第7章 可編程序控制器概論

1、第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器第二篇可編程控制器第二篇可編程控制器(簡稱簡稱PLC)第第7章章PLC概念及工作原理概念及工作原理 7.17.1PLCPLC的產(chǎn)生和發(fā)展的產(chǎn)生和發(fā)展7.27.2PLCPLC的定義和特點(diǎn)的定義和特點(diǎn) 7.37.3PLCPLC的分類及應(yīng)用的分類及應(yīng)用7.47.4PLCPLC的組成及各組成部分的作用的組成及各組成部分的作用7.57.5PLCPLC的工作原理的工作原理7.67.6PLCPLC的編程語言的編程語言7.77.7PLC PLC 與微機(jī)、繼電器控制等的區(qū)別與微機(jī)、繼電器控制等的區(qū)別第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器本章內(nèi)容包括：本章內(nèi)容包括：l lPL

2、C的發(fā)展、分類及應(yīng)用的發(fā)展、分類及應(yīng)用l l結(jié)構(gòu)及工作原理結(jié)構(gòu)及工作原理l l主要技術(shù)性能指標(biāo)主要技術(shù)性能指標(biāo)l l常用編程語言常用編程語言返回本章首頁返回本章首頁第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器7.1PLC的產(chǎn)生和發(fā)展的產(chǎn)生和發(fā)展返回本章首頁返回本章首頁7.1.1產(chǎn)生產(chǎn)生 可編程序邏輯控制器可編程序邏輯控制器PLC產(chǎn)生于產(chǎn)生于1969年，最初只年，最初只具備邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，主要是用來取代繼具備邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，主要是用來取代繼電接觸器控制。電接觸器控制。 現(xiàn)在所說的可編程序控制器現(xiàn)在所說的可編程序控制器PLC（Programmable Controller）是）是

3、1980年以來，美、日、德等家由先前年以來，美、日、德等家由先前的可編程序邏輯控制器的可編程序邏輯控制器PLC進(jìn)一步發(fā)展而來。進(jìn)一步發(fā)展而來。 1985年，國際電工委員會年，國際電工委員會IEC對可編程序控制器作了如對可編程序控制器作了如下規(guī)定：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系下規(guī)定：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器7.1.2發(fā)展發(fā)展 發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢 （1）與計(jì)算機(jī)聯(lián)系密切）與計(jì)算機(jī)聯(lián)系密切 （2）發(fā)展多樣化）發(fā)展多樣化 （3）模塊化）模塊化 （4）網(wǎng)絡(luò)與通信能力增強(qiáng)）網(wǎng)絡(luò)與通

4、信能力增強(qiáng) （5）標(biāo)準(zhǔn)化）標(biāo)準(zhǔn)化 （6）工業(yè)軟件發(fā)展迅速）工業(yè)軟件發(fā)展迅速 返回本節(jié)返回本節(jié)第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器7.2定義和特點(diǎn)定義和特點(diǎn) 國際電工委員會（國際電工委員會（IECIEC）19871987年頒布的可編程邏年頒布的可編程邏輯控制器的定義如下：輯控制器的定義如下： “可編程邏輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)可編程邏輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，是帶有存一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，是帶有存儲器、可以編制程序的控制器。儲器、可以編制程序的控制器。它能夠存儲和執(zhí)它能夠存儲和執(zhí)行命令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算行命令，進(jìn)

5、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，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，術(shù)運(yùn)算等操作，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌淇刂聘鞣N類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(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)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計(jì)”。返回本節(jié)返回本節(jié)第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器7.2.2 特點(diǎn)特點(diǎn)1 1、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。無故障工作時(shí)間（平均）、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。無故障工作時(shí)間（平均）數(shù)十萬小時(shí)并可構(gòu)成多機(jī)冗余系統(tǒng)。數(shù)十萬小時(shí)并可構(gòu)

6、成多機(jī)冗余系統(tǒng)。2、適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活。、適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活。小型小型PLCPLC為整體結(jié)構(gòu)，并可外為整體結(jié)構(gòu)，并可外接擴(kuò)展機(jī)箱。中大型接擴(kuò)展機(jī)箱。中大型PLCPLC采用分體模塊式結(jié)構(gòu)，設(shè)有各采用分體模塊式結(jié)構(gòu)，設(shè)有各種專用功能模塊供選用和組合。種專用功能模塊供選用和組合。3 3、編程方便，易于使用。（、編程方便，易于使用。（LADLAD）梯形圖、語句表）梯形圖、語句表（STLSTL)、功能圖（、功能圖（FBDFBD）等語言通俗易懂，使用方便。）等語言通俗易懂，使用方便。4 4、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便。、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便。5 5、維修方便、維修工作量小。完善的自診斷、履歷情、

