第1章_可編程控制器

1、周美蘭周美蘭 周封周封 王岳宇王岳宇 編著編著河南科技學(xué)院自動控制教研室河南科技學(xué)院自動控制教研室第一章 可編程控制器的基本知識 繼電器產(chǎn)生于19世紀中后期，到了20世紀初期，開始在生產(chǎn)機械控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 生產(chǎn)機械的控制系統(tǒng)，大多采用繼電-接觸器控制系統(tǒng)，即各種繼電器、接觸器及其觸點按一定的邏輯關(guān)系用導(dǎo)線連接起來組成的控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機械。它具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、容易操作等優(yōu)點，適應(yīng)于工作模式固定，要求比較簡單的場合，目前應(yīng)用仍比較廣泛。 從20世紀30年代開始，機械加工企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，采用機械化流水作業(yè)采用機械化流水作業(yè)的生產(chǎn)方式，對不同類型的部件或產(chǎn)品分別組成自動生

2、產(chǎn)線的生產(chǎn)方式，對不同類型的部件或產(chǎn)品分別組成自動生產(chǎn)線。隨著產(chǎn)品機型的更新?lián)Q代，生產(chǎn)線承擔的加工對象也隨之改變，這就需要改變控制程序，使生產(chǎn)線的機械設(shè)備按新的工藝過程運行，而繼電接觸器控制系統(tǒng)是采用固定接線的，很難適應(yīng)這個要求。大型自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)，使用的繼電器數(shù)量很多，這種有觸點的電器工作頻率較低，在頻繁動作情況下壽命較短，從而造成系統(tǒng)故障，使生產(chǎn)線的運行可靠性降低。第一節(jié)第一節(jié) 可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展 一、可編程控制器的產(chǎn)生 （一）產(chǎn)生原因 1.繼電接觸器控制系統(tǒng)特點 （1）繼電接觸器控制裝置采用的是固定接線方式，是一種專用控制裝置，一旦生產(chǎn)過程有所變動，就

3、需重新設(shè)計線路和連線安裝。 （2）要求比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，采用繼電接觸器控制就相當麻煩）要求比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，采用繼電接觸器控制就相當麻煩。 2.繼電接觸器控制系統(tǒng)優(yōu)缺點 （1）繼電接觸器控制系統(tǒng)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，容易操作，抗干擾能力強等。它是機床和其他許多機械設(shè)備廣泛采用的基本電氣控制形式，也是學(xué)習(xí)更先進電氣控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 （2）繼電接觸器控制系統(tǒng)缺點：固定接線方式，靈活性差，工作頻率低、觸點易損壞，可靠差等 因此，這種裝置存在著設(shè)計制造周期長，維修困難、通用性和靈活性較差等缺點，不利于產(chǎn)品的迅速更新?lián)Q代。迫切需要新型先進的自動產(chǎn)品的迅速更新?lián)Q代。迫切需要新型先進的自動控制裝置。

4、控制裝置。舉例：舉例： 美國通用汽車公司汽車生產(chǎn)線。 早期采用繼電接觸器控制裝置進行控制v復(fù)雜的復(fù)雜的繼電器繼電器控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)v 繼電器邏輯電路繼電器邏輯電路 配線復(fù)雜（配線復(fù)雜（實例圖實例圖）一、可編程控制器的產(chǎn)生一、可編程控制器的產(chǎn)生v（二）產(chǎn)生（二）產(chǎn)生背景：背景： 1 技術(shù)背景技術(shù)背景 20世紀60年代初期，電子技術(shù)的發(fā)展推動了控制電路的電子化，晶體管等無觸點器件的應(yīng)用，促進了控制裝置的小型化和可靠性的提高；研制出矩陣式順序控制器和晶體管邏輯控制系統(tǒng)來代替繼電接觸器控制系統(tǒng)，由于這些控制裝置本身存在某些不足，均未能獲得廣泛應(yīng)用 60年代中期，小型計算機被應(yīng)用到過程控制領(lǐng)域，大大提高

