《電氣控制與PLC》第3章

第3章PLC概述學(xué)習(xí)情景引入：1、PLC是什么？2、PLC有何特點(diǎn)？3、PLC如何分類？4、編程言語(yǔ)是什么？5、PLC的運(yùn)用領(lǐng)域及開展趨勢(shì)是什么？6、對(duì)今后的學(xué)習(xí)及職業(yè)生涯有何影響？等等。。。3.1PLC的產(chǎn)生3.2PLC的特點(diǎn)3.3PLC的分類3.4PLC的編程言語(yǔ)3.5PLC的運(yùn)用領(lǐng)域及開展趨勢(shì)本章從如下幾個(gè)方面進(jìn)展論述3.1PLC的產(chǎn)生

3.1.1PLC的由來(lái)緣由：由于繼電器邏輯電路配線復(fù)雜3.1.1PLC的由來(lái)背景：1968年美國(guó)通用汽車公司〔GM〕，為了順應(yīng)汽車型號(hào)的不斷更新，消費(fèi)工藝不斷變化的需求，實(shí)現(xiàn)小批量、多種類消費(fèi)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡能夠減少重新設(shè)計(jì)和改換繼電器控制系統(tǒng)及接線，以降低本錢，縮短周期。1968年，GM公司提出十項(xiàng)設(shè)計(jì)規(guī)范：編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修正程序；維護(hù)簡(jiǎn)便，采用插件式構(gòu)造；可靠性高于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；數(shù)據(jù)可直接送入計(jì)算機(jī)；本錢可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)；輸入可為市電；輸出采用115V交流電壓，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、交流接觸器等；通用性強(qiáng)，擴(kuò)展方便;能存儲(chǔ)程序，存儲(chǔ)器容量可以擴(kuò)展到4KB。3.1.1PLC的由來(lái)1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制第一臺(tái)可編程控制器，并運(yùn)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。3.1.1PLC的由來(lái)什么是PLC？3.1.2PLC的定義是一種工業(yè)控制安裝是在電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的根底上開發(fā)出來(lái)的，并逐漸開展成為以微處置器為中心，將自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制安裝。通用叫法中文稱號(hào)為可編程控制器；英文稱號(hào)為ProgrammableLogicController，簡(jiǎn)稱PLC。3.1.2PLC的定義1987年，國(guó)際電工委員會(huì)〔IEC〕定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下運(yùn)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并經(jīng)過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或消費(fèi)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原那么設(shè)計(jì)〞。3.2PLC的特點(diǎn)可靠性高，抗干擾強(qiáng)功能強(qiáng)大，性價(jià)比高編程簡(jiǎn)易，現(xiàn)場(chǎng)可修正配套齊全，運(yùn)用方便壽命長(zhǎng)，體積小，能耗低系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修任務(wù)量少，維護(hù)方便3.3.1按I/O點(diǎn)數(shù)分小型PLCI/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以下的為小型PLC〔其中I/O點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的為超小型或微型PLC〕中型PLCI/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以上、2048點(diǎn)以下的為中型PLC大型PLCI/O點(diǎn)數(shù)為2048以上的為大型PLC〔其中I/O點(diǎn)數(shù)超越8192點(diǎn)的為超大型PLC〕3.3PLC的分類3.3.2按構(gòu)造方式分整體式PLC將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有構(gòu)造緊湊、體積小、價(jià)錢低等特點(diǎn)。3.3PLC的分類模塊式PLC將PLC各組成部分分別作成假設(shè)干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊〔有的含在CPU模塊中〕以及各種功能模塊。緊湊式PLC還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。模塊式PLC將PLC各組成部分分別作成假設(shè)干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊〔有的含在CPU模塊中〕以及各種功能模塊。緊湊式PLC還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。整體式PLC將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有構(gòu)造緊湊、體積小、價(jià)錢低等特點(diǎn)。3.3.3按功能分低檔PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等根本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通訊等功能。中檔PLC具有低檔PLC功能外，添加模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通訊聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還增設(shè)中斷、PID控制等功能。高檔PLC具有中檔機(jī)功能外，添加帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)運(yùn)算、制表及表格傳送等。高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通訊聯(lián)網(wǎng)功能。3.3PLC的分類3.3.4按消費(fèi)廠家分3.4.1梯形圖〔LD〕梯形圖是一種以圖形符號(hào)及其在圖中的相互關(guān)系來(lái)表示控制關(guān)系的編程言語(yǔ)，是從繼電控制電路圖演化過(guò)來(lái)的，是運(yùn)用得最多的PLC圖形編程言語(yǔ)。梯形圖由觸點(diǎn)、線圈和功能指令等組成，觸點(diǎn)代表邏輯輸入條件，如外部的開關(guān)、按鈕和內(nèi)部條件等；線圈和功能指令通常代表邏輯輸出結(jié)果，用來(lái)控制外部的負(fù)載〔如指示燈、交流接觸器、電磁閥等〕或內(nèi)部的輸出條件。3.4PLC的編程言語(yǔ)梯形圖的特點(diǎn)①梯形圖是按從上到下的順序繪制②梯形圖的左、右母線并未加電壓，梯形圖中的支路接通時(shí)，并沒有真正的電流流動(dòng)③梯形圖中運(yùn)用的各種器件是按照繼電控制電路圖中相應(yīng)的稱號(hào)稱謂的，并不是真實(shí)的電器器件④梯形圖中輸入繼電器的形狀獨(dú)一地取決于對(duì)應(yīng)輸入電路中輸入信號(hào)的通斷形狀，與程序的執(zhí)行無(wú)關(guān)⑤梯形圖中輔助繼電器不對(duì)外驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載⑥梯形圖中各軟元件的觸點(diǎn)既可常開，又可常閉，其常開、常閉觸點(diǎn)的數(shù)量是無(wú)限的

