PLC(松下系列) 主編：郭純生 第1章

1、第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器系防災(zāi)儀器系可編程序控制器48學(xué)時(shí)(32+16)第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器系防災(zāi)儀器系1.1 PLC的歷史和特點(diǎn)1.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1.3 PLC的性能指標(biāo)1.4 PLC的分類應(yīng)用和發(fā)展第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器系防災(zāi)儀器系1.1 PLC 的歷史和特點(diǎn)1.歷史歷史世界上第一臺(tái)世界上第一臺(tái)PLC是是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司年美國數(shù)字設(shè)備公司DEC生產(chǎn)生產(chǎn) 。產(chǎn)生的原因產(chǎn)生的原因： 繼電器控制系統(tǒng)的諸多缺點(diǎn)。繼電器控制系統(tǒng)的諸多缺點(diǎn)。美國通用汽車公司（美國通用汽車公司（GM10GM10條）：條）：1 1編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改和調(diào)試程序。編程簡(jiǎn)單，可在

2、現(xiàn)場(chǎng)修改和調(diào)試程序。2 2維護(hù)方便，各部件最好采用插件方式。維護(hù)方便，各部件最好采用插件方式。3 3可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)。可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)。4 4設(shè)備體積要小于繼電器控制柜。設(shè)備體積要小于繼電器控制柜。5 5數(shù)據(jù)可以直接送入管理計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)可以直接送入管理計(jì)算機(jī)。6 6成本可與繼電器控制系統(tǒng)相競(jìng)爭(zhēng)。成本可與繼電器控制系統(tǒng)相競(jìng)爭(zhēng)。7 7輸入量是輸入量是115V115V交流電壓。交流電壓。8 8輸出量為輸出量為115V115V交流電壓，輸出電流交流電壓，輸出電流2A2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥。以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥。9 9系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只需作很小的變動(dòng)。系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只需作很小

3、的變動(dòng)。1010用戶程序存貯器容量能擴(kuò)展到用戶程序存貯器容量能擴(kuò)展到4K4K字節(jié)。字節(jié)。第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器系防災(zāi)儀器系第一代：從第一臺(tái)可編程控制器誕生到第一代：從第一臺(tái)可編程控制器誕生到7070年代初期。其特點(diǎn)是年代初期。其特點(diǎn)是CPUCPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲(chǔ)器為磁芯式存儲(chǔ)器。由中小規(guī)模集成電路組成，存儲(chǔ)器為磁芯式存儲(chǔ)器。第二代：第二代：7070年代初期到年代初期到7070年代末期。其特點(diǎn)是年代末期。其特點(diǎn)是CPUCPU采用微處理器，采用微處理器，存儲(chǔ)器采用存儲(chǔ)器采用EPROMEPROM。第三代：第三代：7070年代末到年代末到8080年代中期。其特點(diǎn)是年代中期。其特點(diǎn)是C

4、PUCPU采用采用8 8位或位或1616位微處位微處理器，也有部分采用多處理器結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)器采用理器，也有部分采用多處理器結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)器采用EPROMEPROM、EAROMEAROM、COMSROMCOMSROM。第四代：第四代：8080年代中期到年代中期到9090年代中期。年代中期。PCPC全部采用全部采用8 8位、位、1616位微處理位微處理芯片的位片式芯片。處理速度也達(dá)到芯片的位片式芯片。處理速度也達(dá)到1 1微妙微妙/ /步。步。第五代：第五代：9090年代中期至今。年代中期至今。PCPC使用使用1616位和位和3232位的微處理芯片，有的位的微處理芯片，有的已采用已采用RISCRISC芯片

5、。芯片。1.1 PLC 的歷史和特點(diǎn)1.歷史歷史第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器系防災(zāi)儀器系2.PLC的定義1.1 PLC 的歷史和特點(diǎn)PLC（可編程序邏輯控制器）的英文縮寫英文縮寫（Programmable Logic Controller） PLC的定義定義 可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子可編程序控制器是一種數(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)的。它采用系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存貯執(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，順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式

6、和模擬式的輸入和輸出，控制各種并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆蓄愋偷臋C(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(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)。體，易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計(jì)。 第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器系防災(zāi)儀器系3.PLC的特點(diǎn)1.1 PLC 的歷史和特點(diǎn)編程簡(jiǎn)單、維護(hù)方便：編程簡(jiǎn)單、維護(hù)方便：PLCPLC采用面向用戶的梯形圖編程語言，梯采用面向用戶的梯形圖編程語言，梯形圖符號(hào)與定義和常見的繼電器控制系統(tǒng)中的繼電器圖符號(hào)完全相類形圖符號(hào)與定義和常見的繼電器控制系統(tǒng)中