7、維修方便、維修工作量小。完善的自診斷、履歷情報(bào)存儲及監(jiān)視功能。報(bào)存儲及監(jiān)視功能。6、功能完善。除基本邏輯控制外，還具有算術(shù)、邏輯、功能完善。除基本邏輯控制外，還具有算術(shù)、邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、PIDPID運(yùn)算、過程控制、通訊等功能。運(yùn)算、過程控制、通訊等功能。第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器7.3 分類分類 及應(yīng)用及應(yīng)用1. 從規(guī)模上從規(guī)模上按按PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可分為小型、中型和大的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可分為小型、中型和大型。型。 2. 從結(jié)構(gòu)上從結(jié)構(gòu)上可編程序控制器從結(jié)構(gòu)上可分為箱體式和模塊可編程序控制器從結(jié)構(gòu)上可分為箱體式和模塊式。式。返回本節(jié)返回本節(jié)第第2 2篇可編程

8、控制器篇可編程控制器第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器7.3.2應(yīng)用應(yīng)用 1. 工業(yè)工業(yè)1）開關(guān)量控制，如邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序等；）開關(guān)量控制，如邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序等；2）模擬量控制，部分）模擬量控制，部分PLC或功能模塊具有或功能模塊具有PID控制功控制功能，可實(shí)現(xiàn)過程控制；能，可實(shí)現(xiàn)過程控制；3）監(jiān)控，用）監(jiān)控，用PLC可構(gòu)成數(shù)據(jù)采集和處理的監(jiān)控系統(tǒng)；可構(gòu)成數(shù)據(jù)采集和處理的監(jiān)控系統(tǒng)；4）建立工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，為適應(yīng)復(fù)雜的控制任務(wù)且節(jié)省資）建立工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，為適應(yīng)復(fù)雜的控制任務(wù)且節(jié)省資源，可采用單級網(wǎng)絡(luò)或多級分布式控制系統(tǒng)。源，可采用單級網(wǎng)絡(luò)或多級分布式控制系統(tǒng)。2. 其他行業(yè)其他行業(yè)可編程序

9、控制器在其他行業(yè)的應(yīng)用也日益廣泛：在國可編程序控制器在其他行業(yè)的應(yīng)用也日益廣泛：在國防和民用，如建筑，環(huán)保，家用電器等。防和民用，如建筑，環(huán)保，家用電器等。返回本節(jié)返回本節(jié)第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器7.4PLC組成及各組成部分的作用組成及各組成部分的作用返回本章首頁返回本章首頁 PLC PLC的基本組成的基本組成第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器7.4.1PLC的基本組成的基本組成第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器1. 中央處理單元中央處理單元 中央處理單元（中央處理單元（CPU）一般由控制器、運(yùn)算器）一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片上。和寄存器組

10、成，這些電路都集成在一個(gè)芯片上。 CPU的主要功能：的主要功能：1）從存儲器中讀取指令從存儲器中讀取指令 2）執(zhí)行指令）執(zhí)行指令 3）順序取指令）順序取指令 4）處理中斷）處理中斷 7.4.2PLC各組成部分的作用各組成部分的作用第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器RAM：存儲各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào)存儲各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào)試的程序。試的程序。ROM：存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序。存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序。2. 存儲器存儲器第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路與外部電路的電的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離

11、，減小了電磁干擾。氣隔離，減小了電磁干擾。輸出接口作用：輸出接口作用：將主機(jī)向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動外將主機(jī)向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動外部執(zhí)行電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；部執(zhí)行電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離。另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離。輸出三種形式：輸出三種形式：繼電器繼電器-低速大功率低速大功率可控硅可控硅-高速大功率高速大功率晶體管晶體管-高速小功率高速小功率輸入接口作用：輸入接口作用：將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號，將按鈕、行程開關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入主機(jī)。轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入主機(jī)。

