第2章可編程序控制器的本知識(shí)

1、第2章 可編程序控制器的 基本知識(shí)可編程序控制器可編程序控制器(plc)(plc)的歷史與的歷史與發(fā)展發(fā)展 2.1plcplc的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域2.2plcplc的一般構(gòu)成和基本工作原理的一般構(gòu)成和基本工作原理2.3可編程序控制器的編程語(yǔ)言可編程序控制器的編程語(yǔ)言2.4plcplc的主要性能指標(biāo)和分類的主要性能指標(biāo)和分類2.52.1 可編程序控制器 （plc）的歷史與發(fā)展 2.1.1 可編程序控制器的定義 在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（iec）頒布的可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿中，對(duì)可編程序控制器作如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)

2、的。 它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部執(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。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計(jì)的。 2.1.2 plc的產(chǎn)生與發(fā)展 這項(xiàng)新技術(shù)在工業(yè)界產(chǎn)生了巨大的影響。自誕生以來，plc經(jīng)過了5個(gè)發(fā)展時(shí)期。 （1）從1969年到20世紀(jì)70年代初期。 （2）20世紀(jì)70年代初期到末期。 （3）20世紀(jì)70年代末期到20世紀(jì)80年代中期。 （4）20世紀(jì)80年代中期到20世紀(jì)90年代中期。 （5）20世紀(jì)90年代中期至今。 2.1.3 p

3、lc的發(fā)展趨勢(shì) 1方便靈活和小型化 (1)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 (2)在結(jié)構(gòu)上，一些小型機(jī)采用框架和模塊的組合方式，使用戶方便靈活的方式構(gòu)成所需要的系統(tǒng)。 2高功能和大型化 (1)對(duì)鋼鐵工業(yè)，化工業(yè)等大型企業(yè)實(shí)施生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制一般比較復(fù)雜。 (2)不久的將來，大型plc會(huì)全部使用64位芯片。2.2 plc的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域 2.2.1 plc的特點(diǎn) 1可靠性高v (1)大量的開關(guān)動(dòng)體由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體集成電路完成。v (2)制造工藝采取了抗干擾措施。v (3)plc具有完善的自診斷功能。v (4)特殊的外殼封裝結(jié)構(gòu)。v 2編程簡(jiǎn)單梯形圖語(yǔ)言是面向用戶的高級(jí)語(yǔ)言。 v 3通用性好v (

4、1)plc是通過軟件來實(shí)現(xiàn)控制的。v (2)同一系列plc，不同功能機(jī)型基本相同，可以互換。 4功能強(qiáng)大 (1)plc最廣泛的應(yīng)用是對(duì)開關(guān)量進(jìn)行邏輯運(yùn)算和順序控制，同時(shí)還可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制。 (2)plc可以控制一臺(tái)單機(jī)、一條生產(chǎn)線、還可以控制一個(gè)機(jī)群，可以現(xiàn)場(chǎng)控制也可以遠(yuǎn)距離控制。 5體積小、功耗低 (1)采用半導(dǎo)體集成電路。 (2)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊。 6設(shè)計(jì)施工周期短 2.2.2 plc的應(yīng)用領(lǐng)域 1.開關(guān)量的邏輯控制從十幾個(gè)到成千上萬個(gè)點(diǎn)。 2.模擬量控制溫度、壓力、流量、液面高度等。 3.機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制對(duì)伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)控制。 4.通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制可使整個(gè)工廠實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。 5.數(shù)

5、據(jù)處理較復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理一般應(yīng)用在大、中型控制系統(tǒng)。 2.3 plc的一般構(gòu)成 和基本工作原理 2.3.1 plc的一般構(gòu)成 plc生產(chǎn)廠家很多，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也各不相同，但其基本構(gòu)成相同，都采用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，如圖2-1所示。 圖2-1 plc結(jié)構(gòu)示意圖 1cpu它是plc的核心和控制指導(dǎo)中心 (1)cpu通過三總線與存儲(chǔ)器、i/o接口電路相連接，完 成信息傳遞轉(zhuǎn)換等。 (2)cpu的主要功能：接受輸入信號(hào)并存入存儲(chǔ)器，讀出執(zhí)行指令，將結(jié)果輸出，處理中斷請(qǐng)求，準(zhǔn)備下一條指令。 2存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器：系統(tǒng)程序固化在rom中。 (1) 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 (2)用戶程序存儲(chǔ)器 (3)工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器v v 3

