第三章 可編程序控制器(備份)

可編程控制器及其系統(tǒng)是實現工廠自動化的重要手段，是綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)?？删幊炭刂破鲝V泛地應用于冶金、化工、交通、電力、制造等領域。是現代工業(yè)控制的支柱技術之一。本部分使學生初步了解可編程控制器在工廠自動化中的應用，掌握基本的工作原理和編程方法，了解和掌握在工廠自動化實踐中使用可編程控制器進行應用系統(tǒng)設計的基本方法。

第三章可編程序控制器第一節(jié)可編程序控制器系統(tǒng)的產生與定義一PLC產生上世紀60年代，計算機技術已開始應用于工業(yè)控制了。但由于計算機技術本身的復雜性，編程難度高、難以適應惡劣的工業(yè)環(huán)境以及價格昂貴等原因，未能在工業(yè)控制中廣泛應用。當時的工業(yè)控制，主要還是以繼電—接觸器組成控制系統(tǒng)。1968年，美國最大的汽車制造商——通用汽車制造公司（GM），為適應汽車型號的不斷翻新，試圖尋找一種新型的工業(yè)控制器，以盡可能減少重新設計和更換繼電器控制系統(tǒng)的硬件及接線、減少時間，降低成本?？删幊炭刂破鞯拿Q1980年美國電氣制造商協(xié)會NEMA正式命名：ProgrammableController可編程控制器早期的PLC是用來替代繼電器、接觸器控制的。它主要用于順序控制，只能實現邏輯運算。因此，被稱為可編程邏輯控制器（Programmablelogiccontroller，略寫PLC)。隨著電子技術、計算機技術的迅速發(fā)展，可編程控制器的功能已遠遠超出了順序控制的范圍。被稱為可編程控制器（Programmablecontroller，略寫PC)。為區(qū)別于PersonalComputer(PC)，故沿用PLC這個略寫?，F在PLC是指可編程控制器ProgrammableController，而不是可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）。注意PC，PLC，IPC（IndustrialPersonalComputer）的區(qū)別二、可編程控制器的定義1-8國際電工委員會(IEC)在可編程控制器標準IEC1131中做了如下定義：可編程控制器是一種數字運算的電子系統(tǒng)，專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程的存儲器，用來在其內部執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的面向用戶的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械和生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。第二節(jié)可編程序控制器的發(fā)展1968年美國通用汽車公司GM公開招標，尋求一種新的控制裝置。1969年DEC公司推出了世界上第一臺可編程序控制器，并試用成功。接著，美國MODICON公司也開發(fā)出可編程序控制器，我國74年開始研制，77年開始應用。

70年代中期，美日一些廠家將微處理器引入可編程控制器，從而徹底打破了可編程控制器作為繼電控制系統(tǒng)替代品的框框。70年代末期到80年代初，為解決各廠家的可編程控制器系統(tǒng)各自為政、無法互聯的局面，GM開始制訂MAP(ManufacturingAutomationProtocol)，可編程控制器網絡走上標準化道路。90年代，迅速發(fā)展的各種網絡和現場總線技術被廣泛地集成在可編程控制器系統(tǒng)中，可編程控制器及其相關系統(tǒng)為工廠自動化提供一種全集成自動化TIA的解決方案。一、歷史二、發(fā)展趨勢向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展向大容量，高速度方向發(fā)展智能化模塊的發(fā)展人機界面的發(fā)展在過程控制領域使用以及PLC的冗余特性開放性和標準化通訊聯網功能的增強和易用性軟PLC(在保留PLC功能的前提下，采用面向現場總線網絡的體系結構，采用開放的通信接口，如以太網、高速串口等；采用各種相關的國際工業(yè)標準和一系列的事實上的標準；全部用軟件來實現傳統(tǒng)PLC的功能。)PACPAC(PAC包括PLC的主要功能和擴大的控制能力，以及PC-based控制中基于對象的、開放數據格式和網絡連接等功能。)PLC在現場總線控制中位置第三節(jié)可編程序控制器的應用領域單機電氣控制系統(tǒng)制造業(yè)自動化運動控制過程工業(yè)自動化第四節(jié)可編程序控制器的特點抗干擾能力強，可靠性高控制系統(tǒng)結構簡單，通用性強編程方便,易于使用功能強大，成本低設計、施工、生產調試的周期短維護方便第五節(jié)跟其他控制系統(tǒng)比較控制邏輯工作方式可靠性和可維護性控制速度定時控制設計和施工與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別本質區(qū)別使用場合使用過程使用成本學習難易程度就業(yè)方向與單片機控制系統(tǒng)的區(qū)別與DCS、FCS控制系統(tǒng)的區(qū)別DCS：用于連續(xù)過程控制系統(tǒng)PLC：用于開關量控制為主的控制系統(tǒng)FCS：使用總線協(xié)議為核心的控制系統(tǒng)1、按I/O點數容量分類可編程控制器的規(guī)模以所配置的輸入/輸出點數來衡量小型：I/O點數<128中型：I/O點數128-2048大型：I/O點數>2048