7、的繼電器圖符號(hào)完全相類似，電氣工程技術(shù)人員很容易掌握，用起來得心應(yīng)手。由于似，電氣工程技術(shù)人員很容易掌握，用起來得心應(yīng)手。由于PLCPLC采用軟采用軟件編程來完成控制任務(wù)，所以隨著要求的變量對(duì)程序的維護(hù)也顯得十件編程來完成控制任務(wù)，所以隨著要求的變量對(duì)程序的維護(hù)也顯得十分方便。分方便。接線簡(jiǎn)單、成本降低：接線簡(jiǎn)單、成本降低：PLCPLC實(shí)現(xiàn)了硬件軟件化，實(shí)現(xiàn)了硬件軟件化，PLCPLC無需增無需增加硬件設(shè)備，大大減少了復(fù)雜的接線，從而降低了控制成本，使加硬件設(shè)備，大大減少了復(fù)雜的接線，從而降低了控制成本，使產(chǎn)品具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。產(chǎn)品具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)：可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)

8、：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，MBTF(MBTF(平均無故障時(shí)間平均無故障時(shí)間) )約為約為5 5萬小時(shí)，特別適合在惡劣的工業(yè)環(huán)萬小時(shí)，特別適合在惡劣的工業(yè)環(huán)境下運(yùn)行境下運(yùn)行。第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器系防災(zāi)儀器系1.1 PLC 的歷史和特點(diǎn)3.PLC的特點(diǎn)模塊化組合，靈活方便：模塊化組合，靈活方便：PLCPLC多采用模塊化組合，用戶可以針多采用模塊化組合，用戶可以針對(duì)不同的控制對(duì)象靈活組合和擴(kuò)展，以滿足不同的工業(yè)控制需要。對(duì)不同的控制對(duì)象靈活組合和擴(kuò)展，以滿足不同的工業(yè)控制需要。維修便利、施工周期縮短：維修便利、施工周期縮短：PLCPLC具有完善的監(jiān)控診斷功能，具有完善

9、的監(jiān)控診斷功能，內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I/OI/O點(diǎn)的狀態(tài)及異常狀態(tài)均有醒目的顯點(diǎn)的狀態(tài)及異常狀態(tài)均有醒目的顯示，維修人員可以及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)和排除故障，大大縮短了維修時(shí)示，維修人員可以及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)和排除故障，大大縮短了維修時(shí)間。間。通信功能強(qiáng)，高度網(wǎng)絡(luò)化：通信功能強(qiáng)，高度網(wǎng)絡(luò)化：采用多種通信接口、采用多種通信接口、C-NETC-NET網(wǎng)絡(luò)，能輕松實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，能輕松實(shí)現(xiàn)PLCPLC之間以及之間以及PLCPLC與管理計(jì)算機(jī)之間的通信，與管理計(jì)算機(jī)之間的通信，形成多層分布控制系統(tǒng)，或整個(gè)工廠的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，使通信更形成多層分布控制系統(tǒng)，或整個(gè)工廠的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，使通信更方便快捷

10、。方便快捷。第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器系防災(zāi)儀器系1.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 PLC PLC采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由CPUCPU、RAMRAM、ROMROM和輸入輸出接口電路等組成和輸入輸出接口電路等組成。輸入接口中央處理單元存儲(chǔ)器輸入輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)輸出接口照明電磁裝置電動(dòng)機(jī)其他執(zhí)行裝置或接觸器開關(guān)量傳感器 繼電器觸點(diǎn) 行程開關(guān) 模擬量輸入編程單元地址總線控制總線數(shù)據(jù)總線電源單元地址總線 控制總線第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器系防災(zāi)儀器系I I/ /O O擴(kuò)擴(kuò)展展單單元元I I/ /O O擴(kuò)擴(kuò)展展接接口口 中中央央處處理理單單元元 ( (C CP

11、PU U) )輸輸入入接接口口輸輸出出接接口口限限位位開開關(guān)關(guān)手手動(dòng)動(dòng)開開關(guān)關(guān)編編碼碼器器數(shù)數(shù)字字開開關(guān)關(guān)電電源源外外部部設(shè)設(shè)備備接接口口存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器系系統(tǒng)統(tǒng)程程序序用用戶戶程程序序數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)編編程程器器上上位位計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)圖圖形形監(jiān)監(jiān)控控系系統(tǒng)統(tǒng)打打印印機(jī)機(jī)E EP PR RO OM M寫寫入入器器盒盒式式磁磁帶帶機(jī)機(jī)條條碼碼判判讀讀機(jī)機(jī)電電源源電電磁磁閥閥繼繼電電器器指指示示燈燈蜂蜂鳴鳴器器第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器系防災(zāi)儀器系1.中央處理器CPU1.2.1 PLC 的基本結(jié)構(gòu)u 核心部件，大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路微處理器所構(gòu)成，一般采核心部件，大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路微處理器所構(gòu)成，一般

