可編程序控制器的基礎(chǔ)知識(shí)

第五章可編程序控制器的基礎(chǔ)知識(shí)

可編程序控制器的優(yōu)點(diǎn)與這個(gè)“可”字有關(guān)。從軟件來(lái)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。

PLC的簡(jiǎn)史

在PLC問(wèn)世前，繼電接觸器控制在工業(yè)控制領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位，這種控制系統(tǒng)是采用固定接線的硬件實(shí)現(xiàn)控制邏輯。如果生產(chǎn)任務(wù)或工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計(jì)，改變硬件結(jié)構(gòu)，這樣造成時(shí)間和資金的浪費(fèi)。

另外，大型控制系統(tǒng)用繼電接觸器控制，使用的繼電器數(shù)量多，控制系統(tǒng)的體積大，耗電多，且繼電器觸點(diǎn)多為機(jī)械觸點(diǎn)，工作頻率較低，在頻繁動(dòng)作情況下壽命較短，造成系統(tǒng)故障，系統(tǒng)的可靠性差。為了解決這一問(wèn)題，在1968年，美國(guó)最大汽車公司（GM公司）為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷翻新，以求在激烈競(jìng)爭(zhēng)的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢(shì)，提出要求用一種新型的控制裝置取代繼電接觸器控制裝置，并且對(duì)于未來(lái)的新型控制裝置作出了具體設(shè)想：把計(jì)算機(jī)的完備功能以及靈活性、通用性好等優(yōu)點(diǎn)和繼電接觸器控制的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)溶入于新的控制裝置中，且要求新的控制裝置編程簡(jiǎn)單，使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人員也能很快掌握它的使用技術(shù)。為此，特定以下10項(xiàng)公開(kāi)招標(biāo)的技術(shù)要求：（1）編程簡(jiǎn)單方便，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；（2）硬件維護(hù)方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；（3）可靠性高于繼電接觸器控制裝置；（4）體積小于繼電接觸器控制裝置；（5）可將數(shù)據(jù)直接送入計(jì)算機(jī)；（6）用戶程序存儲(chǔ)器容量至少可以擴(kuò)展到4KB；（7）輸入可以使交流115V；（8）輸出為交流115V，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、交流接觸器等；（9）通用性強(qiáng)，擴(kuò)展方便；（10）成本上可以與繼電接觸器控制系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)。

美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)GE公司招標(biāo)的技術(shù)要求，于1969年研制出世界上第一臺(tái)可編程序控制器，并在GE公司汽車自動(dòng)裝配線上使用，獲得成功。其后，日本、德國(guó)等相繼引入這項(xiàng)新技術(shù)，可編程序控制器由此而迅速發(fā)展起來(lái)。一、PLC的名稱定義

可編程序邏輯控制器（ProgrammableLogicController）簡(jiǎn)稱PLC。

可編程序控制器（ProgrammableController）簡(jiǎn)稱PC。PC又成為個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）的簡(jiǎn)稱為了加以區(qū)別，現(xiàn)在又把可編程序控制器簡(jiǎn)稱為PLC。