應該指出大、中、小的規(guī)模主要是指I/O點數，程序容量在目前的多數可編程控制器中是可以擴展，擴展后可達數十兆。第六節(jié)PLC的分類2、按結構形式分類：整體式它將電源、CPU和少量I/O(開關量)組裝在一個機殼內，稱為基本單元。當I/O點數不足或需要諸如模擬量I/O等功能時就需要通過扁平電纜(并行內部總線)連接擴展單元。小型可編程控制器較多地采用這種形式，其結構緊湊，便于安裝，成本降低。模塊式可編程控制器的各個功能模塊在結構上也以單獨的模塊形式出現，如電源模塊，中央處理模塊，各種I/O模塊，他們通過一個共同的基板或者機架上的內部總線構成一個完整的控制系統(tǒng)。這種結構一般在中大型、高檔產品中采用。隨著近年來小型產品高檔化的發(fā)展趨勢，在小型系統(tǒng)中也有出現。Series90?-70S7-200基本單元擴展模塊擴展模塊根據性能分類低檔：性能主要局限于原來的繼電器控制系統(tǒng)的替代品。功能主要是各種邏輯運算，定時，計數，移位等。主要配置開關量輸入/輸出模塊。中檔：除了低檔可編程控制器具備的功能外，中檔產品具備了諸如數據運算、傳遞、比較、代碼轉換等功能，開關量I/O點數也較多，另外有模擬量I/O和遠程I/O，其中遠程I/O借助于通訊功能來實現。高檔：除了中低檔產品的功能外，高檔產品借助于其一個或多個高性能的微處理器為工業(yè)應用提供了大量的高級功能，諸如浮點運算、文件管理，往往提供了對上，對下的多種網絡通訊方式，高檔產品是一個完整系列產品，為整個工廠自動化提供了一個完整的解決方案。SIEMENSMatsushitaSeries90?-30SchneiderTSXNezaModiconTSXQuantum

TSXPremium

TSXMomentumTSXMicroTSXCompact第七節(jié)PLC的系統(tǒng)組成1.中央處理單元

中央處理單元（CPU）一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片上。

CPU的主要功能：1）從存儲器中讀取指令

2）執(zhí)行指令3）順序取指令4）處理中斷2.存儲器

1）只讀存儲器ROM

2）隨機存儲器RAM

3.輸入/輸出單元

（1）輸入接口電路

為了防止各種干擾信號和高電壓信號進入PLC，影響其可靠性或造成設備損壞，現場輸入電路一般有光電耦合器電路進行隔離。輸入類型有直流、交流、交直流。源型輸入是指輸入點接入直流正極有效

漏型輸入是指輸入點接入直流負極有效直流開關量輸入接口電路2）輸出接口電路

PLC輸出電路用來驅動被控負載（電磁鐵、繼電、接觸器線圈等）。PLC輸出電路結構形式分為繼電器式，晶體型和晶閘管式三種。三種形式特點：繼電器--低速大功率 晶閘管--高速大功率 晶體管--高速小功率NPN集電極開路型漏型輸出是指輸出的是直流負極

PNP集電極開路型源型輸出是指輸出的是直流正極I/O電路的外部接線匯點式分隔式輸出模塊的外部接線匯點式

分隔式SINK輸入接線（漏入）SINK輸出接線(漏出)SOURCE輸入接線(源入)

SOURCE輸出接線(源出)源入：電流由輸入點流入。漏入：電流由輸入點流出。源出：電流由輸出點流出。漏出：電流由輸出點流入I/O電路的電流方向4.其它

電源擴展接口、電源、擴展接口編程設備、附件。第八節(jié)PLC的工作原理1、PLC的工作方式與運行框圖電氣控制梯形圖：并行工作方式PLC梯形圖：串行工作方式2PLC的基本工作原理一、掃瞄CPU分時操作------掃瞄

掃瞄：從存儲器存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按地址號遞增的順序逐條掃瞄用戶程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結束。每掃瞄完一次程序就構成一個掃瞄周期，然后再從頭開始掃瞄，并周而復始地重復。理解PLC掃瞄的含義，與PC機工作方式有什么不同，掃瞄周期。影響周期的因數二、程序執(zhí)行過程

理解三個階段的作用1、輸入采樣階段（輸入處理）

在此階段，PLC以掃描方式順序將所有輸入端的輸入信號狀態(tài)(ON或OFF)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輸入刷新。在程序執(zhí)行