第5章可編程控制器基礎(chǔ)知識(shí)

1、第第5章章 可編程控制器基礎(chǔ)知識(shí)可編程控制器基礎(chǔ)知識(shí)v5.1概述概述v5.2 可編程序控制器的基本組成可編程序控制器的基本組成v5.3 可編程序控制器的工作原理可編程序控制器的工作原理v5.4 可編程序控制器的性能指標(biāo)可編程序控制器的性能指標(biāo)v5.5 可編程序控制器的分類可編程序控制器的分類5.1概述概述v 可編程序控制器綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈活通用、維護(hù)方便等一系列的優(yōu)點(diǎn),在機(jī)械、冶金、能源、化工、石油、交通、電力等領(lǐng)域中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用, PLC技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化控制三大技術(shù)(PLC技術(shù)、機(jī)器

2、人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析)支柱之一。v 1.可編程序控制器的定義可編程序控制器的定義v 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)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，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，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)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)充其功能的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。 v (1)可靠性高,抗干擾能力強(qiáng) v (2) 通用性強(qiáng),使用方便v (3) 程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,容易理解和掌握v (4) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短 v (5) 體積小,重量輕v (6) 適應(yīng)性強(qiáng) 2.

3、可編程序控制器的特點(diǎn)可編程序控制器的特點(diǎn) v3.可編程序控制器的發(fā)展方向可編程序控制器的發(fā)展方向v 目前PLC發(fā)展方向主要有兩個(gè):v 一是朝著小型化、簡(jiǎn)易、廉價(jià)化、方向發(fā)展。單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展,促進(jìn)了PLC向緊湊型發(fā)展,體積減小,價(jià)格降低,可靠性不斷提高。v 二是朝著大型、高速、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、智能化、高速化、大容量化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展,這將使PLC功能更強(qiáng),可靠性更高,使用更方便,適用面更多功能方向發(fā)展。大型的PLC一般為多微處理器系統(tǒng),有較大的存儲(chǔ)能力和功能強(qiáng)勁的輸入/輸出接口。 5.2 可編程序控制器的基本組成可編程序控制器的基本組成v 5.2.1可編程序控制器的硬件組成可編程序控制器的硬件

4、組成v PLC的基本組成包括硬件與軟件兩部分：v PLC的硬件組成包括中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器(RAM、ROM)、輸入/輸出(I/O)接口、編程設(shè)備、通信接口、電源和其他一些電路組成。PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖5-1所示。1.中央處理單元中央處理單元v中央處理單元(CPU)是PLC的核心部件, 整個(gè)PLC的工作過(guò)程都是在中央處理器的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進(jìn)行的,它的主要任務(wù)是在系統(tǒng)程序的控制下,完成邏輯運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分工作等，然后根據(jù)用戶所編制的應(yīng)用程序的要求去處理有關(guān)數(shù)據(jù),最后再向被控對(duì)象送出相應(yīng)的控制(驅(qū)動(dòng))信號(hào)。圖5-1 PLC的硬件基本結(jié)構(gòu)圖v 存儲(chǔ)器是PLC用來(lái)存放系統(tǒng)

5、程序、用戶程序、邏輯變量及運(yùn)算數(shù)據(jù)的單元。存儲(chǔ)器的類型有可讀/寫操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM和只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。在PLC中，PLC的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。 2.存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 v 輸入/輸出(I/O)是PLC和工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)各類信號(hào)連接的部件。PLC通過(guò)輸入接口把工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)信息讀入,輸入部件接收是從開關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)和傳感器等輸入的現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào),通過(guò)用戶程序的運(yùn)算與操作,對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波、隔離、電平轉(zhuǎn)換等,把輸入信號(hào)的邏輯值準(zhǔn)確、可靠地傳入PLC內(nèi)部。并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能接收和處理的數(shù)字信號(hào)，把結(jié)果通過(guò)輸出接口輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。v PLC