12、3. 輸入、輸出接口輸入、輸出接口：第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器（1）輸入接口電路：）輸入接口電路：采用采用光電耦合器，防止強(qiáng)電干擾。光電耦合器，防止強(qiáng)電干擾。COM光電三極管光電三極管發(fā)光二極管發(fā)光二極管直流電源直流電源輸入端子輸入端子+PLCXn+24V發(fā)光二極管發(fā)光二極管第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器繼電器輸出繼電器輸出（2）輸出接口電路：）輸出接口電路：以以繼電器形式為例：繼電器形式為例：PLC內(nèi)內(nèi)部部電電路路內(nèi)內(nèi)部部電電路路J+交流電源或交流電源或直流電源直流電源YCOM-第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器4.電源單元電源單元 把外部供應(yīng)的電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各單

13、元把外部供應(yīng)的電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各單元所需的電源。所需的電源。 有的電源單元還向外提供有的電源單元還向外提供24v24v隔離直流電隔離直流電源，可供與開關(guān)量輸入單元連接的現(xiàn)場無源開源，可供與開關(guān)量輸入單元連接的現(xiàn)場無源開關(guān)等使用。關(guān)等使用。 可編程序控制器的電源一般采用開關(guān)式電可編程序控制器的電源一般采用開關(guān)式電源，其特點(diǎn)是輸入電壓范圍寬、體積小、重量源，其特點(diǎn)是輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾性能好。輕、效率高、抗干擾性能好。第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器5.各種接口、高功能模塊：各種接口、高功能模塊： PSCPUSM: DISM: DOSM: AISM: AOCPFM

14、SMIM第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器6.通信接口通信接口第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器編程設(shè)備可以是專用的手編程設(shè)備可以是專用的手持式的編程器；也可以是安裝持式的編程器；也可以是安裝了專門的編程通訊軟件的個(gè)人了專門的編程通訊軟件的個(gè)人計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)。用戶可以通過鍵盤輸入和用戶可以通過鍵盤輸入和調(diào)試程序；另外在運(yùn)行時(shí)，還調(diào)試程序；另外在運(yùn)行時(shí)，還可以對整個(gè)控制過程進(jìn)行監(jiān)控。可以對整個(gè)控制過程進(jìn)行監(jiān)控。PCFPPROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTL WLORR WRANY WYSTX WXSRC(-)OP(BIN)K

15、/HSCCTC EVTMT SVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR手持式的編程器手持式的編程器7. 編程設(shè)備編程設(shè)備第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器7.5工作原理工作原理 7.51. 工作方式工作方式 PLC采用循環(huán)掃描工作方式，這個(gè)工作過程一般采用循環(huán)掃描工作方式，這個(gè)工作過程一般包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理、與編程器等的通信處理、包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理。輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理。圖圖7.5中當(dāng)中當(dāng)PLC方式開關(guān)置于方式開關(guān)置于RUN（運(yùn)行）時(shí)，（運(yùn)行）時(shí)，執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式開關(guān)

16、置于執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式開關(guān)置于STOP（停止）時(shí)，（停止）時(shí)，不執(zhí)行后不執(zhí)行后3個(gè)階段，此時(shí)可進(jìn)行通信處理，如對個(gè)階段，此時(shí)可進(jìn)行通信處理，如對PLC聯(lián)聯(lián)機(jī)或離線編程。機(jī)或離線編程。第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器圖圖7.5 工作原理圖工作原理圖內(nèi)部處理內(nèi)部處理通信處理通信處理輸入掃描輸入掃描執(zhí)行用戶程序執(zhí)行用戶程序輸出處理輸出處理RUNRUN方式方式 ？否否是是開開 始始第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器按鈕接觸器按鈕輸入電路輸入映象寄存器輸出映象寄存器輸出電路（ ）程序執(zhí)行圖圖7.4程序執(zhí)行原理圖程序執(zhí)行原理圖第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器可編程序控制器的輸入處理、執(zhí)行

17、用可編程序控制器的輸入處理、執(zhí)行用戶程序和輸出處理過程的原理如圖戶程序和輸出處理過程的原理如圖7.4所示。所示。 PLC執(zhí)行的五個(gè)階段，稱為一個(gè)掃描執(zhí)行的五個(gè)階段，稱為一個(gè)掃描周期，周期，PLC完成一個(gè)周期后，又重新執(zhí)行上完成一個(gè)周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。述過程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器7.5.2 工作過程工作過程第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器7.6編程語言編程語言 1. 梯形圖梯形圖 2. 指令指令表表 3. 順序功能流程順序功能流程圖圖 (即功能圖即功能圖)返回本章首頁返回本章首頁第第2 2篇可編程控制器篇可編程控制器STEP7 編程語言編程語言AI0.0AI0.1= Q8.0STLI0.0I0