Lec5 可編程序控制器基礎(chǔ)知識

第5講

ch7

可編程序控制器基礎(chǔ)知識可編程序控制器的優(yōu)點與這個“可”字有關(guān)。從軟件來講，它的程序可編，也不難編;從硬件上講，它的配置可變，也易變。八、PLC硬件選型一、可編程控制器的產(chǎn)生二、可編程控制器的定義三、組成與分類四、PLC主要功能五、PLC工作原理六、PLC編程語言七、PLC的基本性能指標一、可編程控制器的產(chǎn)生

可編程控制器最先出現(xiàn)在美國，1968年，美國的汽車制造公司通用汽車公司(GM)提出了研制一種新型控制器的要求，并從用戶角度提出新一代控制器應(yīng)具備以下十大條件：一、可編程控制器的產(chǎn)生--GM十條1.編程簡單，可在現(xiàn)場方便地編輯及修改程序；2.價格便宜，其性能價格比要高于繼電器控制系統(tǒng)；3.體積要明顯小于繼電器控制柜；4.可靠性要明顯高于繼電器控制系統(tǒng)；5.具有數(shù)據(jù)通信功能；6.輸入可以是AC115V。7.輸出為AC115V，2A以上。8.硬件維護方便，最好是插件式結(jié)構(gòu)。9.擴展時，原有系統(tǒng)只需做很小改動。10.用戶程序存儲器容量至少可以擴展到4K。一、可編程控制器的產(chǎn)生1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出世界上第一臺可編程控制器，型號為PDP-14，并在GM公司的汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。稱為可編程序邏輯控制器。第一個把PLC商品化的是美國的哥德公司(GOULD)，時間也是1969年，型號為084。1971年，日本研制出第一臺可編程控制器DSC-8。1973～1974年，德國和法國也都相繼研制出自己的可編程控制器，西門子(1973)研制歐洲第一臺，型號為SIMATICS4。我國從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)應(yīng)用。二、可編程控制器的定義（1）

美國電氣制造商協(xié)會(NEMA)(1980’)：“可編程控制器是一種帶有指令存儲器，數(shù)字的或模擬的輸入／輸出接口，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等功能，用于控制機器或生產(chǎn)過程的自動控制裝置。”二、可編程控制器的定義（2）IEC(1985’)：“可編程序控制器是一種數(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)部存儲程序，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)字的或模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械設(shè)備或生產(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)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則設(shè)計”。三、組成與分類—組成三、組成與分類—組成中央處理器接收并存儲程序和數(shù)據(jù)用掃描方式接收數(shù)據(jù)診斷電源，內(nèi)部電路各種錯誤完成運算三、組成與分類—組成存儲器只讀存儲器ROM隨機存儲器RAM可擦除只讀存儲器EPRAM電可擦除只讀存儲器EEPRAMFlash輸入/輸出模塊電源編程器(電腦)三、組成與分類—分類一）按容量和功能劃分，大致可以分為小型、中型、和大型三類機型。小型PLC的功能一般以開關(guān)量控制為主(256點以下)中型PLC一般都具有開關(guān)量和模擬量的兩種控制功能(256～1024點之間)大型PLC的功能已具備某些工業(yè)控制計算機的功能，它不僅具有計算，控制和調(diào)節(jié)的功能，還具有網(wǎng)絡(luò)連接和通訊的功能。(點數(shù)大于1024)注：現(xiàn)在小型機功能也在增強三、組成與分類—分類二）按硬件結(jié)構(gòu)形狀來劃分，一般可以分為整體式，機架模塊式和疊裝式三類結(jié)構(gòu)。三、組成與分類—分類

一般的小型機多為整體式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)PLC的電源、CPU、I/O部件都集中配置在一個箱體中，有的甚至全部裝在一塊印刷電路板上。整體式三、組成與分類—分類

模塊式的PLC各部分以單獨的模塊分開設(shè)置,如電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊及其它智能模塊等。而各個模塊板之間是通過背板總線連接的。一般中型機、大型機和巨型機PLC均采用這種結(jié)構(gòu)。機架模塊式三、組成與分類—分類疊裝式其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。四、PLC主要功能1．邏輯控制2．模擬量控制3．定時控制4．計數(shù)控制5.步進控制6．數(shù)據(jù)處理7．通信聯(lián)網(wǎng)四、PLC主要功能1．邏輯控制這是PLC最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，用來取代繼電器控制系統(tǒng)。PLC根據(jù)操作按鈕、限位開關(guān)及其它現(xiàn)場給出的指令信號和傳感器信號，按邏輯控制執(zhí)行部件進行相應(yīng)的操作。2．模擬量控制PLC還可以實現(xiàn)模擬量（如溫度、壓力等）的采集與控制。過去，由于PLC擅長邏輯控制，模擬量的控制主要靠儀表控制或集散系統(tǒng)來實現(xiàn)。目前，不但大、中型PLC都具有模擬量處理功能，甚至很多小型PLC也具有模擬量處理功能，而且編程和使用都很方便。四、PLC主要功能3．數(shù)字控制

