第三章 可編程序控制器(備份)

可編程控制器及其系統(tǒng)是實現(xiàn)工廠自動化的重要手段，是綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的工業(yè)控制計算機系統(tǒng)?？删幊炭刂破鲝V泛地應(yīng)用于冶金、化工、交通、電力、制造等領(lǐng)域。是現(xiàn)代工業(yè)控制的支柱技術(shù)之一。本部分使學(xué)生初步了解可編程控制器在工廠自動化中的應(yīng)用，掌握基本的工作原理和編程方法，了解和掌握在工廠自動化實踐中使用可編程控制器進行應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。

第三章可編程序控制器第一節(jié)可編程序控制器系統(tǒng)的產(chǎn)生與定義一PLC產(chǎn)生上世紀60年代，計算機技術(shù)已開始應(yīng)用于工業(yè)控制了。但由于計算機技術(shù)本身的復(fù)雜性，編程難度高、難以適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境以及價格昂貴等原因，未能在工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用。當(dāng)時的工業(yè)控制，主要還是以繼電—接觸器組成控制系統(tǒng)。1968年，美國最大的汽車制造商——通用汽車制造公司（GM），為適應(yīng)汽車型號的不斷翻新，試圖尋找一種新型的工業(yè)控制器，以盡可能減少重新設(shè)計和更換繼電器控制系統(tǒng)的硬件及接線、減少時間，降低成本?？删幊炭刂破鞯拿Q1980年美國電氣制造商協(xié)會NEMA正式命名：ProgrammableController可編程控制器早期的PLC是用來替代繼電器、接觸器控制的。它主要用于順序控制，只能實現(xiàn)邏輯運算。因此，被稱為可編程邏輯控制器（Programmablelogiccontroller，略寫PLC)。隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程控制器的功能已遠遠超出了順序控制的范圍。被稱為可編程控制器（Programmablecontroller，略寫PC)。為區(qū)別于PersonalComputer(PC)，故沿用PLC這個略寫。現(xiàn)在PLC是指可編程控制器ProgrammableController，而不是可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）。注意PC，PLC，IPC（IndustrialPersonalComputer）的區(qū)別二、可編程控制器的定義1-8國際電工委員會(IEC)在可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)IEC1131中做了如下定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械和生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。第二節(jié)可編程序控制器的發(fā)展1968年美國通用汽車公司GM公開招標(biāo)，尋求一種新的控制裝置。1969年DEC公司推出了世界上第一臺可編程序控制器，并試用成功。接著，美國MODICON公司也開發(fā)出可編程序控制器，我國74年開始研制，77年開始應(yīng)用。

70年代中期，美日一些廠家將微處理器引入可編程控制器，從而徹底打破了可編程控制器作為繼電控制系統(tǒng)替代品的框框。70年代末期到80年代初，為解決各廠家的可編程控制器系統(tǒng)各自為政、無法互聯(lián)的局面，GM開始制訂MAP(ManufacturingAutomationProtocol)，可編程控制器網(wǎng)絡(luò)走上標(biāo)準(zhǔn)化道路。90年代，迅速發(fā)展的各種網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線技術(shù)被廣泛地集成在可編程控制器系統(tǒng)中，可編程控制器及其相關(guān)系統(tǒng)為工廠自動化提供一種全集成自動化TIA的解決方案。一、歷史二、發(fā)展趨勢向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展向大容量，高速度方向發(fā)展智能化模塊的發(fā)展人機界面的發(fā)展在過程控制領(lǐng)域使用以及PLC的冗余特性開放性和標(biāo)準(zhǔn)化通訊聯(lián)網(wǎng)功能的增強和易用性軟PLC(在保留PLC功能的前提下，采用面向現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，采用開放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口等；采用各種相關(guān)的國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和一系列的事實上的標(biāo)準(zhǔn)；全部用軟件來實現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的功能。)PACPAC(PAC包括PLC的主要功能和擴大的控制能力，以及PC-based控制中基于對象的、開放數(shù)據(jù)格式和網(wǎng)絡(luò)連接等功能。)PLC在現(xiàn)場總線控制中位置第三節(jié)可編程序控制器的應(yīng)用領(lǐng)域單機電氣控制系統(tǒng)制造業(yè)自動化運動控制過程工業(yè)自動化第四節(jié)可編程序控制器的特點抗干擾能力強，可靠性高控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強編程方便,易于使用功能強大，成本低設(shè)計、施工、生產(chǎn)調(diào)試的周期短維護方便第五節(jié)跟其他控制系統(tǒng)比較控制邏輯工作方式可靠性和可維護性控制速度定時控制設(shè)計和施工與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別本質(zhì)區(qū)別使用場合使用過程使用成本學(xué)習(xí)難易程度就業(yè)方向與單片機控制系統(tǒng)的區(qū)別與DCS、FCS控制系統(tǒng)的區(qū)別DCS：用于連續(xù)過程控制系統(tǒng)PLC：用于開關(guān)量控制為主的控制系統(tǒng)FCS：使用總線協(xié)議為核心的控制系統(tǒng)1、按I/O點數(shù)容量分類可編程控制器的規(guī)模以所配置的輸入/輸出點數(shù)來衡量小型：I/O點數(shù)<128中型：I/O點數(shù)128-2048大型：I/O點數(shù)>2048