3.4.1梯形圖四、編程言語(yǔ)3.4.2指令表〔IL〕指令表是由許多指令構(gòu)成的，是一種與微型計(jì)算機(jī)的匯編言語(yǔ)中的指令類似的助記符表達(dá)式，它由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。操作碼用助記符表示，它闡明CPU要執(zhí)行某種操作，是不可短少的部分；操作數(shù)包括執(zhí)行某種操作所必需的信息，普通由常數(shù)和軟元件組成，大多數(shù)指令只需1個(gè)操作數(shù)，但有的沒有操作數(shù)，而有的有2個(gè)或更多。如LDM8002這條指令，其中LD為助記符〔即操作碼〕，M8002為軟元件〔即操作數(shù)〕，其中的M為元件符號(hào)，8002為元件M的編號(hào)；又如MOVK0D0這條指令3.4PLC的編程言語(yǔ)3.4.3順序功能圖〔SFC〕順序功能圖是用來(lái)描畫開關(guān)量控制系統(tǒng)的功能，是一種位于其他編程言語(yǔ)之上的圖形言語(yǔ)，用于編制順序控制程序。順序功能圖提供了一種組織程序的圖形方法，根據(jù)它可以很容易地畫出順控梯形圖，本書將在第4章中作詳細(xì)引見。順序功能圖是用來(lái)描畫開關(guān)量控制系統(tǒng)的功能3.4.4功能圖塊3.4.5構(gòu)造文本3.5PLC的運(yùn)用領(lǐng)域及開展趨勢(shì)

3.5.1PLC的運(yùn)用領(lǐng)域PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛運(yùn)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保等各行各業(yè)。1．開關(guān)量邏輯控制2．運(yùn)動(dòng)控制3．過(guò)程控制4．?dāng)?shù)據(jù)處置5．通訊聯(lián)網(wǎng)3.5.1PLC的運(yùn)用領(lǐng)域3.5.1PLC的運(yùn)用領(lǐng)域3.5.1PLC的運(yùn)用領(lǐng)域3.5.1PLC的運(yùn)用領(lǐng)域3.5.1PLC的運(yùn)用領(lǐng)域3.5.1PLC的運(yùn)用領(lǐng)域3.5.1PLC的運(yùn)用領(lǐng)域3.5.1PLC的運(yùn)用領(lǐng)域3.5.1PLC的運(yùn)用領(lǐng)域3.5.1PLC的運(yùn)用領(lǐng)域3.5.2PLC的開展趨勢(shì)從技術(shù)上看，PLC會(huì)向運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、功能更廣、性能更穩(wěn)定、性價(jià)比更高的方向開展。為了提高PLC的處置才干，要求PLC具有更好的呼應(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)容量。目前，有的PLC的掃描速度可達(dá)0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個(gè)性能目的。在存儲(chǔ)容量方面，有的PLC最高可達(dá)幾十兆字節(jié)。為了擴(kuò)展存儲(chǔ)容量，有的公司已運(yùn)用了磁泡存儲(chǔ)器或硬盤。從規(guī)模上看，PLC會(huì)進(jìn)一步向超小型和超大型兩個(gè)方向開展。小型PLC由整體構(gòu)造向小型模塊化構(gòu)造開展，使配置更加靈敏，為了市場(chǎng)需求已開發(fā)了各種簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)的超小型微型PLC，最小配置的I/O點(diǎn)數(shù)為8～16點(diǎn)，以順應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需求。大型化是指大中型PLC向大容量、智能化和網(wǎng)絡(luò)化開展，使之能與計(jì)算機(jī)組成集成控制系統(tǒng)，對(duì)大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)展綜合性的自動(dòng)控制?，F(xiàn)已有I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)的超大型PLC，其運(yùn)用32位微處置器，多CPU并行任務(wù)和大容量存儲(chǔ)器，功能強(qiáng)。3.5.2PLC的開展趨勢(shì)從配套性上看，PLC產(chǎn)品會(huì)向種類更豐富、規(guī)格更齊備的方向開展。為滿足各種控制系統(tǒng)的要求，不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、通訊和人機(jī)接口模塊等。3.5.2PLC的開展趨勢(shì)從規(guī)范上看，隨著IEC1131規(guī)范的誕生，將會(huì)使PLC的通用信息、設(shè)備特性、編程言語(yǔ)等向IEC1131規(guī)范的方向開展。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料闡明：在PLC控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)中，CPU占5%，I/O接口占15%，輸入設(shè)備占45%，輸出設(shè)備占30%，線路占5%。前二項(xiàng)共20%缺點(diǎn)屬于PLC的內(nèi)部缺點(diǎn)，它可經(jīng)過(guò)PLC本身的軟、硬件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、處置。而其他80%的缺點(diǎn)屬于PLC的外部缺點(diǎn)。PLC消費(fèi)廠家都努力于研制、開展用于檢測(cè)外部缺點(diǎn)的公用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。在PLC系統(tǒng)構(gòu)造不斷開展的同時(shí)，PLC的編程言語(yǔ)也越來(lái)越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC運(yùn)用的梯形圖、語(yǔ)句表言語(yǔ)外，為了順應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程言語(yǔ)、面向過(guò)程控制的流程圖言語(yǔ)、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)言語(yǔ)〔BASIC、C言語(yǔ)等〕等。多種編程言語(yǔ)并存、互補(bǔ)與開展是PLC提高的一種趨勢(shì)。3.5.2PLC的開展趨勢(shì)從網(wǎng)絡(luò)通訊的角度看，隨著PLC和其他工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型控制系統(tǒng)以及現(xiàn)場(chǎng)總線的開展，P