5、了控制系統(tǒng)的性能。但當時計算機價格昂貴，編程很不方便，輸入/輸出信號與工業(yè)現(xiàn)場不兼容 。因而沒能在工業(yè)控制中得到推廣與應(yīng)用 2 社會背景社會背景 20世紀60年代末期，西方工業(yè)國家出現(xiàn)經(jīng)濟危機，作為工業(yè)龍頭的汽車工業(yè)受到沉重打擊。美國通用汽車公司（General Motors Corporation，GM）為了在激烈的市場競爭中戰(zhàn)勝對手，擺脫困境，制定出多品種、小批量、不斷推出新車型來吸引顧客的戰(zhàn)略。但原有的控制系統(tǒng)由繼電器和接觸器等組成，靈活性差，不能滿足生產(chǎn)工藝不斷更新的需要。v（三）產(chǎn)生的年代（三）產(chǎn)生的年代 v 1968年美國通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號的不斷更新，生產(chǎn)工藝不

6、斷變化的需要，實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到：盡可能減少重新設(shè)計和更換繼電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。提出把計算機的完備功能、靈活性及通用性好等優(yōu)點，與繼電接觸器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格低廉等優(yōu)點結(jié)合起來，做成一種能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并把編程方法和程序輸入方式加以簡化，使得不熟悉計算機的人員也能很快掌握它的使用技術(shù)。根據(jù)這一設(shè)想，因此，要求制造商為其裝配線提供一種新型的通用程序控制器，并提出10項招標指標。 一、一、可編程控制器的產(chǎn)生可編程控制器的產(chǎn)生v著名的著名的GM10GM10條條 編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序； 可靠性高于繼電器

7、控制柜； 體積小于繼電器控制柜； 維護方便，最好是插件式； 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機； 在成本上可與繼電器控制柜競爭； 輸入可以是交流115V； 輸出為交流115V、2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥等； 在擴展時，原系統(tǒng)只需很小變更； 用戶程序存貯器容量至少能擴展到4K。這10項指標實際上就是現(xiàn)在PLC的最基本的功能。其核心要求可歸納為4點：1. 計算機代替繼電器控制盤。2. 用程序代替硬接線3. 輸入/輸出電平可與外部裝置直接相聯(lián)。 4. 結(jié)構(gòu)易于擴展。一、可編程控制器的產(chǎn)生一、可編程控制器的產(chǎn)生v工業(yè)現(xiàn)場工業(yè)現(xiàn)場一、一、可編程控制器的產(chǎn)生可編程控制器的產(chǎn)生可編程控制器的定義 1969年，美國數(shù)

8、據(jù)設(shè)備公司(DEC)研制出世界上第一臺可編程控制器，并成功地應(yīng)用在GM公司的生產(chǎn)線上。這一時期它主要用于順序控制，只能進行邏輯運算，故稱為可編程邏程邏輯控制器，簡稱 70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，使PLC從開關(guān)量的邏輯控制擴展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制領(lǐng)域，真正成為一種電子計算機工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡稱PC(Programmable Controller)。但由于PC容易和個人計算機 (Personal Computer)相混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程控制器的縮寫。二二 . . 可編程控制器的定義可編程控制器的定義v19851985年年1 1月，月，

9、國際電工委員會（國際電工委員會（IECIEC）定義）定義： “可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？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)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計”。第二節(jié)第二節(jié) 可編程控制器的特點及分類可編程控制器的特點及分類 PLCPLC的主要特點的主要特點1.1.可靠性高、抗干擾能力強。可靠性高、抗干擾能力強。主要有以下幾個方面： 隔離隔離( (采用光電耦合器采用光電耦合

10、器 ) )濾波 對PLC的內(nèi)部電源采取了屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施。 設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷、Watchdog等電路。 利用系統(tǒng)軟件定期進行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測。對用戶程序及動態(tài)工作數(shù)據(jù)進行電池備份。 采用密封、防塵、抗振的外殼封裝結(jié)構(gòu)。采用密封、防塵、抗振的外殼封裝結(jié)構(gòu)。 一以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過程不依賴于機械觸點。采用循環(huán)掃描的工作方式采用循環(huán)掃描的工作方式，也提高了抗干擾能力。 可實現(xiàn)三電一體可實現(xiàn)三電一體 三電是指電控、電儀、電傳。根據(jù)工業(yè)自動化系統(tǒng)的分類，對于開關(guān)量的控制，即邏輯控制系統(tǒng)，繼電接觸器控制裝置，稱為電控裝置。對于慢的連續(xù)控制，即過程控制系統(tǒng)，