“可編程序控制器器是一種數(shù)字運(yùn)算算操作的電子系統(tǒng)統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)計(jì)。它采用可編程程序的存儲(chǔ)器，用用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯輯運(yùn)算、順序控制制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和和算術(shù)運(yùn)算等操作作的指令，并通過(guò)過(guò)數(shù)字的或模擬的的輸入和輸出，控控制各種類型的機(jī)機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)過(guò)程?？删幊绦蚩乜刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)設(shè)備，都應(yīng)按易于于與工業(yè)控制系統(tǒng)統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，，易于擴(kuò)充功能的的原則設(shè)計(jì)”。IEC于1985年1月對(duì)可編程序控制制器作了如下定義義：定義強(qiáng)調(diào)了可編程程控制器是“數(shù)字字運(yùn)算操作的電子子系統(tǒng)”，但它也也是一種計(jì)算機(jī)。。它是專為在工業(yè)業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)設(shè)計(jì)的工業(yè)計(jì)算機(jī)機(jī)。這種工業(yè)計(jì)算算機(jī)采用“面向用用戶的指令”，因因此編程方便。它它能完成邏輯運(yùn)算算、順序控制、定定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)術(shù)操作，它還具有有“數(shù)字量或模擬擬量的輸入輸出控控制”的能力，并并且非常容易與““工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)聯(lián)成一體”，易于于“擴(kuò)充”。定義強(qiáng)調(diào)了可編程程控制器直接應(yīng)用用于工業(yè)環(huán)境，它它須具有很強(qiáng)的抗抗干擾能力、廣泛泛的適應(yīng)能力和應(yīng)應(yīng)用范圍。這也是是區(qū)別于一般微機(jī)機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)個(gè)重要特征。為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的的數(shù)字式運(yùn)算操作作系統(tǒng)PLC可編程序控制器二、組成與分類：：中央處理器接收并存儲(chǔ)程序和和數(shù)據(jù)用掃描方式接收數(shù)據(jù)診斷電源，內(nèi)部電電路各種錯(cuò)誤完成運(yùn)算存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM可擦除只讀存儲(chǔ)器器EPRAM電可擦除只讀存儲(chǔ)儲(chǔ)器EEPRAM輸入/輸出模塊電源編程器可編程序控制器發(fā)發(fā)展到今天，已有有多種形式和類型型，且其功能也不不盡相同。（一）按容量和功能劃分，大致可以分分為小型、中型、、和大型三類機(jī)型型。1．小型機(jī)小型PLC的功能一般以開(kāi)關(guān)關(guān)量控制為主（有有些小型機(jī)可帶少少量的模擬量I/O模塊），它們的輸輸入輸出點(diǎn)數(shù)較適適合接觸器，繼電電器控制的場(chǎng)合，，還能直接驅(qū)動(dòng)電電磁閥等執(zhí)行元件件。這這類PLC的特點(diǎn)是價(jià)格低廉廉、體積小巧、較較適合于控制單臺(tái)臺(tái)設(shè)備。2．中型機(jī)中型PLC一般都具有開(kāi)關(guān)量量和模擬量的兩種種控制功能，除了了具有小型機(jī)的一一般功能外，還具具有較強(qiáng)的數(shù)字計(jì)計(jì)算功能。為能將將溫度、壓力、流流量等模擬量與數(shù)數(shù)字量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，，一般都有8位或12位的A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊。中型機(jī)機(jī)適合于溫度、壓壓力、流量等的控控制和較復(fù)雜的開(kāi)開(kāi)關(guān)量控制以及要要求連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程程控制的場(chǎng)合。3．