6、通過(guò)輸出接口，接收經(jīng)過(guò)中央處理器處理過(guò)的輸出的數(shù)字信號(hào),并把它轉(zhuǎn)換成被控制設(shè)備或顯示裝置所能接收的電壓或電流信號(hào),從而驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥和指示器件等。vPLC的等效電路圖圖5-2所示。 3.輸入輸入/輸出接口輸出接口 52 PLC的等效電路 v 電源部件是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電源的裝置,它向PLC提供所需要的高質(zhì)量直流電源?？删幊炭刂破麟娫窗ǜ鞴ぷ鲉卧╇姷拈_關(guān)穩(wěn)壓電源和掉電保護(hù)電源（一般為電池）。v PLC電源與普通電源相比穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)。許多PLC還向外提供DC 24V穩(wěn)壓電源，用于對(duì)外部傳感器供電。 4.電源模塊電源模塊 v 編程器是PLC必不可少的重要外圍設(shè)備。它的主要作用是進(jìn)

7、行編輯、輸入用戶程序、檢查、調(diào)試、修改，用來(lái)監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。它是開發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)PLC不可缺少的設(shè)備。5.編程器編程器v 其它接口包括外存儲(chǔ)器接口、BEPPROM寫入器接口、A/D轉(zhuǎn)換接口、D/A轉(zhuǎn)換接口、遠(yuǎn)程通信接口、與計(jì)算機(jī)相連的接口、打印機(jī)接口、與CRT相連的接口等。 6.其它接口其它接口v5.2.25.2.2可編程序控制器的軟件組成可編程序控制器的軟件組成v 1.系統(tǒng)程序vPLC的系統(tǒng)程序有三種類型。v 1）是完成系統(tǒng)命令解釋、功能子程序調(diào)用、管理、監(jiān)控、邏輯運(yùn)算、通信、各種參數(shù)設(shè)定、診斷等功能。 v 2）由PLC的制造廠家

8、編寫的，在PLC使用過(guò)程中不會(huì)變動(dòng)，它和PLC的硬件組成有關(guān)，它關(guān)系到PLC的性能。v 3）由制造廠家直接固化在只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問和修改。v 2.用戶程序用戶程序v 用戶存儲(chǔ)器是指使用者根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求編寫的控制程序，是PLC應(yīng)用于工業(yè)控制的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。主要用于存放用戶按控制要求所編制的程序，可通過(guò)編程器進(jìn)行必要的修改。PLC的編程語(yǔ)言多種多樣，不同的PLC廠家，不同系列PLC采用的編程語(yǔ)言不盡相同。5.3 可編程序控制器的工作原理可編程序控制器的工作原理v5.3.1掃描工作方式掃描工作方式v PLC采用循環(huán)掃描工作方式，為了連續(xù)地完成采用

9、循環(huán)掃描工作方式，為了連續(xù)地完成PLC所承擔(dān)的掃描工作所承擔(dān)的掃描工作,系統(tǒng)必須重復(fù)執(zhí)行依一定的系統(tǒng)必須重復(fù)執(zhí)行依一定的順序完成循環(huán)掃描工作方式，每重復(fù)一次的時(shí)間稱順序完成循環(huán)掃描工作方式，每重復(fù)一次的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。由于為一個(gè)掃描周期。由于PLC掃描速度很快掃描速度很快,輸入掃描輸入掃描和輸出刷新的周期時(shí)間通常為和輸出刷新的周期時(shí)間通常為3ms左右左右,而程序執(zhí)行而程序執(zhí)行時(shí)間可根據(jù)程序的長(zhǎng)度不同而不同。時(shí)間可根據(jù)程序的長(zhǎng)度不同而不同。PLC一個(gè)掃描一個(gè)掃描周期通常為周期通常為10-100ms,對(duì)一般工業(yè)被控對(duì)象來(lái)說(shuō)對(duì)一般工業(yè)被控對(duì)象來(lái)說(shuō),掃掃描過(guò)程幾乎是與輸入同時(shí)完成的。如圖描過(guò)程幾