11、采用的是電動儀表控制，稱為電儀裝置。對于快的連續(xù)量控制，即運動控制系統(tǒng)，采用的是電傳控制，稱為電傳裝置。 PLC集電控、電儀和電傳于一體。一臺控制裝置既有邏輯控制功能，又有過程控制功能，還有運動控制功能，可以方便、靈活地適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。 3. PLC與與傳統(tǒng)的繼電器邏輯比較傳統(tǒng)的繼電器邏輯比較 （1 1）可靠性高、邏輯功能強、體積小。 （2）在需要大量中間繼電器、時間繼電器及計數(shù)繼電器的場合，PLC 無需增加硬設(shè)備（ PLC有大量的內(nèi)部繼電器、定時器和計數(shù)器 ）。 （3）隨著要求的變更，）隨著要求的變更，PLC對程序修改方便。繼電器線對程序修改方便。繼電器線路要想改變控制功能，必須變更

12、硬接線，靈活性差。路要想改變控制功能，必須變更硬接線，靈活性差。 （4）具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可附加高性能模塊對模擬量進行處理，實現(xiàn)各種復(fù)控制功能。 PLC與工業(yè)控制計算機相比與工業(yè)控制計算機相比 (1) PLC一般是由電氣控制器的制造廠家研制生產(chǎn)，各各廠家的產(chǎn)品不通用。而廠家的產(chǎn)品不通用。而工業(yè)控制計算機工業(yè)控制計算機是由通用計算機推廣應(yīng)用發(fā)展起來的，一般由微機廠、芯片及板卡制造廠開發(fā)生產(chǎn)。它在硬件結(jié)構(gòu)方面的突出優(yōu)點是總線標準總線標準化程度高，產(chǎn)品兼容性強。化程度高，產(chǎn)品兼容性強。 (2) PLCPLC繼承了繼電器系統(tǒng)的基本格式和習(xí)慣繼承了繼電器系統(tǒng)的基本格式和習(xí)慣，對于有繼電器系統(tǒng)方面知識和經(jīng)

13、驗的人來說，尤其是現(xiàn)場的工程技術(shù)人員，學(xué)習(xí)起來十分方便。 (3) PLC的運行方式與工業(yè)控制計算機不同，微機的許微機的許多軟件，多軟件，PLC不能直接使用不能直接使用。而而工業(yè)控制計算機可使用通用微機的各種編程語言，對要求快速、實時性強、模型復(fù)雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但它要求使用者具有一定的計算計算機專業(yè)知識機專業(yè)知識。 (4) PLC和工業(yè)控制計算機都是專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境而設(shè)計的。 都具有很高的可靠性。都具有很高的可靠性。 (5) PLC一般具有模塊結(jié)構(gòu)，可以針對不同的對象進行可以針對不同的對象進行組合和擴展。組合和擴展。可編程控制器的發(fā)展 PLC發(fā)展過程大致可分三個階段 1. 第一代

14、PLC（20世紀70年代至80年代中 期）以單機為主，發(fā)展硬件技術(shù)，研發(fā)各種PLC機型 2. 第二代PLC（20世紀80年代中期至80年代末 期）適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)、加強軟件開發(fā)、提高通信能力 3. 第三代PLC（20世紀90年代至今）適應(yīng)計算機集成制造系統(tǒng)發(fā)展，研發(fā)多CPU系統(tǒng) v1.1.按結(jié)構(gòu)形式分按結(jié)構(gòu)形式分整體式整體式PLCPLC 將電源、將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)，具有接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低等特點結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低等特點。一般超小型或小型一般超小型或小型PLCPLC采用這采用這種結(jié)構(gòu)種結(jié)構(gòu)，適合于單電動機控制的場合，

15、適合于單電動機控制的場合二二 可編程控制器的分類可編程控制器的分類 模塊式模塊式PLC 將將PLC各組成部分分別作成若干個單獨的模塊，如各組成部分分別作成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊中）以及各種功能模塊。一一般中型般中型PLC采用這種結(jié)構(gòu)，采用這種結(jié)構(gòu)，適合于多電動機控制的場合。適合于多電動機控制的場合。 單板式單板式PLCPLC v2. 2. 按功能分按功能分 低檔低檔PLCPLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少