PLC為用戶提供了一定數(shù)量的定時器，并設(shè)置了定時器指令，使用它們可實現(xiàn)定時操作的控制，同時PLC還提供了高精度的時鐘脈沖，用于準確的實時控制。4．計數(shù)控制PLC為用戶提供的計數(shù)器分為普通計數(shù)器、可逆計數(shù)器、高速計數(shù)器等，用來完成不同用途的計數(shù)控制。當計數(shù)器的計數(shù)值等于計數(shù)器的設(shè)定值時，發(fā)出控制命令。5．步進控制

PLC為用戶提供了一定數(shù)量的移位寄存器，用移位寄存器可方便地完成步進控制功能。有些PLC還專門設(shè)有步進控制指令，使得步進控制更為方便。四、PLC主要功能6．數(shù)據(jù)處理大部分PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理功能，能完成數(shù)據(jù)運算如：加、減、乘、除、乘方、開方等，邏輯運算如：與、或、異或、求反等，移位、數(shù)據(jù)比較和傳送及數(shù)值的轉(zhuǎn)換等操作。7．通信聯(lián)網(wǎng)

大部分目前大多數(shù)PLC都具備了通信能力，能夠在PLC與PLC、PLC與計算機之間進行通信，通過這些通信技術(shù)，使PLC聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成工廠自動化(FA)系統(tǒng)。五、工作原理PLC可以視為特殊的工業(yè)控制計算機，但其編程語言，工作原理與計算機不同PLC工作特點：采用循環(huán)掃描工作技術(shù)五、工作原理--PLC工作過程輸入采集：以掃描方式工作，按順序?qū)⑿盘柤拇娉绦驁?zhí)行：運算，處理數(shù)據(jù)，結(jié)果寫入輸出映象寄存器輸出刷新：轉(zhuǎn)輸出映象寄存器數(shù)據(jù)至輸出狀態(tài)寄存器五、工作原理--PLC工作過程程序執(zhí)行過程示意圖

六、PLC編程語言--梯形圖（LAD）

梯形圖語言是一種以圖形符號及圖形符號在圖中的相互關(guān)系表示控制關(guān)系的編程語言，是從繼電器電路圖演變過來的。

繪梯形圖的一種設(shè)計思想:將可編程控制器中參與邏輯組合的元件看成和繼電器一樣,具有常開、常閉觸點及線圈,且線圈的得電失電將導致觸點的相應(yīng)動作;再用母線代替電源線,用能量流概念來代替繼電器電路中的電流概念;使用繪制繼電器電路圖類似的思路繪出梯形圖。

PLC中的繼電器等編程元件不是實際物理元件,而只是計算機存儲器中一定的位,它的所謂接通不過是相應(yīng)存儲單元置1而已。六、PLC編程語言--梯形圖（LAD）符號名稱繼電器電路圖符號梯形圖符號常開觸點常閉觸點線圈Eg.LAD說明(1)1．梯形圖按自上而下，從左到右的順序進行排列。每一條邏輯行都起始于左母線，終止于繼電器線圈，右母線通?？梢允÷圆划?。2．梯形圖中母線的意義類似于繼電器線路中的電源線，但它不產(chǎn)生實際的物理電流，而只是假想在梯形圖中有“電流”流動，我們稱之為“概念電流”。概念電流在梯形圖中只能作從左向右的單向流動，改變層次也只能先上后下。LAD說明(2)

3．梯形圖由若干“梯層”組成。每個梯層由若干條并聯(lián)支路組成。每條支路又有若干個編程符號串聯(lián)組成。支路或符號的最大串聯(lián)、并聯(lián)數(shù)都是有一定限制的，具體PLC產(chǎn)品有不同規(guī)定。

4．梯形圖中的繼電器線圈不是繼電控制電路中的物理繼電器，而是與內(nèi)存映像區(qū)中的某一位相對應(yīng)的，因此稱之為“軟繼電器”。如果梯形圖中某繼電器的線圈“通電”或觸點“閉合”，則映像區(qū)中對應(yīng)存儲器的狀態(tài)為高電平“1”；反之，則為低電平“0”。LAD說明(3)梯形圖中的繼電器又分為輸出繼電器和內(nèi)部繼電器。輸出繼電器所對應(yīng)的映像存儲器中的信號狀態(tài)（“1”或“0”），可以通過I/O接口去驅(qū)動外部負載。內(nèi)部繼電器包括輔助繼電器、定時器、計數(shù)器、寄存器等，它們所對應(yīng)的映像存儲器中信號狀態(tài)（“1”或“0”），只可在編程中供梯形圖內(nèi)部使用，不能用作輸出控制。