應(yīng)該指出大、中、小的規(guī)模主要是指I/O點數(shù)，程序容量在目前的多數(shù)可編程控制器中是可以擴展，擴展后可達數(shù)十兆。第六節(jié)PLC的分類2、按結(jié)構(gòu)形式分類：整體式它將電源、CPU和少量I/O(開關(guān)量)組裝在一個機殼內(nèi)，稱為基本單元。當(dāng)I/O點數(shù)不足或需要諸如模擬量I/O等功能時就需要通過扁平電纜(并行內(nèi)部總線)連接擴展單元。小型可編程控制器較多地采用這種形式，其結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝，成本降低。模塊式可編程控制器的各個功能模塊在結(jié)構(gòu)上也以單獨的模塊形式出現(xiàn)，如電源模塊，中央處理模塊，各種I/O模塊，他們通過一個共同的基板或者機架上的內(nèi)部總線構(gòu)成一個完整的控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)一般在中大型、高檔產(chǎn)品中采用。隨著近年來小型產(chǎn)品高檔化的發(fā)展趨勢，在小型系統(tǒng)中也有出現(xiàn)。Series90?-70S7-200基本單元擴展模塊擴展模塊根據(jù)性能分類低檔：性能主要局限于原來的繼電器控制系統(tǒng)的替代品。功能主要是各種邏輯運算，定時，計數(shù)，移位等。主要配置開關(guān)量輸入/輸出模塊。中檔：除了低檔可編程控制器具備的功能外，中檔產(chǎn)品具備了諸如數(shù)據(jù)運算、傳遞、比較、代碼轉(zhuǎn)換等功能，開關(guān)量I/O點數(shù)也較多，另外有模擬量I/O和遠程I/O，其中遠程I/O借助于通訊功能來實現(xiàn)。高檔：除了中低檔產(chǎn)品的功能外，高檔產(chǎn)品借助于其一個或多個高性能的微處理器為工業(yè)應(yīng)用提供了大量的高級功能，諸如浮點運算、文件管理，往往提供了對上，對下的多種網(wǎng)絡(luò)通訊方式，高檔產(chǎn)品是一個完整系列產(chǎn)品，為整個工廠自動化提供了一個完整的解決方案。SIEMENSMatsushitaSeries90?-30SchneiderTSXNezaModiconTSXQuantum

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TSXMomentumTSXMicroTSXCompact第七節(jié)PLC的系統(tǒng)組成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2.存儲器

1）只讀存儲器ROM

2）隨機存儲器RAM

3.輸入/輸出單元

（1）輸入接口電路

為了防止各種干擾信號和高電壓信號進入PLC，影響其可靠性或造成設(shè)備損壞，現(xiàn)場輸入電路一般有光電耦合器電路進行隔離。輸入類型有直流、交流、交直流。源型輸入是指輸入點接入直流正極有效

漏型輸入是指輸入點接入直流負極有效直流開關(guān)量輸入接口電路2）輸出接口電路

PLC輸出電路用來驅(qū)動被控負載（電磁鐵、繼電、接觸器線圈等）。PLC輸出電路結(jié)構(gòu)形式分為繼電器式，晶體型和晶閘管式三種。三種形式特點：繼電器--低速大功率 晶閘管--高速大功率 晶體管--高速小功率NPN集電極開路型漏型輸出是指輸出的是直流負極

PNP集電極開路型源型輸出是指輸出的是直流正極I/O電路的外部接線匯點式分隔式輸出模塊的外部接線匯點式

分隔式SINK輸入接線（漏入）SINK輸出接線(漏出)SOURCE輸入接線(源入)

SOURCE輸出接線(源出)源入：電流由輸入點流入。漏入：電流由輸入點流出。源出：電流由輸出點流出。漏出：電流由輸出點流入I/O電路的電流方向4.其它

電源擴展接口、電源、擴展接口編程設(shè)備、附件。第八節(jié)PLC的工作原理1、PLC的工作方式與運行框圖電氣控制梯形圖：并行工作方式PLC梯形圖：串行工作方式2PLC的基本工作原理一、掃瞄CPU分時操作------掃瞄

掃瞄：從存儲器存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按地址號遞增的順序逐條掃瞄用戶程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。每掃瞄完一次程序就構(gòu)成一個掃瞄周期，然后再從頭開始掃瞄，并周而復(fù)始地重復(fù)。理解PLC掃瞄的含義，與PC機工作方式有什么不同，掃瞄周期。影響周期的因數(shù)二、程序執(zhí)行過程

理解三個階段的作用1、輸入采樣階段（輸入處理）

在此階段，PLC以掃描方式順序?qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘枲顟B(tài)(ON或OFF)讀入到輸入映像寄存器中寄存起來，稱為對輸入信號的采樣或輸入刷新。在程序執(zhí)行