16、量模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳等基本功能，還可有少量模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。送和比較、通信等功能。 中檔中檔PLCPLC 具有低檔具有低檔PLCPLC功能外，增加模擬量輸入功能外，增加模擬量輸入/ /輸出、算術(shù)運輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程I/OI/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還增設(shè)中斷、等功能。有些還增設(shè)中斷、PIDPID控制等功能?？刂频裙δ堋?高檔高檔PLCPLC 具有中檔機功能外，增加帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、具有中檔機功能外，增加帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算

17、及其它特殊功能函數(shù)運算、制表及表格位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)運算、制表及表格傳送等。高檔傳送等。高檔PLCPLC機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能。機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能。 二二 可編程控制器的分類可編程控制器的分類一一 可編程控制器的分類可編程控制器的分類 3. 按按IO點數(shù)和程序容量分類點數(shù)和程序容量分類分分 類類I0點數(shù)點數(shù)程序容量程序容量超小型機超小型機64點以內(nèi)點以內(nèi)2561000字字節(jié)節(jié)小型機小型機6425613.6K字節(jié)字節(jié)中型機中型機25620483.613K字字節(jié)節(jié)大型機大型機2048以上以上13K字節(jié)以字節(jié)以上上 一、PLC的應(yīng)用場合 邏輯控制邏輯控制 ：可取代傳統(tǒng)繼

18、電器系統(tǒng)和順序控制器。如各種機床、自動電梯、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線、運輸和檢測等的控制。 運動控制運動控制 ：通過配合PLC使用的專用智能模塊，可以對步進電動機或伺服電動機的單軸或多軸系統(tǒng)實現(xiàn)位置控制，可用于精密金屬切削機床、機械手、機器人等設(shè)備的控制。 過程控制過程控制 ：通過配用AD、DA轉(zhuǎn)換模塊及智能PID模塊實現(xiàn)對生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量進行閉環(huán)調(diào)節(jié)控制。 第三節(jié)第三節(jié) 可編程控制器的應(yīng)用場合可編程控制器的應(yīng)用場合 和發(fā)展趨勢和發(fā)展趨勢 4機械加工的數(shù)字控制：機械加工的數(shù)字控制： PLC和計算機數(shù)控 （CNC）裝置組合成一體，可以實現(xiàn)數(shù)值控制， 組成數(shù)控機床

19、5 5機器人控制：機器人控制：應(yīng)用PLC可實現(xiàn)對機器人的控制。 德國西門子制造的機器人就是采用本公司生產(chǎn) 的16位PLC組成的控制裝置進行控制的。6 6多級控制：多級控制：多級控制是指利用PLC的網(wǎng)絡(luò)通信功 能模塊及遠程IO控制模塊實現(xiàn)多臺PLC之間的鏈 接、PLC與上位計算機的鏈接，這種方式，能夠完 成較大規(guī)模的復(fù)雜控制，甚至實現(xiàn)整個工廠生產(chǎn)的 自動化。 2022-3-726二、可編程控制器的發(fā)展趨勢1、在系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)模上向大、小兩個方向發(fā)展向大、小兩個方向發(fā)展；2、功能不斷增強，各種應(yīng)用模塊不斷推出 ；3、產(chǎn)品更加規(guī)范化、標準化規(guī)范化、標準化 。第四節(jié) 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)PLCPLC的系

20、統(tǒng)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)I I/ /O O擴擴展展單單元元I I/ /O O擴擴展展接接口口 中中央央處處理理單單元元 ( (C CP 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)手手動動開開關(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儲器器系系統(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計算算機機圖圖形形監(jiān)監(jiān)控控系系統(tǒng)統(tǒng)打打印印機機E EP PR RO OM M寫寫入入器器盒盒式式磁磁帶帶機機條條碼碼判判讀讀機機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二、二、PLC硬件系統(tǒng)組成硬件系統(tǒng)組成外部設(shè)備現(xiàn)場用戶輸出設(shè)備微處理器（CP