10、乎是與輸入同時(shí)完成的。如圖5-3所示。所示。 圖5-3 PLC循環(huán)掃描工作過(guò)程v PLC工作的三個(gè)階段v（1）輸入采樣階段v（2）程序執(zhí)行階段v（3）輸出處理階段5.3.2工作過(guò)程工作過(guò)程5.4可編程序控制器的主要可編程序控制器的主要性能指標(biāo)性能指標(biāo) v 在對(duì)PLC性能進(jìn)行描述時(shí),經(jīng)常用到位、數(shù)字、字節(jié)及字等術(shù)語(yǔ)。v位指二進(jìn)制的一位,僅有0、1兩種取值。一個(gè)位對(duì)應(yīng)PLC一個(gè)繼電器,某位的狀態(tài)為0或1,分別對(duì)應(yīng)繼電器線圈斷電或通電。 v4位二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成一個(gè)數(shù)字,這個(gè)數(shù)字可以是0000-1001(十進(jìn)制),也可以是00001111(十六進(jìn)制)。 v2個(gè)數(shù)字或8位二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成一個(gè)字節(jié)。v2個(gè)字節(jié)構(gòu)成

11、一個(gè)字。在PLC術(shù)語(yǔ)中,字稱為通道。一個(gè)字含16位,或者說(shuō)一個(gè)通道含16個(gè)繼電器。v 1.編程語(yǔ)言種類編程語(yǔ)言種類 v PLC常用的編程語(yǔ)言有梯形圖語(yǔ)言、語(yǔ)句表語(yǔ)言、流程圖語(yǔ)言及某些高級(jí)語(yǔ)言等，使用最多的是前兩者。 v 2.存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量v 小型機(jī)內(nèi)存為1K到幾K，中型機(jī)為幾K至幾百K，大型機(jī)幾百K至2M字節(jié)。v 3.輸入輸出（輸入輸出（I/O）總點(diǎn)數(shù)）總點(diǎn)數(shù)v 輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)越多，控制規(guī)模就越大。目前輸入輸出點(diǎn)數(shù)為814336點(diǎn)甚至更多 。v 4.掃描速度掃描速度v 目前更快的能達(dá)到0.75ms/K字邏輯運(yùn)算程序。 v v 5.PLC內(nèi)部繼電器的種類內(nèi)部繼電器的種類v 有如輸入繼電

12、器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、特殊繼電器、數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)繼電器等。 v 6.擴(kuò)展能力擴(kuò)展能力v 大部分PLC用I/0擴(kuò)展單元進(jìn)行I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展。 v 7.工作環(huán)境工作環(huán)境v 工作環(huán)境的溫度050oC v 8.其它其它v 1.按輸入按輸入/輸出點(diǎn)數(shù)分類輸出點(diǎn)數(shù)分類 v （1）超小型PLC：輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)在64點(diǎn)以下,用戶程序存儲(chǔ)器容量通常在12KB。 v （2）小型PLC ：輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)在64256之間 ,用戶程序存儲(chǔ)器容量通常在24KB。 v （3）中型PLC ：輸入輸出點(diǎn)數(shù)在256512點(diǎn)之間,用戶程序存儲(chǔ)器容量通常在28K字。 v （4）大型PLC ：入

13、輸出點(diǎn)數(shù)在512 8192之間，用戶程序存儲(chǔ)器容量通常在8K64KB。 v （5）超大型PLC ：入輸出點(diǎn)數(shù)在8192以上，用戶程序器容量大于64KB，目前已有I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)的超大型PLC，使用32位微處理器。 5.5可編程序控制器的分類可編程序控制器的分類 v 2按結(jié)構(gòu)形式分類按結(jié)構(gòu)形式分類 v （1）整體式：整體式PLC是將電源、CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口安裝在同一機(jī)體內(nèi),具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、價(jià)格低。一般小型PLC常采用這種結(jié)構(gòu)。v （2）模塊式：模塊式PLC是將PLC各部分分成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊等。用戶可根據(jù)需要選配不同模塊組成一個(gè)系統(tǒng), 構(gòu)成不同控制規(guī)模和功能的PLC, 一般中型和大型PLC常采用這種結(jié)構(gòu)。v 3.按實(shí)現(xiàn)的功能分類按實(shí)現(xiàn)的功能分類v （1）低檔機(jī)：具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以、自診斷、監(jiān)控等基本功能，低檔機(jī)以邏輯運(yùn)算為主, 可實(shí)現(xiàn)邏輯、順序、移位、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制等。v （2）中檔機(jī)：PLC除具有低檔機(jī)的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入輸出、算術(shù)