可編程序控制器概述課件

1.1可編程序控制器概述

1.1.1PLC的由來

1968年，美國通用汽車公司(GM公司)為了在每次汽車改型或改變工藝流程時不改動原有繼電器柜內(nèi)的接線，以便降低生產(chǎn)成本，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，而提出了研制新型邏輯順序控制裝置，并提出了該裝置的研制指標(biāo)要求，即10項招標(biāo)技術(shù)指標(biāo)，這10指標(biāo)實際上就是當(dāng)今可編程序控制器最基本的功能。將它們歸納一下，其核心為以下四點(diǎn)：

(1)用計算機(jī)代替繼電器控制盤。

(2)用程序代替硬件接線。

(3)輸入/輸出電平可與外部裝置直接連接。

(4)結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展

1.1可編程序控制器概述

1.1.1PLC的由來

美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）中標(biāo)并于1969年研出了世界上第一臺可編程序控制器，并應(yīng)用于通用汽車公司的生產(chǎn)線上。當(dāng)時叫可編程邏輯控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能。緊接著，美國MODICON公司也開發(fā)出同名的控制器，1971年，日本從美國引進(jìn)了這項新技術(shù)，很快研制成了日本第一臺可編程控制器。1973年，西歐國家也研制出他們的第一臺可編程控制器。美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）中標(biāo)并于1969年研出了世界

1.1.2可編程序控制器的定義、分類及特點(diǎn)

1.可編程序控制器的定義由于PLC在不斷發(fā)展，因此，對它進(jìn)行確切的定義是比較困難的。1982年，國際電工委員會(InternationalElectricalCommittee，IEC)頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案，1985年提交了第2版，并在1987年的第3版中對PLC作了如下的定義：PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸?shù)妮斎牒洼敵觥？刂聘鞣N類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體和易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。1.1.2可編程序控制器的定義、分類及特點(diǎn)1.可編

控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體和易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。上述的定義表明，PLC是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微處理器為基礎(chǔ)，結(jié)合計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)，用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”編程的一種簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。

2.可編程序控制器的分類（1）PLC硬件結(jié)構(gòu)的類型可編程序控制器發(fā)展很快，目前，全世界有幾百家工廠正在生產(chǎn)幾千種不同型號的PLC。為了便于在工業(yè)現(xiàn)場安裝，便于擴(kuò)展，方便接線，其結(jié)構(gòu)與普通計算機(jī)有很大區(qū)別。通常從組成結(jié)構(gòu)形式上將這些PLC分為兩類：一類是一體化整體式PLC，另一類是結(jié)構(gòu)化模塊式PLC。控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)

（2）PLC的分類

為了適應(yīng)不同工業(yè)生產(chǎn)過程的應(yīng)用要求，可編程序控制器能夠處理的輸入/輸出信號數(shù)是不一樣的。一般將一路信號叫做一個點(diǎn)，將輸入點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)數(shù)的總和稱為機(jī)器的點(diǎn)。按照I/O點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為超小(微)、小、中、大、超大等五種類型。如表1-1所示。

表1-1按I/O點(diǎn)數(shù)分類

按功能分類可分為低檔機(jī)、中檔機(jī)、高檔機(jī)。如表1-2所示表1-2按功能分類

（2）PLC的分類

表1-2按功能分類3.可編程序控制器的特點(diǎn)

PLC能如此迅速發(fā)展的原因，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。其主要特點(diǎn)如下：（1）編程方法簡單易學(xué)

（2）功能強(qiáng)，性能價格比高（3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng).（4）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)（5）系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少（6）維修工作量小，維修方便（7）體積小，能耗低（2）功能強(qiáng)，性能價格比高

1.1.3可編程序控制器的功能和應(yīng)用

1.開關(guān)邏輯和順序控制這是PLC應(yīng)用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行順序邏輯控制，從而可以實現(xiàn)各種簡單或十分復(fù)雜的控制要求。

2.模擬控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中，許多連續(xù)變化的需要進(jìn)行控制的物理量，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。為了實現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域?qū)δM量控制的廣泛要求，目前大部分PLC產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能。特別是當(dāng)系統(tǒng)中模擬量控制點(diǎn)數(shù)不多，同時混有較多的開關(guān)量時，PLC具有其他控制裝置所無法比擬的優(yōu)勢。另外，某些PLC產(chǎn)品還提供了典型控制策略模塊，如PID模塊，從而可實現(xiàn)對系統(tǒng)的PID等反饋或其他模擬量的控制運(yùn)算。1.1.3可編程序控制器的功能和應(yīng)用