大型機(jī)大型PLC的功能已具備某些些工業(yè)控制計(jì)算機(jī)機(jī)的功能，它不僅僅具有計(jì)算，控制制和調(diào)節(jié)的功能，，還具有網(wǎng)絡(luò)連接接和通訊的功能。。大大型PLC機(jī)適用于設(shè)備自動(dòng)動(dòng)化控制，過(guò)程自自動(dòng)化控制和生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)。。（二）按硬件結(jié)構(gòu)形狀劃分按照可編程序控制制器的硬件結(jié)構(gòu)形形狀來(lái)劃分，一般般可以分為整體式式，機(jī)架模塊式和和疊裝式三類結(jié)構(gòu)構(gòu)。三、PLC應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展方方向1．邏輯控制2．模擬量控制3．?dāng)?shù)字控制4．集散控制5．機(jī)電一體化6．通信控制網(wǎng)絡(luò)化化四、工作原理PLC可以視為特殊的工工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，，但其編程語(yǔ)言，工工作原理與計(jì)算機(jī)機(jī)不同PLC工作特點(diǎn)：采用循環(huán)掃描工作作技術(shù)PLC工作過(guò)程輸入采集：以掃描方式工作，按順序?qū)⑿盘?hào)寄存程序執(zhí)行：運(yùn)算，，處理數(shù)據(jù)，結(jié)果果寫(xiě)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)寄存器圖7-10用戶程序執(zhí)行過(guò)程程示意圖五、PLC編程語(yǔ)言圖中的繼電器是軟繼電器圖中流過(guò)的電流是是概念電流圖中的繼電器線圈圈只能出現(xiàn)一次，，觸點(diǎn)在編程時(shí)可可無(wú)限次引用梯形圖編程語(yǔ)言（（LAD）特點(diǎn)：1．梯形圖按自上而而下，從左到右的的順序進(jìn)行排列。。以一個(gè)繼電器線線圈為一個(gè)控制邏邏輯行（即為一階階梯層）。每一條條邏輯行都起始于于左母線，終止于繼電器線圈，右母線通常可以省省略不畫(huà)。2．梯形圖中母線的的意義類似于繼電電器線路中的電源源線，但它不產(chǎn)生生實(shí)際的物理電流流，而只是假想在在梯形圖中有“電電流”流動(dòng)，我們們稱之為“概念電流”。概念電流在梯梯形圖中只能作從從左向右的單向流流動(dòng)，改變層次也也只能先上后下。。3．梯形圖由若干““梯層”組成。每個(gè)梯層層由若干條并聯(lián)支支路組成。每條支支路又有若干個(gè)編編程符號(hào)串聯(lián)組成成。支路或符號(hào)的的最大串聯(lián)、并聯(lián)聯(lián)數(shù)都是有一定限限制的，具體PLC產(chǎn)品有不同規(guī)定。。4．梯形圖中的繼電電器線圈不是繼電電控制電路中的物物理繼電器，而是是與內(nèi)存映像區(qū)中中的某一位相對(duì)應(yīng)應(yīng)的，因此稱之為為“軟繼電器”。如果梯形圖中中某繼電器的線圈圈“通電”或觸點(diǎn)點(diǎn)“閉合”，則映映像區(qū)中對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)儲(chǔ)器的狀態(tài)為高電電平“1”；反之，則為低電電平“0”。梯形圖中的繼電器器又分為輸出繼電電器和內(nèi)部繼電器器。輸出繼電器所所對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)儲(chǔ)器中的信號(hào)狀態(tài)態(tài)（“1”或“0”），可以通過(guò)I/O接口去驅(qū)動(dòng)外部負(fù)負(fù)載。內(nèi)部繼電器器包括輔助繼電器器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)數(shù)器、寄存器等，，它們所對(duì)應(yīng)的映映像存儲(chǔ)器中信號(hào)號(hào)狀態(tài)（“1”或“0”），只可在編程中中供梯形圖內(nèi)部使使用，不能用作輸輸出控制。5．輸入繼電器僅供供PLC接受外部的輸入信信號(hào)，而不能用內(nèi)內(nèi)部其它繼電器的的觸點(diǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)或輸輸入信號(hào)。所以，，梯形圖中只出現(xiàn)輸輸入繼電器的觸點(diǎn)點(diǎn)，不會(huì)出現(xiàn)輸入入繼電器的線圈。梯形圖中輸入繼電電器的觸點(diǎn)閉合表表示信號(hào)輸入。6．在梯形圖程序中中，繼電器線圈一一般情況下只能出出現(xiàn)一次。而繼電電器觸點(diǎn)在編程時(shí)時(shí)則可無(wú)限次引用用，且既可以是常常開(kāi)觸點(diǎn)，也可以以是常閉觸點(diǎn)。