6、輸入、輸出接口電路（1）直流輸入電路3輸入、輸出接口電路（2）交流輸入電路3輸入、輸出接口電路（1）晶體管輸出電路3輸入、輸出接口電路（2）雙向晶閘管輸出電路3輸入、輸出接口電路（3）繼電器輸出電路 4電源為保證plc可靠，大多采用開關(guān)型穩(wěn)壓電源； 有的plc還向外部提供24v直流電源。 5外設(shè)接口 6i/o擴(kuò)展接口每臺(tái)plc都有外設(shè)端口，對(duì)稱外設(shè)接口、外接接口。它是在主機(jī)外殼上與外部設(shè)備配接口插座。通過電纜線可配接偏移器、計(jì)算機(jī)、其他plc、打印機(jī)等。 2.3.2 plc的基本工作過程 可編程序控制器的工作過程如圖2-4所示。 (1)輸入采樣：在執(zhí)行用戶程序的過程中，輸入映象寄存器的狀態(tài)不變

7、。 (2)程序執(zhí)行：執(zhí)行程序時(shí)所需的信號(hào)，是在輸入寄存器狀態(tài)和其它一些編程原件狀態(tài)中取得的。 (3)輸出刷新：輸出鎖存器的內(nèi)容要等到下一個(gè)掃描周期的輸出階段才會(huì)被刷新。 圖2-4 可編程序控制器的工作過程 2.3.3 plc的i/o滯后現(xiàn)象 從plc工作過程的分析可知，plc由于采用循環(huán)掃描的工作方式，而且對(duì)輸入和輸出信號(hào)只在每個(gè)掃描周期的i/o刷新階段集中輸入并集中輸出，所以必然會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào)的滯后現(xiàn)象。 2.4 可編程序控制器的編程語(yǔ)言 2.4.1 梯形圖語(yǔ)言 物理繼電器plc繼電器線圈觸點(diǎn)常開常閉sb1sb2kmkm00000010000000101000 2.4.2 助記符

8、語(yǔ)言 ld 00000 助記符語(yǔ)言包括兩部分 or 01000 操作碼：指令 and not 00001 操作數(shù)：地址或設(shè)定的值 out 01000 (1)助記符語(yǔ)言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言。 (2)語(yǔ)句表編程語(yǔ)言不如梯形圖形象、直觀，但是在使用簡(jiǎn)易編程器輸入用戶程序時(shí)，必須采用。 (3)助記符語(yǔ)言與梯形圖語(yǔ)言相互對(duì)應(yīng)、相互轉(zhuǎn)換。 2.4.3 邏輯功能圖 2.4.4 高級(jí)語(yǔ)言方便的與計(jì)算機(jī)通信聯(lián)網(wǎng)。 2.5 plc的主要性能指標(biāo)和分類2.5.1 plc的主要性能指標(biāo) 1i/o點(diǎn)數(shù)衡量plc性能的主要指標(biāo)之一。 (1)i/o點(diǎn)數(shù)計(jì)plc面板上的輸入、輸出端子的個(gè)數(shù)。 (2)plc的i/o點(diǎn)數(shù)一般包

9、括主機(jī)i/o點(diǎn)數(shù)和擴(kuò)展單元i/o點(diǎn)數(shù)。 2程序容量 3.掃描速度指執(zhí)行程序的速度。一般的掃描字（字節(jié)，步）所用的時(shí)間來衡量掃描速度。 用戶手冊(cè)一般給出執(zhí)行各條指令所用的時(shí)間， 可以通過比較各種執(zhí)行相同操作所用的時(shí)間來 衡量掃描速度的快慢。 4指令條數(shù)變成指令種類及條數(shù)越多，功能越強(qiáng)。 5內(nèi)部繼電器和寄存器內(nèi)部器件包括各種繼電器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等。 6特殊功能及高級(jí)模塊包括擴(kuò)展及各種功能模塊的功能擴(kuò)展。 2.5.2 plc的分類1按結(jié)構(gòu)形式分類 (1)整體式結(jié)構(gòu)：小型plc常采用 (2)模塊式結(jié)構(gòu)：一般大中型plc采用 (3)分散式結(jié)構(gòu)：cpu、電源、存儲(chǔ)器集中放置在控制室 2按i/o點(diǎn)數(shù)分類 (1)微型機(jī)：i/o點(diǎn)數(shù)64點(diǎn)，程序存儲(chǔ)量1k字節(jié) (2)小型機(jī)：64256點(diǎn)，程序存儲(chǔ)量3.6kb (3)中型機(jī)：2562048點(diǎn)，程序存儲(chǔ)量2048點(diǎn)，程序存儲(chǔ)量13kb 3按功能分類 (1)低檔機(jī)：一般用于單機(jī)或小規(guī)模生產(chǎn)過程。 (2)中檔機(jī)：小型連續(xù)生產(chǎn)過程的