PLC-3 第二章 可編程控制器的構(gòu)成及工作原理

第二章

可編程控制器的構(gòu)成及 工作原理

第1節(jié)

可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展

一、可編程控制器的產(chǎn)生上個世紀(jì)60年代末期開始研制。1968年，通用汽車(GenerMotors)公司根據(jù)汽車生產(chǎn)流水線改造需要，面向社會進(jìn)行招標(biāo)提出了相應(yīng)的招標(biāo)條件，即：“GM10條”。GM10條：1）編程簡單：一般電氣工程師不需特殊的計算機(jī)知識即可編程，且可現(xiàn)場修改；2）維護(hù)方便：最好采用插件式結(jié)構(gòu)；3）可靠性高：優(yōu)于繼電器控制系統(tǒng)；4）體積?。盒∮诶^電器控制系統(tǒng)；5）成本低：性價比高于繼電器控制系統(tǒng)；6）可與計算機(jī)通信：數(shù)據(jù)直接傳給計算機(jī)；7）輸入可以是115VAC：可直接接收交流信號；8）輸出也可以用115VAC：可直接驅(qū)動電磁閥、接觸器等；9）具有可擴(kuò)展性：采用模塊化結(jié)構(gòu)；10）用戶程序存儲器容量：4K以上。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺以邏輯控制為主的可編程序控制器，命名為可編程序邏輯控制器（ProgrammableLogicController）——PLC。1971年，日本引進(jìn)美國技術(shù)，開發(fā)出自己的PLC產(chǎn)品，稱為順序控制器。1973年，德國SIEMENS（西門子）公司開發(fā)自己的PLC產(chǎn)品。1974年，我國開始研制PLC，1977年開始使用。1、由PLC向PC的發(fā)展1975年以微處理器為核心的PLC出現(xiàn)。其功能已不局限于邏輯量控制，模擬量控制系統(tǒng)也大量使用，PLC開始向PC轉(zhuǎn)變。從1976年開始，美國電氣制造商協(xié)會NEMA經(jīng)過4年的調(diào)查，于1980將其正式命名為可編程序控制器（ProgrammableController），簡稱為PC。但為了與其它控制器區(qū)別，現(xiàn)仍多稱為PLC。二、可編程控制器的發(fā)展2、目前PLC的發(fā)展新一代網(wǎng)絡(luò)型PLC具有功能強(qiáng)、功耗小、體積小、成本低、可靠性高等特點，且具備遠(yuǎn)程控制、網(wǎng)絡(luò)通信、圖形編程等優(yōu)點。目前有兩個發(fā)展方向：低檔PLC向小型、簡易及廉價方向發(fā)展。中、高檔PLC向中大型、高速、多功能、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，可對大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合控制。3、可編程控制器的定義1980年由NEMA定義，1982年IEC第一稿，1985年IEC第二稿，1987年IEC第三稿。定義：PLC是一種專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算電子設(shè)備。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并能通過數(shù)字式或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。PLC及其外圍設(shè)備均應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴(kuò)展其功能的原則來設(shè)計。1）開關(guān)量邏輯控制主要用于生產(chǎn)流水線控制及聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)等；2）運動控制主要用于加工機(jī)械、吊車、工業(yè)機(jī)器人、電梯等控制；3）過程控制主要用于連續(xù)變化的模擬量（如溫度、壓力、流量等）的閉環(huán)控制；4）通信聯(lián)網(wǎng)及多級控制主要用于網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)控系統(tǒng)及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。三、可編程控制器的應(yīng)用構(gòu)成與一般的計算機(jī)控制系統(tǒng)相似。輸入接口輸入/輸出數(shù)據(jù)存儲中央處理器單元輸出接口存儲器編程接口電源單元各種輸入信號各種執(zhí)行元件第2節(jié)

可編程控制器的構(gòu)成及工作過程

一、可編程控制器的構(gòu)成1、按I/O點數(shù)分類分為微型、小型、中型及大型等。微型：一般I/O點數(shù)在128點以下；小型：一般I/O點數(shù)在512點以下；中型：一般I/O點數(shù)在2048點以下；大型：一般I/O點數(shù)在2048以上。二