7．PLC運(yùn)行時(shí)是按照梯形形圖符號(hào)排列順序序自上而下，從左左向右執(zhí)行程序的的，即PLC是按照掃描方式順順序執(zhí)行梯形圖程程序的。因此不會(huì)會(huì)出現(xiàn)幾條并列支支路同時(shí)動(dòng)作的情情況，使得梯形圖圖設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化。。六、PLC的基本性能指標(biāo)1．存儲(chǔ)器容量存儲(chǔ)器容量指的是是存放用戶程序的的RAM容量，通常用字（（每個(gè)字為16位二進(jìn)制數(shù)）或K字節(jié)來(lái)表示，這里里的1K=1024個(gè)字。2．掃描速度掃描速度是以PLC執(zhí)行1K字節(jié)的用戶指令所所需時(shí)間來(lái)衡量，，常以ms/K為表示單位。3．輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)I/O的點(diǎn)數(shù)是指PLC最大輸入輸出點(diǎn)的的總和。4．內(nèi)部繼電器（內(nèi)存存區(qū)域）及其類型型PLC的內(nèi)部繼電器是專專供用戶程序使用用，不同的繼電器器有一個(gè)指定的內(nèi)內(nèi)存區(qū)域，并各自自擔(dān)負(fù)著不同的功功能。內(nèi)部繼電器器不直接對(duì)外接負(fù)負(fù)載進(jìn)行控制，它它僅供用戶程序內(nèi)內(nèi)部調(diào)用，具有““軟”繼電器的特特征。常用的內(nèi)部部繼電器有內(nèi)部輔輔助繼電器，暫存存繼電器，保持繼繼電器，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，內(nèi)部專用用繼電器等。PLC的內(nèi)部繼電器種類類和數(shù)量越多，表表明其功能越強(qiáng)。。指令語(yǔ)言表編程語(yǔ)語(yǔ)言（STL）特點(diǎn)：與計(jì)算機(jī)匯匯編語(yǔ)言類似的助記符編程表達(dá)式5．編程語(yǔ)言（編程指指令）不同的PLC機(jī)型使用廠家各自自開(kāi)發(fā)研制的編程程語(yǔ)言，互不兼容容，但對(duì)應(yīng)功能的的指令都具有可移移植性。PLC的編程語(yǔ)言一般都都具備用梯形圖語(yǔ)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，基本指令令各種PLC共有，而功能指令令的條數(shù)越多表明明PLC的軟件功能越強(qiáng)。。6．可擴(kuò)展性PLC的擴(kuò)展性可分為控控制點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和和控制區(qū)域的擴(kuò)展展，也是衡量PLC性能的一個(gè)重要指指標(biāo)。控制點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展控制區(qū)域的擴(kuò)展七、PLC硬件選擇方法1、選型原則：使用場(chǎng)合、控制對(duì)對(duì)象、工作環(huán)境、性價(jià)比比2、選型方法輸入/輸出點(diǎn)數(shù)估算開(kāi)關(guān)輸入點(diǎn)：DI開(kāi)關(guān)輸出點(diǎn)：DO模擬輸入點(diǎn)：AI模擬輸出點(diǎn)：AOp264頁(yè)存儲(chǔ)器容量估算與用戶內(nèi)存容量相相匹配3、功能選擇運(yùn)算功能邏輯運(yùn)算定時(shí)運(yùn)算計(jì)數(shù)運(yùn)算四則運(yùn)算根據(jù)系統(tǒng)的要求選選擇處理速度不同點(diǎn)數(shù)不同機(jī)型內(nèi)存容量根據(jù)系統(tǒng)的要求選選擇4、外形結(jié)構(gòu)選擇擇平板型：小規(guī)模，，無(wú)擴(kuò)展，價(jià)格低低廉塊狀型：小規(guī)模，，適中擴(kuò)展，價(jià)格格低廉輸入/輸出模塊插插件型：專供擴(kuò)展展模塊，適合中大規(guī)模系統(tǒng)統(tǒng)5、輸入/輸出模模塊選擇輸入接口模塊接受受來(lái)自按鈕開(kāi)關(guān)、、選擇開(kāi)關(guān)、行程程開(kāi)關(guān)等送來(lái)的開(kāi)開(kāi)關(guān)量信號(hào)或者由由電位器、熱電偶偶、測(cè)速發(fā)電機(jī)等等送來(lái)的模擬量信信號(hào)，然后送入PLC的CPU執(zhí)行。輸入接口模模塊一般由光電耦耦合電路和微電腦腦的輸入接口電路路組成。(1)輸入接口模塊直流：交流：脈沖沖：數(shù)字量模擬量輸入模塊電壓電流AC110或AC220首選適用易產(chǎn)生電磁感應(yīng)具有采樣計(jì)數(shù)功能具有A/D變換功能，變換時(shí)間幾ms-幾十ms圖7-4輸入接口