第五章 可編程邏輯控制器

第五章可編程邏輯控制器第1頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1、PLC的定義：一、可編程控制器的定義和特點是一種專門用于工業(yè)環(huán)境的、以開關量邏輯控制為主，具有存儲控制程序的存儲器，能夠按照控制程序，將輸入的開關量（或模擬量）進行邏輯運算、定時、計數(shù)和算術運算等處理后，以開關量（或模擬量）的形式輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程的自動控制裝置。通用叫法中文名稱為可編程控制器；英文名稱為ProgrammableLogicController，簡稱PLC早期叫PC—Personnel

computer。易混，現(xiàn)都稱PLC第2頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月一、可編程控制器的定義和特點可靠性高，抗干擾能力強；無觸點免配線，采取了濾波、屏蔽、隔離等抗干擾措施，適應于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。編程簡單，容易掌握；采用梯形圖方式編寫程序，與繼電器控制邏輯的設計相似。功能完善，靈活方便；不僅有開關量邏輯控制功能和步進、計數(shù)功能，還具有模擬量處理、溫度、位置、通信等功能。體積小，質量小，能耗低；

采用大規(guī)模集成電路芯片構成。2、可編程控制器的特點第3頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二、可編程控制器的發(fā)展歷程因為繼電器邏輯電路配線復雜第4頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二、可編程控制器的發(fā)展歷程背景：1968年美國通用汽車公司（GM），為了適應汽車型號的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設計和更換繼電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。

第5頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1968年，GM公司提出十項設計標準：編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；維護方便，采用插件式結構；可靠性高于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；成本可與繼電器控制柜競爭；可將數(shù)據(jù)直接送入計算機；可直接使用115V交流輸入電壓；輸出采用115V交流電壓，能直接驅動電磁閥、交流接觸器等；通用性強，擴展方便;能存儲程序，存儲器容量可以擴展到4KB。二、可編程控制器的發(fā)展歷程第6頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1969年，美國數(shù)字設備公司研制第一臺可編程控制器，并應用于工業(yè)現(xiàn)場。二、可編程控制器的發(fā)展歷程第7頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月二、可編程控制器的發(fā)展方向高性能、高速度、大容量發(fā)展為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應速度和更大的存儲容量。目前，有的PLC的掃描速度可達0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個性能指標。在存儲容量方面，有的PLC最高可達幾十兆字節(jié)。為了擴大存儲容量，有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤。第8頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月向小型化和大型化兩個方向發(fā)展小型PLC由整體結構向小型模塊化結構發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場需要已開發(fā)了各種簡易、經(jīng)濟的超小型微型PLC，最小配置的I/O點數(shù)為8～16點，以適應單機及小型自動控制的需要。大型化是指大中型PLC向大容量、智能化和網(wǎng)絡化發(fā)展，使之能與計算機組成集成控制系統(tǒng)，對大規(guī)模、復雜系統(tǒng)進行綜合性的自動控制?，F(xiàn)已有I/O點數(shù)達14336點的超大型PLC，其使用32位微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲器，功能強。二、可編程控制器的發(fā)展方向第9頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)與通信能力為滿足各種控制系統(tǒng)的要求，不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠程I/O模塊、通信和人機接口模塊等。PLC的聯(lián)網(wǎng)與通信有兩類：①PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信，各PLC生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；②PLC與計算機之間的聯(lián)網(wǎng)通信。為了加強聯(lián)網(wǎng)與和通信能力，PLC生產(chǎn)廠家也在協(xié)商制訂通用的通信標準，以構成更大的網(wǎng)絡系統(tǒng)。

二、可編程控制器的發(fā)展方向第10頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月增強外部故障的檢測與處理能力據(jù)統(tǒng)計資料表明：在PLC控制系統(tǒng)的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，輸入設備占45%，輸出設備占30%，線路占5%。前二項共20%故障屬于PLC的內(nèi)部故障，它可通過PLC本身的軟、硬件實現(xiàn)檢測、處理。而其余80%的故障屬于PLC的外部故障。PLC生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。二、可編程控制器的發(fā)展方向第11頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月編程語言多樣化在PLC系統(tǒng)結構不斷發(fā)展的同時，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖、語句表語言外，為了適應各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計算機兼容的高級語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言并存、互補與發(fā)展是PLC進步的一種趨勢。二、可編程控制器的發(fā)展方向第12頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月三、可編程控制器的性能指標與分類1、可編程控制器的性能指標輸入/輸出點數(shù)（I/O點數(shù)）；存儲容量；掃描速度；功能擴展能力；指令系統(tǒng)；第13頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月按結構形式分整體式PLC將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)，具有結構緊湊、體積小、價格低等特點。三、可編程控制器的性能指標與分類2、可編程控制器的分類第14頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月按結構形式分模塊式PLC將PLC各組成部分分別作成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。三、可編程控制器的性能指標與分類2、可編程控制器的分類第15頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月按結構形式分緊湊式PLC還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結合起來。三、可編程控制器的性能指標與分類2、可編程控制器的分類第16頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月模塊式PLC將PLC各組成部分分別作成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。按結構形式分緊湊式PLC還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結合起來。整體式PLC將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)，具有結構緊湊、體積小、價格低等特點。三、可編程控制器的性能指標與分類2、可編程控制器的分類第17頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月按功能分低檔PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。中檔PLC具有低檔PLC功能外，增加模擬量輸入/輸出、算術運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉換、遠程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還增設中斷、PID控制等功能。高檔PLC具有中檔機功能外，增加帶符號算術運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)運算、制表及表格傳送等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能。三、可編程控制器的性能指標與分類2、可編程控制器的分類第18頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月四、PLC系統(tǒng)的組成硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)PLC系統(tǒng)CPU系統(tǒng)存儲器用戶存儲器輸入單元存儲器輸入輸出接口輸出單元系統(tǒng)監(jiān)控程序