21、U）運算器控制器輸出部件輸入部件系統(tǒng)存儲器用戶存儲器I/O擴展接口通訊及編程接口編程設(shè)備計算機打印機等傳感器按鈕、開關(guān)現(xiàn)場信號電磁閥中間繼電器執(zhí)行器現(xiàn)場用戶輸入設(shè)備擴展設(shè)備擴展單元通訊模塊功能模塊電源變換器110V/220V市電PLC基本單元基本單元PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖PLC各部分的作用 中央處理單元（中央處理單元（CPU） 主主要由要由運算器、控制器運算器、控制器、寄存器寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線等構(gòu)成系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線等構(gòu)成。PLC的整體性能 取決于CPU性能 ?？刂破骺刂芇LC工作，由它讀取指令，解釋并執(zhí)行指令 。運

22、算器在控制器的指揮下工作，用于完成算術(shù)或邏輯運算。寄存器在控制器的指揮下工作，參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果 。 CPUCPU是是PLCPLC的核心，其功能主要：的核心，其功能主要： 接收從編程器或計算機輸入的程序和數(shù)據(jù)并送入用戶程序存儲器中存儲。診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤。對用戶程序進行編譯 。采集現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。逐條讀取指令，完成各種運算將處理結(jié)果的控制信號送至輸出端，操作現(xiàn)場設(shè)備。 響應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請求。存儲器存儲器 存儲器（內(nèi)存）主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，一般 包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩部分 （1）系統(tǒng)程序存儲器）系

23、統(tǒng)程序存儲器：用以存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。PLC出廠前已將其固化在只讀存儲器ROM或PROM中，用戶不能更改。 （2）用戶存儲器：）用戶存儲器：包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。這類存儲器一般由低功耗的CMOS-RAM構(gòu)成，其中的存儲內(nèi)容可讀出并更改。 PLC產(chǎn)品手冊中給出的“存儲器類型”和“程序容量”是針對用戶程序存儲器而言的。 3.3.輸入接口電路輸入接口電路 （1）直流輸入： 采用光電耦合電路，將限位開關(guān)、按鈕開關(guān)、編碼器等現(xiàn)場輸入設(shè)備的控制信號轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號。 PLC的輸入接口電路（直流輸入型） 3.3.輸入接口電路輸入接口電路3.3.輸入接口

24、電路輸入接口電路 （2）交流輸入 對交流輸入信號，采用光電耦合電路、變壓器或繼電器隔離。 4.4.輸出接口電路輸出接口電路 采用光電耦合電路，將將CPUCPU處理過的信號轉(zhuǎn)處理過的信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動接觸器、電磁閥等外部設(shè)備的通斷電。輸出方式有三種類型： 內(nèi)內(nèi)部部電電路路L LE ED DL L: :負負載載C CO OM ML LL L輸輸出出端端子子繼電器輸出型 繼電器輸出型繼電器輸出型：為有觸點輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較低的開關(guān)頻率較低的直流負載直流負載或或交流負載交流負載回回路路。內(nèi)內(nèi)部部電電路路L LE ED D輸輸出出端端子子L

25、 L: :負負載載C CO OM ML LL L（b） 晶閘管輸出型L L : : 負負 載載輸輸 出出 端端 子子L L E E D D內(nèi)內(nèi)部部電電路路C C O O M ML LL L（c） 晶體管輸出型（NPN集電極開路）輸輸 出出 端端 子子L LE ED D內(nèi)內(nèi)部部電電路路C CO OM ML L: :負負 載載L LL L（d） 晶體管輸出型（PNP集電極開路） 晶體管輸出型晶體管輸出型：為無觸點輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較高的直流電源負載。 晶閘管輸出型：晶閘管輸出型：為無觸點輸出方式，用于接通或斷開開關(guān)頻率較高的交流電源負載。5.5.輸入輸出輸入輸出I I0 0擴展接口擴

26、展接口 若主機單元的IO點數(shù)不能滿足需要時，可通過此接口用扁平電纜線將IO擴展單元與主機相連，以增加IO點數(shù)。PLC的最大擴展能力主要受CPU尋址能力和主機驅(qū)動能力的限制。 6.6.電源電源 PLC的電源的電源是指將外部輸入的交流電處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲器、輸人輸出接口等內(nèi)部電路工作需要的直流電源或電源模塊。許多PLC的直流電源采用直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，不僅可提供多路獨立的電壓（5V、12V），供內(nèi)部電路使用，而且還可為輸入設(shè)備提供標準電源（24V） 。7.7.編程器編程器 （1 1）手持編程器）手持編程器 手持編程器采用助記符語言編程助記符語言編程，具有編輯、檢索、修改程序、進行系