5．輸入繼電器僅供PLC接受外部的輸入信號，而不能用內(nèi)部其它繼電器的觸點來驅(qū)動或輸入信號。所以，梯形圖中只出現(xiàn)輸入繼電器的觸點，不會出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。梯形圖中輸入繼電器的觸點閉合表示信號輸入。

6．在梯形圖程序中，繼電器線圈一般情況下只能出現(xiàn)一次。而繼電器觸點在編程時則可無限次引用，且既可以是常開觸點，也可以是常閉觸點。LAD說明(4)

7．PLC運行時是按照梯形圖符號排列順序自上而下，從左向右執(zhí)行程序的，即PLC是按照掃描方式順序執(zhí)行梯形圖程序的。因此不會出現(xiàn)幾條并列支路同時動作的情況，使得梯形圖設(shè)計大為簡化。六、PLC編程語言--指令表

指令表也叫做語句表。它和單片機程序中的匯編語言有點類似,由語句指令依一定的順序排列而成。一條指令一般可分為二部分,一為助記符,二為操作數(shù)。

指令表語言和梯形圖有嚴格的對應(yīng)關(guān)系。對指令表運用不熟悉的人可先畫出梯形圖,再轉(zhuǎn)換為語句表。另一方面,程序編制完畢裝入機內(nèi)運行時,簡易編程設(shè)備都不具備直接讀取圖形的功能,梯形圖程序只有改寫為指令表才有可能送入可編程控制器運行。

六、PLC編程語言--功能塊圖

功能塊圖是一種類似于數(shù)字邏輯電路的編程語言。該編程語言用類似與門、或門的方框來表示邏輯運算關(guān)系,方框的左側(cè)為邏輯運算的輸入變量,右側(cè)為輸出變量,輸入端、輸出端的小圓圈表示“非”運算,信號自左向右流動。ORANDSRS1Q1RTest1Test2Sw1%IX3ResetStart六、PLC編程語言--順序功能圖

順序功能圖常用來編制順序控制類程序。它包含步、動作、轉(zhuǎn)換三個要素。順序功能編程法將一個復雜的順序控制過程分解為一些小的工作狀態(tài),對這些小狀態(tài)的功能分別處理后再將它們依順序連接組合成整體的控制程序。步1步2步3動作1動作2轉(zhuǎn)換1轉(zhuǎn)換21．存儲器容量

存儲器容量指的是存放用戶程序的RAM容量，通常用字（每個字為16位二進制數(shù)）或K字節(jié)來表示，這里的1K=1024個字。七、PLC的基本性能指標2．掃描速度掃描速度是以PLC執(zhí)行1K字節(jié)的用戶指令所需時間來衡量，常以ms/K為表示單位。3．I/O點數(shù)I/O的點數(shù)是指PLC最大輸入輸出點的總和。4．內(nèi)部繼電器及其類型

內(nèi)部繼電器是專供用戶程序使用，具有“軟”繼電器的特征。常用的內(nèi)部繼電器有內(nèi)部輔助繼電器，定時/計數(shù)器，內(nèi)部專用繼電器等。PLC的內(nèi)部繼電器種類和數(shù)量越多，表明其功能越強。5．編程語言(編程指令)不同的PLC機型使用廠家各自開發(fā)研制的編程語言，互不兼容，但對應(yīng)功能的指令都具有可移植性。PLC的編程語言一般都具備用梯形圖語言和助記符指令編程的能力。編程指令又分成基本指令和功能指令兩大類，基本指令各種PLC共有，而功能指令的條數(shù)越多表明PLC的軟件功能越強。七、PLC的基本性能指標6．可擴展性PLC的擴展性可分為控制點數(shù)的擴展和控制區(qū)域的擴展，也是衡量PLC性能的一個重要指標?？刂泣c數(shù)的擴展、控制區(qū)域的擴展1、選型原則：使用場合、控制對象、工作環(huán)境、性價比2、選型方法輸入/輸出點數(shù)估算開關(guān)輸入點：DI開關(guān)輸出點：DO模擬輸入點：AI模擬輸出點：AO八、PLC硬件選型存儲器容量估算：與用戶內(nèi)存容量相匹配3、功能選擇運算功能邏輯運算定時運算計數(shù)運算四則運算根據(jù)系統(tǒng)的要求選擇八、PLC硬件選型處理速度不同點數(shù)不同機型