12、采用用MCS51/96MCS51/96系列芯片系列芯片。u 通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出（I/OI/O）接口電路相連接，發(fā)揮其大腦指揮的作用。）接口電路相連接，發(fā)揮其大腦指揮的作用。u CPUCPU的主要功能的主要功能1 1）. .讀入現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)。讀入現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)。2 2）. .控制存貯和解讀用戶邏輯?？刂拼尜A和解讀用戶邏輯。3 3）. .執(zhí)行各種運(yùn)算程序。執(zhí)行各種運(yùn)算程序。4 4）. .輸出運(yùn)算結(jié)果。輸出運(yùn)算結(jié)果。5 5）. .執(zhí)行系統(tǒng)診斷程序。執(zhí)行系統(tǒng)診斷程序。6 6）. .與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)通信等。與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)通

13、信等。 第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器系防災(zāi)儀器系1.2.1 PLC 的基本結(jié)構(gòu)2.存儲(chǔ)器ROM/RAM 存儲(chǔ)器具有存儲(chǔ)記憶功能，主要用于存儲(chǔ)系統(tǒng)程序、應(yīng)用存儲(chǔ)器具有存儲(chǔ)記憶功能，主要用于存儲(chǔ)系統(tǒng)程序、應(yīng)用程序、邏輯變量和其它一些信息，它一般有程序、邏輯變量和其它一些信息，它一般有ROMROM和和RAMRAM兩種類兩種類型。型。PLC程序分類提供對(duì)象存儲(chǔ)地方系統(tǒng)程序廠家提供固化到ROM中，只能讀應(yīng)用（用戶）程序用戶編寫寫入到RAM中，可修改表表1-2-1 ROM和和RAM作用比較作用比較第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器系防災(zāi)儀器系1.2.1 PLC 的基本結(jié)構(gòu)3.輸入/輸出接口電路 輸入輸出接口電路

14、輸入輸出接口電路是PLC與控制設(shè)備聯(lián)系的交通要道，用戶設(shè)備需輸入PLC的各種控制信號(hào)，如操作按鈕、限位開關(guān)、選擇開關(guān)、傳感器輸出的模擬量或開關(guān)量等，通過輸入接口輸入接口電路電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC的CPU能夠接收和處理的信號(hào)。輸出接口電路輸出接口電路將PLC中的CPU送出的弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、電動(dòng)機(jī)等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。光電耦合電路微電腦的輸入電路繼電器輸出型：有觸點(diǎn)輸出晶閘管輸出型：無觸點(diǎn)輸出晶體管輸出型：無觸點(diǎn)輸出第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器系防災(zāi)儀器系1.2.1 PLC 的基本結(jié)構(gòu)4.電源部分 電源是PLC的能源供給中心，電源的好壞直接影響P

15、LC的功能和可靠性，電源部件通常將交流電轉(zhuǎn)換成供PLC需要的直流電。 目前大部分目前大部分PLC采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電，采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電，PLC的供電可分為220V或110V交流電，部分機(jī)型也提供24直流電源。第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器系防災(zāi)儀器系1.2.2 PLC 的工作原理1.工作原理 1 1）PLCPLC控制系統(tǒng)與微機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別控制系統(tǒng)與微機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別 PLC PLC的工作原理與微機(jī)不同，微機(jī)一般采用等待命令的的工作原理與微機(jī)不同，微機(jī)一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/OI/O掃描方式，當(dāng)有鍵掃描方式，當(dāng)有鍵按下或有按下

16、或有I/OI/O變化，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的子程序，若無則繼續(xù)變化，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的子程序，若無則繼續(xù)掃描等待。而掃描等待。而PLCPLC則是采用則是采用“循環(huán)掃描循環(huán)掃描”的工作方式，從第的工作方式，從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。一個(gè)掃描周期。 （見圖（見圖1-2-41-2-4所示）所示）步序 指令1 ST X02 OR Y03 AN/ X14 OT Y05 ED第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器系防災(zāi)儀器系1