27、統(tǒng)設(shè)置、內(nèi)存監(jiān)控等功能。可一機多用，具有使用方便、價格低廉的特點。缺點：缺點：不夠不夠直觀直觀 （2）計算機）計算機編程器編程器 計算機計算機編程器編程器采用梯形圖語言編程，梯形圖語言編程，可通過PLC的RS232外設(shè)通訊口(或RS422口配以適配器)與計算機聯(lián)機，利用專用工具軟件利用專用工具軟件（NPSTGR、FPSOFT、FPWINGR）對對PLCPLC進行編程和監(jiān)控進行編程和監(jiān)控。利用計算機進行編程和監(jiān)控，比手持編程工具更加直觀和方便。第五節(jié) 可編程控制器的原理及技術(shù)性能一、一、 PLCPLC的工作原理的工作原理 （1）繼電器控制裝置運行運行方式：方式：硬邏輯并行運行。并行運行。 采采用

28、硬邏輯并行運行并行運行的方式。即如果一 個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器的所有觸點（常開/常閉觸點）不論在控制線路的哪個位置，都會立即同時動作。 （2）PLC的的運行運行方式：周期性方式：周期性循環(huán)掃描循環(huán)掃描。 PLC采用順序逐條地掃描用戶程序順序逐條地掃描用戶程序的運行方式，如果一個線圈接通或斷開，該線圈的所有觸點不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。 CPU掃描用戶程序，從第一條指令開按指令步序號作周期性的循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令,則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)束符后又返回第一條指令，周而復(fù)始不斷循環(huán)。 （3）微機運行運行方式：方式：等待命令等待命令 等待輸入

29、命令、響應(yīng)中斷等待輸入命令、響應(yīng)中斷的工作方式。如:常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式 一一 . PLCPLC的工作原理的工作原理 一個掃描周期主要分為三個階段：一個掃描周期主要分為三個階段： 輸入刷新階段 程序執(zhí)行階段 1.輸出刷新階段 第一步是采樣階段第一步是采樣階段 通過輸入接口把所有輸入端子的信號狀態(tài)進入緩沖寄存器(鎖存器)，等待CPU的采樣。當 CPU采樣（刷新）時，輸入信號由緩沖區(qū)進入映像區(qū)，即刷新輸入信號的原有狀態(tài)（由于PLC的掃描周期很短，一般只有幾十毫秒，兩次采樣間隔很短，可近似認為信號沒有因為間隔采樣而引起誤差）。第二步掃描用戶程序第二步掃描用戶程序 （包括（包括監(jiān)視與執(zhí)行

30、兩部分操作）。根據(jù)本周期輸入信號的狀態(tài)和上周期輸出信號的狀態(tài)，對用戶程序逐條進行運算處理，將結(jié)果送到輸出映像寄存器。第三步進行輸出刷新第三步進行輸出刷新 將輸出映像寄存器中的內(nèi)容通過輸出輸出鎖存器（輸出接口電路）依次輸出到PLC的輸出端子（刷新后的每種輸出狀態(tài)，要保持到下次刷新為止）。一一 . PLCPLC的工作原理的工作原理輸入刷新 程序執(zhí)行輸出刷新 一個掃描周期輸入采樣 PLC的掃描工作過程用戶輸出設(shè)備輸入端子輸入緩沖鎖存器 輸入映象寄存器 輸出映象寄存器輸出緩沖鎖存器 輸出端子程序執(zhí)行 用戶輸入設(shè)備寫讀讀一一. .PLC的工作原理 由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進行的，所以亦將

31、這兩個階段統(tǒng)稱為IO刷新階段。實際上，除了執(zhí)行程序和IO刷新外，PLC還要進行各種錯誤檢測(自診斷功能)并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱為“監(jiān)視服務(wù)”。一般在程序執(zhí)行后進行。 掃描周期的長短主要取決于程序的長短。 由于每一個掃描周期只進行一次I0刷新，故使系統(tǒng)存在輸入、存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象。輸出滯后現(xiàn)象。這對于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)不但不會造成影響，反反而可以而可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。增強系統(tǒng)的抗干擾能力。但對于控制時間要求較嚴格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后。 I0響應(yīng)滯后既與掃描方式和電路慣性有關(guān)，還與程序設(shè)計安滯后既與