用戶程序第19頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1、PLC硬件系統(tǒng)組成輸入電路輸入電路輸出電路輸出電路CPUEEPROMRAM內(nèi)部電源總線擴展接口外設接口編程器打印機計算機現(xiàn)場輸入信號輸出信號基本單元擴展單元現(xiàn)場輸入信號輸出信號四、PLC系統(tǒng)的組成第20頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1、PLC硬件系統(tǒng)組成微處理器（CPU）接收并存儲用戶程序和數(shù)據(jù)；診斷電源、PLC工作狀態(tài)及編程的語法錯誤；接收輸入信號，送入數(shù)據(jù)寄存器并保存；運行時順序讀取、解釋、執(zhí)行用戶程序，完成用戶程序的各種操作；將用戶程序的執(zhí)行結果送至輸出端。

四、PLC系統(tǒng)的組成第21頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1、PLC硬件系統(tǒng)組成四、PLC系統(tǒng)的組成系統(tǒng)存儲器——系統(tǒng)程序存儲器+系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序）；存放模塊化應用功能子程序；存放命令解釋程序；存放功能子程序的調(diào)用管理程序；存放存儲系統(tǒng)參數(shù)。第22頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1、PLC硬件系統(tǒng)組成四、PLC系統(tǒng)的組成用戶存儲器——RAM/EPROM/EEPROM存放用戶工作程序；存放工作數(shù)據(jù)。第23頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1、PLC硬件系統(tǒng)組成四、PLC系統(tǒng)的組成通訊及編程接口——采用RS-485或RS-422串行總線連接專用編程器（FX-20P、FX-10P）；連接個人電腦（PC），實現(xiàn)編程及在線監(jiān)控；連接工控機，實現(xiàn)編程及在線監(jiān)控；連接網(wǎng)絡設備（如調(diào)制解調(diào)器），實現(xiàn)遠程通訊；連接打印機等計算機外設。第24頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1、硬件系統(tǒng)四、PLC系統(tǒng)的組成通常有干接觸、直流輸入、交流輸入三種形式。干接觸式由內(nèi)部的直流電源供電，小型PLC的直流輸入電路也由內(nèi)部的直流電源供電，交流輸入必須外加電源。PLC的輸入接口電路第25頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1、PLC硬件系統(tǒng)組成四、PLC系統(tǒng)的組成輸出形式有三種：繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。PLC的輸出接口電路繼電器輸出晶體管輸出晶閘管輸出第26頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月1、PLC硬件系統(tǒng)組成四、PLC系統(tǒng)的組成PLC的輸出與實際負載連接舉例第27頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月2、PLC軟件系統(tǒng)組成四、PLC系統(tǒng)的組成編程軟件存儲在ROM中，有PLC廠家開發(fā)的軟件，通常不能被用戶讀取的程序。軟件系統(tǒng)系統(tǒng)監(jiān)控程序

用戶程序由用戶根據(jù)需要，通過編程軟件（平臺）用戶自己編寫的梯形圖程序。第28頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月五、PLC系統(tǒng)的工作方式與編程語言PLC的掃描工作方式

包括五個階斷：內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。掃描周期：PLC完成一次掃描過程所需的時間。掃描周期的長短與用戶程序的長度和掃描速度有關1．可編程控制器PLC的工作方式第29頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月五、PLC系統(tǒng)的工作方式與編程語言1．可編程控制器PLC的工作方式PLC的程序執(zhí)行過程

PLC的程序的執(zhí)行過程一般可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段第30頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月PLC用戶程序掃描工作過程輸入端子輸入映象寄存器X0X1X2M0Y0元件映象寄存器②讀X0Y0①讀③寫④讀⑤寫輔助繼電器輸出端子輸出鎖存存儲器Y0Y1Y2⑥輸出反復一個周期稱為掃描周期程序執(zhí)行中讀X程序執(zhí)行完寫所有

Y第31頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月五、PLC系統(tǒng)的工作方式與編程語言1．可編程控制器PLC的工作方式PLC的掃描周期

指PLC從輸入采樣—程序執(zhí)行—輸出刷新所用的時間。主要與I/O點數(shù)、程序的長短、指令的執(zhí)行速度有關。

PLC的I/O響應時間

當PLC的輸入變化時，對應輸出應隨著變化，二者變化的時間間隔。I/O響應時間的大小與掃描周期、輸入濾波器的滯后、輸出開關電路的滯后有關。

第32頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月五、PLC系統(tǒng)的工作方式與編程語言2．可編程控制器的編程語言梯形圖語言

助記符語言

順序功能圖語言

第33頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月六、可編程控制器的應用領域第34頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月六、可編程控制器的應用領域第35頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月六、可編程控制器的應用領域第36頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月六、可編程控制器的應用領域第37頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月六、可編程控制器的應用領域第38頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月六、可編程控制器的應用領域第39頁，課件共45頁，創(chuàng)作于2023年2月六、可編程控制器的應用領域