17、.2.2 PLC 的工作原理1.工作原理2）掃描周期）掃描周期一個(gè)循環(huán)掃描周期可分為五個(gè)階段。 自診斷階段通信請(qǐng)求階段輸入采樣階段程序執(zhí)行階段輸出刷新階段圖圖1-2-5 PLC1-2-5 PLC掃描工作過程掃描工作過程掃描周期掃描周期T是是PLC的重要指標(biāo)之一，如用戶程序事先寫入，一般通信的重要指標(biāo)之一，如用戶程序事先寫入，一般通信請(qǐng)求階段可忽略，則一個(gè)掃描周期通常為：請(qǐng)求階段可忽略，則一個(gè)掃描周期通常為：T=讀入一點(diǎn)時(shí)間讀入一點(diǎn)時(shí)間輸入點(diǎn)數(shù)輸入點(diǎn)數(shù)+運(yùn)算速度運(yùn)算速度程序步數(shù)程序步數(shù)+輸輸出一點(diǎn)時(shí)間出一點(diǎn)時(shí)間輸出點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)+故障診斷時(shí)間故障診斷時(shí)間第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器系防災(zāi)儀器系1.

18、3 PLC的性能指標(biāo)1. 1. 輸入輸出點(diǎn)數(shù)（輸入輸出點(diǎn)數(shù)（I/OI/O點(diǎn)數(shù)）點(diǎn)數(shù)） 內(nèi)存容量?jī)?nèi)存容量 掃描速度掃描速度 PLCPLC的掃描速度一般以執(zhí)行的掃描速度一般以執(zhí)行10001000步指令所需的時(shí)間來衡量，單位為步指令所需的時(shí)間來衡量，單位為ms/ms/千步，如以執(zhí)行一步指令的時(shí)間計(jì)，則為千步，如以執(zhí)行一步指令的時(shí)間計(jì)，則為 ,掃描速度越掃描速度越快，掃描周期越短?？欤瑨呙柚芷谠蕉?。步/s在在PLCPLC中，程序指令是按中，程序指令是按“步步”而論，一而論，一“步步”占一個(gè)地址單元，占一個(gè)地址單元，一個(gè)地址單元占用兩個(gè)字節(jié)，一個(gè)一個(gè)地址單元占用兩個(gè)字節(jié)，一個(gè)10001000步的程序，其

19、內(nèi)存為步的程序，其內(nèi)存為2K2K字節(jié)。字節(jié)。 指令條數(shù)指令條數(shù) 第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器系防災(zāi)儀器系 內(nèi)部寄存器內(nèi)部寄存器1.3 PLC的性能指標(biāo)PLCPLC中有許多中有許多“通用寄存器通用寄存器”、“專用寄存器專用寄存器”、“索引寄存器索引寄存器”、“輔助寄存器輔助寄存器”等內(nèi)部寄存器，用以存放變量狀態(tài)、中間結(jié)果、等內(nèi)部寄存器，用以存放變量狀態(tài)、中間結(jié)果、定時(shí)計(jì)數(shù)、索引等數(shù)據(jù)，它可給用戶提供許多特殊功能，并簡(jiǎn)化定時(shí)計(jì)數(shù)、索引等數(shù)據(jù)，它可給用戶提供許多特殊功能，并簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，因此，內(nèi)部寄存器多少也是衡量整個(gè)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，因此，內(nèi)部寄存器多少也是衡量PLCPLC的指標(biāo)。的指標(biāo)。

20、 高功能模塊高功能模塊 除主控模塊外，除主控模塊外，PLCPLC還可以配接各種高級(jí)模塊，如還可以配接各種高級(jí)模塊，如A/DA/D和和D/AD/A轉(zhuǎn)換模塊、轉(zhuǎn)換模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、位置控制模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、位置控制模塊、PIDPID控制模塊、遠(yuǎn)程通信模塊等?？刂颇K、遠(yuǎn)程通信模塊等。第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器系防災(zāi)儀器系1.4 PLC的分類、應(yīng)用和發(fā)展1.4.1 PLC1.4.1 PLC的分類的分類1.1.以輸入輸出點(diǎn)數(shù)（以輸入輸出點(diǎn)數(shù)（I/OI/O點(diǎn)數(shù)）的多少進(jìn)行分類點(diǎn)數(shù)）的多少進(jìn)行分類 2.2.按結(jié)構(gòu)形式分為整體式、模塊式、板式按結(jié)構(gòu)形式分為整體式、模塊式、板式 3.3.按功能分為低檔機(jī)、中檔機(jī)、高檔機(jī)按功能分為低檔機(jī)、中檔機(jī)、高檔機(jī) 第第1章章 概述概述防災(zāi)儀器