、可編程控制器的分類2、按結(jié)構(gòu)型式分類常用的PLC可分為整體式和模塊式PLC。1)整體式PLC：各組成部分集成在一起，封裝為單一整體，單臺主機(jī)具備一定的控制能力。通常微型及小型PLC采用此結(jié)構(gòu)。2)模塊式PLC：各組成部分按其功能制成獨立的模塊，如CPU模塊、電源模塊、輸入模塊、輸出模塊等，并按需要選擇某些模塊組合在一起，構(gòu)成各種規(guī)?；蛴猛镜南到y(tǒng)。通常中大型PLC采用此結(jié)構(gòu)。1、小型PLC工作過程分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個過程。輸入信號輸入端子輸入映像區(qū)用戶程序輸出映像區(qū)輸出鎖存輸出端子輸出信號輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新三、可編程控制器的工作過程2、中大型PLC工作過程上電復(fù)位操作硬件檢查WDT復(fù)位自診斷與外部信息交換執(zhí)行用戶程序輸入/輸出操作1

、梯形圖編程梯形圖編程語言是借鑒繼電器控制線路的特點而形成的，因此與繼電器控制線路非常相似。繼電器控制線路RQTR梯形圖編程語言四、可編程控制器的編程語言I0.0I0.1Q0.0Q0.0()2、指令語句編程在計算機(jī)匯編語言基礎(chǔ)上開發(fā)產(chǎn)生的，因此與計算機(jī)匯編語言非常相似。A(OI0.0OQ0.0)ANI0.1=Q0.0指令語句編程語言梯形圖編程語言I0.0I0.1Q0.0Q0.0()3、邏輯符號圖編程邏輯符號圖編程語言是在數(shù)字電路邏輯符號圖基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，與數(shù)字電路中的邏輯圖非常相似。繼電器控制線路RQTR邏輯符號圖編程語言>=1I0.0Q0.0&I0.1=Q0.04、順序功能圖編程主要用于順序控制。初始步第1步第2步轉(zhuǎn)步條件控制操作控制操作轉(zhuǎn)步條件轉(zhuǎn)步條件PLC取代以繼電器控制系統(tǒng)的原因是:現(xiàn)代生產(chǎn)線要求的時間響應(yīng)快,控制精度高,可靠性好,控制程序可隨工藝改變,易與計算機(jī)接口,維修方便等諸多高品質(zhì)與功能,繼電器控制系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上PLC控制系統(tǒng)。但對于一些簡單的系統(tǒng)，由于其控制邏輯簡單，采用繼電器系統(tǒng)時，成本較低。所以，目前仍有大量的繼電器系統(tǒng)在使用。第3節(jié)

PLC與其它控制系統(tǒng)比較

一、PLC與繼電器控制系統(tǒng)比較

可編程序控制器與集散系統(tǒng)(分布式控制系統(tǒng))都是自動化控制設(shè)備,它們分別由兩個不同的古典設(shè)備發(fā)展而來。可編程序控制器是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來,所以它在數(shù)字處理、順序控制方面具有優(yōu)勢,發(fā)展初期主要側(cè)重于數(shù)字量順序控制方面的應(yīng)用。在此之后,其模擬量處理功能也得到了迅速的發(fā)展。集散控制系統(tǒng)是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展而來,它在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢,發(fā)展初期主要側(cè)重于回路調(diào)節(jié)功能。與PLC系統(tǒng)相比，功能較為完善，但成本較高。目前，大多用于中、大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)中。二、PLC與集散控制系統(tǒng)（DCS）比較這兩種設(shè)備都在隨著微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路芯片、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等的發(fā)展而發(fā)展,同時都向?qū)Ψ綌U(kuò)展自己的技術(shù)功能。特別是大型PLC出現(xiàn)后，由于其運算速度快，存儲器容量大，處理功能完善，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)形式多樣，現(xiàn)已在中、大型系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。三、PLC與工業(yè)控制計算機(jī)比較

這兩種設(shè)備都適合于工業(yè)控制應(yīng)用。工業(yè)控制計算機(jī)是由通用微機(jī)推廣應(yīng)用發(fā)展起來的,在硬件結(jié)構(gòu)方面,總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高,品種兼容性強(qiáng),是微機(jī)廠及芯片制造廠開發(fā)的?？删幊绦蚩刂破魇怯呻姎饪刂茝S家研制生產(chǎn)的,從開始就是針對工業(yè)順序控制而發(fā)展起來的。因此硬件結(jié)構(gòu)專用、各廠家產(chǎn)品不兼容。工業(yè)控制機(jī)由于直接由通用微機(jī)而來,采用板卡結(jié)構(gòu)，軟件資源較為豐富,特別是有實時操作系統(tǒng)的支持,