可編程序控制器概論

可編程序控制器概論第一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五本章內(nèi)容包括：l

PLC的發(fā)展、分類及應(yīng)用l

基本組成及工作原理l

主要技術(shù)性能指標l

PLC的發(fā)展趨勢l國內(nèi)外PLC產(chǎn)品比較

返回本章首頁第二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.1

PLC的概述

3.1.1定義

3.1.2產(chǎn)生

3.1.3發(fā)展階段

3.1.4特點和應(yīng)用

3.1.5分類返回本章首頁第三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.1.1定義

可編程序邏輯控制器PLC產(chǎn)生于1969年，最初只具備邏輯控制、定時、計數(shù)等功能，主要是用來取代繼電接觸器控制。

現(xiàn)在所說的可編程序控制器PC（ProgrammableController）是1980年以來，美、日、德等國由先前的可編程序邏輯控制器PLC進一步發(fā)展而來。

1985年，國際電工委員會IEC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。

返回本節(jié)第四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.1.1定義國際電工委員會(IEC)在1987年2月對PLC做如下的定義：

“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)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/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)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。”

第五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.1.1定義總之，可編程控制器是一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設(shè)計編制。第六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.1.2PLC的產(chǎn)生1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可*性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快地在美國其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。1971日本從美國引進了這項新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺PLC。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺PLC。我國從1974年開始研制。于1977年開始工業(yè)應(yīng)用。第七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.1.3

PLC的發(fā)展階段1.早期的PLC（60年代末—70年代中期）2.中期的PLC（70年代中期—80年代中，后期）3.近期的PLC（80年代中、后期至今）返回本節(jié)第八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.1.3PLC的發(fā)展階段早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時的PLC多少有點繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制，定時等。它在硬件上以準計算機的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上作了改進以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。其中PLC特有的編程語言—梯形圖一直沿用至今。

第九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.1.3PLC的發(fā)展階段在70年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元(CPU)。這樣，使PLC的功能大大增強。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC的應(yīng)用范圍得以擴大。第十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.1.3PLC的發(fā)展階段進入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進一步提高PLC的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化第十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.1.4特點和應(yīng)用1.主要特點

2.主要功能3.應(yīng)用

返回本節(jié)第十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.1.4主要特點

1.高可靠性2.豐富的I/O接口模塊3.采用模塊化結(jié)構(gòu)4.編程簡單易學(xué)5.安裝簡單，維修方便6.體積小，重量輕，能耗低返回本節(jié)第十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.1.4主要功能

1.條件控制功能2.定時3.步進控制功能4.數(shù)據(jù)處理功能5.A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能6.運動控制功能7.過程控制功能8.其他功能返回本節(jié)第十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.1.4應(yīng)用領(lǐng)域1.開關(guān)量邏輯控制2.運動控制3.過程控制4.數(shù)據(jù)處理5.通信聯(lián)網(wǎng)第十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.1.5PLC的分類1．按結(jié)構(gòu)形式分類（1）整體式PLC（2）模塊式PLC

2.按功能分類（1）低檔PLC（2）中檔PLC（3）高檔PLC

3.按I/O點數(shù)分類第十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.2

PLC的基本組成2.2.1

PLC的硬件組成2.2.2

PLC的軟件組成返回本章首頁第十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.2.1

PLC的硬件組成PLC專為工業(yè)場合設(shè)計，采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要是由CPU、電源、存儲器和專門設(shè)計的輸入輸出接口電路等組成。圖2.1為一典型PLC結(jié)構(gòu)簡圖。圖2.1結(jié)構(gòu)簡圖第十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五1.中央處理單元

中央處理單元（CPU）一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片上。

CPU的主要功能：1）從存儲器中讀取指令

2）執(zhí)行指令3）順序取指令4）處理中斷第十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五2.存儲器

1）只讀存儲器

2）隨機存儲器RAM

第二十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.輸入輸出單元

（1）輸入接口電路

（2）輸出接口電路

第二十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五通常PLC的輸入類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內(nèi)部提供。圖2.2和圖2.3分別為一種型號PLC的直流和交流輸入接口電路的電路圖，采用的是外接電源。圖2.2描述了一個輸入點的接口電路。其輸入電路的一次電路與二次電路用光耦合器相連，當行程開關(guān)閉合時，輸入電路和一次電路接通，上面的發(fā)光管用于對外顯示，同時光耦合器中的發(fā)光管使三極管導(dǎo)通，信號進入內(nèi)部電路，此輸入點對應(yīng)的位由0變?yōu)?。即輸入映像寄存器的對應(yīng)位由0變?yōu)?。第二十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五圖2.2直流輸入電路圖第二十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五圖2.3交流輸入電路圖返回本節(jié)第二十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.2.2PLC的軟件組成PLC的軟件包括:系統(tǒng)程序用戶程序第二十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設(shè)計編寫的，并存入PLC的系統(tǒng)存儲器中，用戶不能直接讀寫與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等。第二十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五用戶程序PLC的用戶程序是用戶利用PLC的編程語言，根據(jù)控制要求編制的程序。在PLC的應(yīng)用中，最重要的是用PLC的編程語言來編寫用戶程序，以實現(xiàn)控制目的。由于PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術(shù)人員，為了滿足他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，PLC的主要編程語言采用比計算機語言相對簡單、易懂、形象的專用語言。第二十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.3PLC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較1.控制方法2.工作方式3.控制速度4.定時和計數(shù)控制5.可靠性和可維護性第二十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.4PLC的工作原理1.循環(huán)掃描PLC采用循環(huán)掃描工作方式，這個工作過程一般包括五個階段：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，其工作過程如圖2.4所示。圖2.4中當PLC方式開關(guān)置于RUN（運行）時，執(zhí)行所有階段；當方式開關(guān)置于STOP（停止）時，不執(zhí)行后3個階段，此時可進行通信處理，如對PLC聯(lián)機或離線編程。第二十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五圖2.4工作原理圖第三十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五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2.5所示。PLC執(zhí)行的五個階段，稱為一個掃描周期，PLC完成一個周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進行。第三十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五圖2.5程序執(zhí)行原理圖第三十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五2.與計算機的異同

相同點：（1）基本結(jié)構(gòu)相同

（2）程序執(zhí)行原理相同

不同點：

兩者的不同點主要體現(xiàn)在工作方式上。第三十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.與繼電接觸器的異同

相同點：圖形結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系相同。

不同點：（1）實現(xiàn)原理不同（2）工作方式不同返回本節(jié)第三十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.5PLC的性能指標與發(fā)展趨勢3.5.1PLC的性能指標3.5.2PLC的發(fā)展趨勢第三十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.5.1技術(shù)性能指標

1.外形尺寸

2.輸入輸出點數(shù)

3.機器字長

4.速度5.指令系統(tǒng)6.存儲器容量7.擴展性8.通信功能

返回本章首頁第三十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.5.2PLC的發(fā)展趨勢1．向高速度、大容量方向發(fā)展2．向超大型、超小型兩個方向發(fā)展3