1.開關(guān)邏輯和順

3.定時控制

PLC具有很強(qiáng)的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個定時器與計數(shù)器。如果需要對頻率較高的信號進(jìn)行計數(shù)，則可以選擇高速計數(shù)器。4.數(shù)據(jù)處理

新型PLC它不僅具有算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送的能力，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等功能，有的PLC還可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算和函數(shù)運(yùn)算。5.通信聯(lián)網(wǎng)把PLC作為下位機(jī)，與上位機(jī)或同級的可編程序控制器進(jìn)行通信，可完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的信息控制和管理，因此PLC是實現(xiàn)工廠自動化的理想工業(yè)控制器。6.信號聯(lián)鎖系統(tǒng)信號聯(lián)鎖是安全生產(chǎn)所必需的。3.定時控制

1.1.4可編程序控制器的發(fā)展趨勢1．增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通信功能2．發(fā)展智能模塊3．外部診斷功能4．編程語言、編程工具標(biāo)準(zhǔn)化、高級化5．軟件、硬件的標(biāo)準(zhǔn)化6．組態(tài)軟件的迅速發(fā)展1.1.4可編程序控制器的發(fā)展趨勢1．增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通信功能

工業(yè)控制計算機(jī)，其硬件系統(tǒng)都大體相同，主要由中央處理器模塊、存儲器模塊、輸入輸出模塊、編程器和電源等幾部分構(gòu)成，如圖1-1所示。工業(yè)控制計算機(jī)，其硬件系統(tǒng)都大體相同，主要由中央處理

1．中央處理器（CPU）

CPU是PLC的核心部件，主要用來運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)以及進(jìn)行邏輯判斷和數(shù)據(jù)處理。CPU用掃描的方式讀取輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，從內(nèi)存逐條讀取用戶程序，通過解釋后按指令的規(guī)定產(chǎn)生控制信號，然后分時、分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、比較和變換等處理過程，完成用戶程序所設(shè)計的邏輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù)，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制輸出設(shè)備響應(yīng)外部設(shè)備的請求以及進(jìn)行各種內(nèi)部診斷。

2．存儲器可編程控制器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，只讀存儲器ROM用以存放系統(tǒng)程序，可編程控制器在生產(chǎn)過程中將系統(tǒng)程序固化在ROM中的。用戶程序和中間運(yùn)算數(shù)據(jù)存放的隨機(jī)存儲器RAM中，RAM存儲器是一種高密度、低功耗、價格便宜的半導(dǎo)體存儲器，可用鋰電池做備用電源。1．中央處理器（CPU）

3．電源

PLC的電源是指為CPU、存儲器和I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配備的直流開關(guān)電源。電源的交流輸入端一般都有脈沖吸收電路，交流輸入電壓范圍一般都比較寬，抗干擾能力比較強(qiáng)。電源的直流輸電壓多為直流5V和直流24V。直流5V電源供PLC內(nèi)部使用，直流24V電源除供內(nèi)部使用外還可以供輸入/輸出單元和各種傳感器使用。

4．輸入/輸出接口

PLC內(nèi)部輸入電路作用是將PLC外部電路（如行程開關(guān)、按鈕、傳感器等）提供的符合PLC輸入電路要求的電壓信號，通過光電耦合電路送至PLC內(nèi)部電路。輸入電路有直流輸入電路、交流輸入電路和交直流輸入電路。輸入電路通常以光電隔離和阻容濾波的方式提高抗干擾能力，根據(jù)輸入信號形式的不同，可分為模擬量I/O單元、數(shù)字量I/O單元兩大類。根據(jù)輸入單元形式的不同，可分為基本I/O單元、擴(kuò)展I/O單元兩大類。3．電源

