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(biāo)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(diǎn)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(shí)、計(jì)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(jìn)一步發(fā)展而來。

1985年，國際電工委員會(huì)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(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)。

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(huì)(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(yùn)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(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)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(jī)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(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！?/p>

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(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)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(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)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(tái)PLC，在美國通用汽車自動(dòng)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(diǎn)，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(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺(tái)PLC。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺(tái)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(shí)的PLC多少有點(diǎn)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(shí)等。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上作了改進(jìn)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(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)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(diǎn)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(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)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(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲(chǔ)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(kuò)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(jìn)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(jià)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(jìn)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(diǎn)和應(yīng)用1.主要特點(diǎn)

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(diǎn)

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(shí)3.步進(jìn)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由CPU、電源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)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(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片上。

CPU的主要功能：1）從存儲(chǔ)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(chǔ)器

1）只讀存儲(chǔ)器

2）隨機(jī)存儲(chǔ)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(hào)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(gè)輸入點(diǎn)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(dāng)行程開關(guān)閉合時(shí)，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(shí)光耦合器中的發(fā)光管使三極管導(dǎo)通，信號(hào)進(jìn)入內(nèi)部電路，此輸入點(diǎn)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(jì)編寫的，并存入PLC的系統(tǒng)存儲(chǔ)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(shí)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(jì)算機(jī)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(shí)和計(jì)數(shù)控制5.可靠性和可維護(hù)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(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、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(dāng)PLC方式開關(guān)置于RUN（運(yùn)行）時(shí)，執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式開關(guān)置于STOP（停止）時(shí)，不執(zhí)行后3個(gè)階段，此時(shí)可進(jìn)行通信處理，如對PLC聯(lián)機(jī)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(gè)階段，稱為一個(gè)掃描周期，PLC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。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(jì)算機(jī)的異同

相同點(diǎn)：（1）基本結(jié)構(gòu)相同

（2）程序執(zhí)行原理相同

不同點(diǎn)：

兩者的不同點(diǎn)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(diǎn)：圖形結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系相同。

不同點(diǎn)：（1）實(shí)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(biāo)與發(fā)展趨勢3.5.1PLC的性能指標(biāo)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(biāo)

1.外形尺寸

2.輸入輸出點(diǎn)數(shù)

3.機(jī)器字長

4.速度5.指令系統(tǒng)6.存儲(chǔ)器容量7.擴(kuò)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(gè)方向發(fā)展3