處理器（CPU）：PLC的核心接收并存儲用戶程序和數據；診斷電源、PLC工作狀態(tài)及編程的語法錯誤；接收輸入信號，送入數據寄存器并保存；運行時順序讀取、解釋、執(zhí)行用戶程序，完成用戶程序的各種操作；將用戶程序的執(zhí)行結果送至輸出端。PLC的硬件系統(tǒng)-主機系統(tǒng)存儲器——系統(tǒng)程序存儲器+系統(tǒng)數據存儲器存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序）；存放模塊化應用功能子程序；存放命令解釋程序；存放功能子程序的調用管理程序；存放存儲系統(tǒng)參數。PLC硬件系統(tǒng)-主機ROM：ROM中的內容只能讀出，不能寫入。特點：電源消失后，仍能保持存儲器的內容。應用：用來存放PLC的系統(tǒng)程序。用戶存儲器——RAM/EEPROM存放用戶工作程序；存放工作數據。PLC硬件系統(tǒng)-主機PLC說明書所列的存儲器及容量是指用戶程序存儲器而言。RAM（讀/寫存儲器）：用戶可以讀/寫RAM中的內容。特點：電源中斷后，存儲的信息將會丟失。工作速度高、價格便宜、改寫方便。在關斷PLC的外部電源后，可以用鋰電池保存RAM中的數據和程序。EEPROM：可以用編程裝置對其進行訪問，兼有ROM非易失性和RAM的隨機存取優(yōu)點，但是寫入數據所需時間比RAM長的多。S7-200用其來存儲用戶程序和需要長期保存的數據。工作數據存儲器：

用來存儲工作數據，即用戶程序中使用的ON/OFF狀態(tài)、數值數據等。在數據存儲區(qū)開辟有元件映像寄存器和數據表。元件映像寄存器：用來存儲開關量輸入/輸出狀態(tài)以及定時器、計數器、輔助繼電器等內部器件的ON/OFF狀態(tài)。數據表：用來存放各種數據，它存儲用戶程序執(zhí)行時的某些可變參數值及A-D轉換得到的數字量和數字運算的結果等。輸入輸出接口（I/O接口）：PLC與被控設備相連接的接口電路。用戶設備需輸入PLC的各種控制信號，如限位開關、操作按鈕、選擇開關、行程開關等輸出的開關量，通過輸入接口電路將這些信號轉換成中央處理單元能夠接收和處理的信號。

輸出接口電路將中央處理單元送出的弱電控制信號轉換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅動電磁閥、接觸器、電機等被控設備的執(zhí)行元件。PLC硬件系統(tǒng)-主機輸入接口一種典型的輸入接口電路，如下：PLC硬件系統(tǒng)-主機光電耦合-隔離輸入接口：采用光電耦合器、濾波電路，防止強電干擾。無源式直流輸入交、直流輸入限流電阻發(fā)光二極管光電三極管濾波電路PLC硬件系統(tǒng)-主機輸出接口繼電器輸出接口晶體管輸出接口晶閘管輸出接口PLC硬件系統(tǒng)-主機輸出接口繼電器輸出接口PLC硬件系統(tǒng)-主機優(yōu)點：電壓范圍寬、導通壓降小、價格便宜、適合交直流負載。缺點：觸點壽命短、觸點斷開時有電弧，易產生干擾、轉換頻率低，響應時間約為10ms。繼電器輸出：可帶直流、也可帶交流繼電器實現(xiàn)電氣隔離、功率放大輸出接口晶體管輸出接口PLC硬件系統(tǒng)-主機優(yōu)點：壽命長、無噪聲、可靠性高、響應速度快。缺點：價格高、過載能力差、不適合交流負載。晶體管輸出：只可帶直流輸出接口晶閘管輸出接口PLC硬件系統(tǒng)-主機優(yōu)點：壽命長、無噪聲、可靠性高、可驅動交流負載。缺點：價格高、負載能力較差。光控晶閘管消除瞬間電壓波動晶閘管輸出：只可帶交流輸出接口PLC硬件系統(tǒng)-主機繼電器線圈及觸點繼電器式輸出接口端子接線圖輸出接口PLC硬件系統(tǒng)-主機晶體管式輸出接口端子接線圖光電隔離器輸出接口PLC硬件系統(tǒng)-主機晶閘管式輸出接口端子接線圖光電隔離CPU226繼電器輸入輸出電路的接線圖電源部分電源部分將交流電源轉換為供PLC的CPU、存儲器等電子電路工作所需的直流電源，使PLC能正常工作。目前大部分PLC采用開關電源的形式，對于外部交流電源有很寬的電壓調節(jié)適應范圍。有些PLC的電源部件還能向外提高直流24V電源，用于外部設備供電。良好的穩(wěn)壓措施PLC硬件系統(tǒng)-主機PLC硬件系統(tǒng)-主機通訊及編程接口：連接專用編程器；連接個人電腦（PC），實現(xiàn)編程及在線監(jiān)控；連接工控機，實現(xiàn)編程及在線監(jiān)控；連接網絡設備（如調制解調器），實現(xiàn)遠程通訊；連接打印機等計算機外設。PLC硬件系統(tǒng)組成-I/O擴展單元I/O擴展接口——采用并行通訊方式擴展I/O模塊；擴展位置控制模塊；擴展通訊模塊；擴展模擬量控制模塊。PLC硬件系統(tǒng)組成-外部設備編程器：編程器是PLC的重要外圍設備，使用編程器將用戶編寫的程序存入用戶程序存儲區(qū)，實現(xiàn)人與PLC的對話。簡易編程器圖形編程器外部存儲器、打印機、EPROM寫入器PLC手持編程器液晶顯示窗工作方式開關指令鍵數字鍵編輯鍵通信電纜3.1.4PLC的工作原理與工作過程

可編程序控制器的工作原理P