PLC內(nèi)部輸出電路作用是將輸出映像寄存器的結(jié)果通過輸出接口電路驅(qū)動外部的負(fù)載（如接觸器線圈、電磁閥、指示燈等）。輸出電路用于把用戶程序的邏輯運(yùn)算結(jié)果輸出到PLC外部，輸出電路具有隔離PLC內(nèi)部電路和外部執(zhí)行元件的作用，還具有功率放大的作用。輸出電路有晶體管輸出型、可控硅輸出型和繼電器輸出型三種。功能模塊是一些智能化的輸入/輸出電路。如溫度檢測模塊、位置檢測模塊、位置控制模塊和PID控制模塊等。（1）輸入接口電路由于生產(chǎn)過程中使用的各種開關(guān)、按鈕、傳感器等輸入器件直接接到PLC輸入接口電路上，為防止由于觸點(diǎn)抖動或干擾脈沖引起錯誤的輸入信號，輸入接口電路必須有很強(qiáng)的抗干擾能力。以直流輸入電路為例，如圖1-2所示，輸入接口電路提高抗干擾能力的方法主要有利用光電耦合器提高抗干擾能力和利用濾波電路提高抗干擾能力。PLC內(nèi)部輸出電路作用是將輸出映像寄存器的結(jié)果通過輸出接口電

圖1-2直流輸入電路

（2）輸出接口電路根據(jù)驅(qū)動負(fù)載元件不同可將輸出接口電路分為3種：①小型繼電器輸出形式。如圖1-3所示。這種輸出形

式既可驅(qū)動交流負(fù)載，又可驅(qū)動直流負(fù)載。驅(qū)動負(fù)載的能力在2A左右。圖1-3所示電路工作原理是：當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為1時，使繼電器K的線圈通電，產(chǎn)生電磁吸力，觸點(diǎn)閉合，則負(fù)載得電，同時點(diǎn)亮LED，表示該路輸出點(diǎn)有輸出。當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為0時，使繼電器K的線圈無電流，觸點(diǎn)斷開，則負(fù)載斷電，同時LED熄滅，表示該路輸出點(diǎn)無輸出。

圖1-3小型繼電器輸出形式電路式既可驅(qū)動交流負(fù)載，又可驅(qū)動直流負(fù)載。驅(qū)動負(fù)載的能力在

②大功率晶體管或場效應(yīng)管輸出形式。如圖1-4所示。這種輸出形式只可驅(qū)動直流負(fù)載。驅(qū)動負(fù)載的能力：每一個輸出點(diǎn)為零點(diǎn)幾安培左右。它的優(yōu)點(diǎn)是可靠性強(qiáng)，執(zhí)行速度快，壽命長。缺點(diǎn)是過載能力差。適合在直流供電、輸出量變化快的場合選用。圖1-4所示電路工作原理是：當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為1時，光電耦合器T1導(dǎo)通，使大功率晶體管VT飽和導(dǎo)通，則負(fù)載得電，同時點(diǎn)亮LED，表示該路輸出點(diǎn)有輸出。當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為0時，光電耦合器T1斷開，大功率晶體管VT截止，則負(fù)載失電，LED熄滅，表示該路輸出點(diǎn)無輸出。VD為保護(hù)二極管，可防止負(fù)載電壓極性接反或高電壓、交流電壓損壞晶體管。FU的作用是：防止負(fù)載短路時損壞PLC。當(dāng)負(fù)載為電感性負(fù)載，VT關(guān)斷時會產(chǎn)生較高的反電勢所以必須給負(fù)載并聯(lián)續(xù)流二極管，為其提供放電回路，避免VT承受過電壓。

圖1-4大功率晶體管輸出形式電路

③雙向晶閘管輸出形式。如圖1-5所示。這種輸出形式適合驅(qū)動交流負(fù)載。由于雙向可控硅和大功率晶體管同屬于半導(dǎo)體材料元件，所以優(yōu)缺點(diǎn)與大功率晶體管或場效應(yīng)管輸出形式的相似，適合在交流供電、輸出量變化快的場合選用。圖1-5所示電路工作原理是：當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為1時，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，相當(dāng)于雙向晶閘管施加了觸發(fā)信號，無論外接電源極性圖1-5雙向可控硅輸出形式電路

如何，雙向晶閘管T均導(dǎo)通，負(fù)載得電，同時輸出指示LED點(diǎn)亮，表示該輸出點(diǎn)接通；當(dāng)對應(yīng)T的內(nèi)部繼電器的狀態(tài)為0時，雙向晶閘管施加了觸發(fā)信號，雙向晶閘管關(guān)斷，此時LED不亮，負(fù)載失電。這種輸出接口電路驅(qū)動負(fù)載的能力