32、掃描方式和電路慣性有關(guān)，還與程序設(shè)計安排有關(guān)排有關(guān)PLC的主要技術(shù)指標的主要技術(shù)指標輸入輸出點數(shù)（I/O點數(shù)）內(nèi)存容量 注意：注意： “內(nèi)存容量”實際是指用戶程序容量，不包括系統(tǒng)程序存儲器的容量。 掃描速度 (單位：msk或s/步。 )指令條數(shù) 內(nèi)部繼電器和寄存器數(shù)目 編程語言及編程手段 高級模塊 主控模塊可實現(xiàn)基本控制功能，高級模塊可實現(xiàn)一高級模塊可實現(xiàn)一些特殊的專門功能。些特殊的專門功能。如AD和DA轉(zhuǎn)換模塊等 。 PLCPLC的內(nèi)存分配及的內(nèi)存分配及I IO O點數(shù)點數(shù)I I0 0繼電器區(qū)：繼電器區(qū)： I0區(qū)的寄存器可直接與可直接與PLCPLC外部的外部的輸入、輸出端子傳遞信息，輸入、輸

33、出端子傳遞信息，具有“繼電器”的功能，有自己的“線圈”和“觸點”。故常稱為“I0繼電器區(qū)”。內(nèi)部通用繼電器區(qū)：內(nèi)部通用繼電器區(qū)：只能在只能在PLCPLC內(nèi)部使用，內(nèi)部使用，其作用與中間繼電器相似，在程序控制中可存放中間變量。 數(shù)據(jù)寄存器區(qū)數(shù)據(jù)寄存器區(qū) ：只能按字使用只能按字使用，不能按位使用。一般只用來存放各種數(shù)據(jù)存放各種數(shù)據(jù)。 特殊繼電器、寄存器區(qū)特殊繼電器、寄存器區(qū) ：被系統(tǒng)內(nèi)部占用被系統(tǒng)內(nèi)部占用，專門用于某些特殊目的，一般不能由用戶任意占用不能由用戶任意占用。 系統(tǒng)寄存器區(qū)：系統(tǒng)寄存器區(qū)：用來存放各種重要信息和參數(shù)。存放各種重要信息和參數(shù)。通過用戶程序，不能讀取和修改系統(tǒng)寄存器的內(nèi)容。

34、四四 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域（按可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域（按行業(yè)分）行業(yè)分）四四 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域制面機制面機四四 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域音樂噴泉音樂噴泉四四 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)洗衣機工業(yè)洗衣機四四 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域四四 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域四四 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域四四 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域四四 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域四四 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域 第六節(jié) PLC的幾種編程語

35、言 不采用微機的編程語言，采用梯形圖語言、指令助記符語言、控制系統(tǒng)流程圖語言、布爾代數(shù)語言等。其中梯形圖、指令助記符語言最梯形圖、指令助記符語言最為常用。為常用。 PLC的設(shè)計和生產(chǎn)至今尚無國際統(tǒng)一標準，不同廠家所用語言和符號也不盡相同。不同廠家所用語言和符號也不盡相同。但它們的梯形圖語言的基本結(jié)構(gòu)和功能是大同小異大同小異的。 梯形圖語言梯形圖語言 梯形圖是梯形圖是在原繼電器接觸器控制系統(tǒng)的繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來的一種圖形語言一種圖形語言。它是目前用得最多的它是目前用得最多的PLCPLC編程語言。編程語言。 注意注意梯形圖表示的并并不是一個實際電路而只是一個不是一個實際電路而只是一個控制程序，控制程序，其間的連線連線表示的是它們之間的邏輯關(guān)系，即所謂“軟接線”。 常開觸點 ： 常閉觸點： 線圈： 它們并非是物理實體，而是它們并非是物理實體，而是“軟繼電器軟繼電器”。每每個個“軟繼電器軟繼電器”僅對應(yīng)僅對應(yīng)PLCPLC存儲單元中的一位。存儲單元中的一位。該位狀態(tài)為“1”時，對應(yīng)的繼電器線圈接通，其常開觸點閉合、常閉觸點斷開；狀態(tài)為“0