第1章可編程控制器的基本知識

第一章

可編程控制器的基本知識

第一節(jié)

可編程控制器的產(chǎn)生與定義

第二節(jié)

可編程控制器的結(jié)構(gòu)第三節(jié)

可編程控制器的分類與功能第四節(jié)

可編程控制器的工作原理第五節(jié)

可編程控制器的軟件及編程語言習題與思考題第一節(jié)

可編程控制器的產(chǎn)生與定義一、PLC的起源一九六八年，美國通用汽車公司(GM)為解決因汽車不斷改型而重新設(shè)計汽車裝配線上各種繼電器的控制線路問題，提出了著名的十項技術(shù)指標在社會上招標，要求制造商為其裝配線提供一種新型的通用控制器。（1）編程簡單，可在現(xiàn)場方便地編輯及修改程序；（2）價格便宜，其性能價格比要高于繼電器控制系統(tǒng)；（3）體積要明顯小于繼電器控制柜；（4）可靠性要明顯高于繼電器控制系統(tǒng)；（5）具有數(shù)據(jù)通信功能；（6）輸入可以是AC115V；（7）輸出為AC115V，2A以上；（8）硬件維護方便，最好是插件式結(jié)構(gòu)；（9）擴展時，原有系統(tǒng)只需做很小改動；（10）用戶程序存儲器容量至少可以擴展到4K。

一九六九年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出世界上第一臺可編程控制器，型號為PDP-14；1969年，美國哥德公司(GOULD)PLC商品化，型號084；1971年，日本研制出日本第一臺可編程控制器DSC-8；1973～1974年，德國西門子公司研制出歐洲第一臺PLC，型號為SIMATICS4。我國從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)應(yīng)用。

二、PLC的定義可編程邏輯控制器PLC——ProgrammableLogicalController?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算和順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的或模擬的輸入和輸出接口，控制各種類型的機器設(shè)備或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)設(shè)備的設(shè)計原則是它應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體和具有擴充功能。

一．PLC的硬件結(jié)構(gòu)PLC的硬件系統(tǒng)由基本單元（包含CPU、RAM、EPROM、輸入/輸出接口、內(nèi)部電源）、I/O擴展單元及外部設(shè)備組成。第二節(jié)

可編程控制器的結(jié)構(gòu)二．PLC系統(tǒng)各部分功能1、CPU接收與存儲用戶由編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查語法錯誤，診斷電源及PLC內(nèi)部的工作故障；用掃描方式工作，接收現(xiàn)場的輸入信號，并輸入到輸入映像寄存器和數(shù)據(jù)存儲器中；在進入運行方式后，從存儲器中逐條讀取并執(zhí)行用戶程序，完成用戶程序所規(guī)定的邏輯運算、算術(shù)運算及數(shù)據(jù)處理等操作；根據(jù)運算結(jié)果，更新有關(guān)標志位的狀態(tài)，刷新輸出映像寄存器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實現(xiàn)輸出控制、打印制表或數(shù)據(jù)通信等功能。2、存儲器

CMOS-SRAM可讀寫存儲器

EPROM只讀存儲器EEPROM電可擦除可編程的只讀存儲器

CPU314-6CF02-0AB0集成數(shù)字I/O

CPU314-6CF02-0AB0集成模擬I/O

3、數(shù)字量（或開關(guān)量）輸入輸出接口電路輸入輸出模塊的外部接線方式①匯點式輸入輸出接線；②隔離式輸入輸出接線。

匯點式輸入接線方式匯點式輸出接線方式隔離式輸入接線方式隔離式輸出接線方式(2)數(shù)字量輸入模板的接口電路

①直流數(shù)字量輸入模板

②交流數(shù)字量輸入模板

直流數(shù)字量輸入模塊交流數(shù)字量輸入模塊（3）數(shù)字量（開關(guān)量）輸出模塊的接口電路①直流數(shù)字量輸出接口模板(晶體管輸出型)；

帶負載能力：每個輸出點的最大0.5A，但是因為有溫度上升的限制，每4點輸出總電流不得大于0.8A。響應(yīng)速度：響應(yīng)速度較快，從光電耦合器動作(或關(guān)斷)到晶體管導(dǎo)通的時間為2mS以下。②交流數(shù)字量輸出接口模板(雙向晶閘管)帶負載能力：每點最大帶負載能力為0.5～1A，每4點輸出總電流不得大于1.6～4A。響應(yīng)速度：響應(yīng)速度最快，從晶閘管門極驅(qū)動到雙向晶閘管導(dǎo)通的時間為1ms以下。③繼電器輸出接口模板帶負載能力：取決于輸出繼電器輸出接點的額定電壓與電流參數(shù)。在250VAC以下可驅(qū)動的負載能力為：純電阻負載為2A/1點；感性負載為80VA以下(AC100V或AC200V)；燈負載為100W以下(AC100V或AC200V)。響應(yīng)速度：響應(yīng)時間最慢，從輸出繼電器的線圈得電(或斷電)到輸出接點ON(或OFF)的響應(yīng)時間均為10ms。4、模擬量輸入／輸出接口模板

SM334模擬輸入輸出信號：電壓、電流。如0～5V、0～10V、1～5V、4～20mA、±50mV、±5V、±10V、±20mA。

D/ASM3344AI/2AO8BIT模擬量輸入／輸出模塊5、電源PLC的外部工作電源一般為單相85～260V50/60Hz交流電源，也有采用24～26V直流電源的。PLC對其外部工作電源的穩(wěn)定度要求不高，一般可允許±15％左右。PLC的內(nèi)部電源系統(tǒng)一般有三類：一類是供PLC中的TTL芯片和集成運算放大器使用的基本電源(＋5V和±15V直流電源)；第二類電源是供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源；第三類電源是鋰電池及其充電電源。對于在PLC的輸出端子上接的負載所需的負載工作電源，必須由用戶提供。6、編程器

①簡易編程器

②智能編程器

③用PC機作編程器

三菱PLC編程軟件

SIMENSPLC編程軟件

7、通信接口8、智能Ｉ／Ｏ接口位置閉環(huán)控制接口模塊、快速PID調(diào)節(jié)器的閉環(huán)控制接口模板、高數(shù)計數(shù)器接口模板。

9、PLC的外部設(shè)備①人─機接口裝置

②外存儲器

③打印機

④EPROM寫入器人機接口面板第三節(jié)

可編程控制器的分類與功能一、可編程控制器的分類按I/O點數(shù)分類：微型機、小型機、中型機、大型機和巨型機按結(jié)構(gòu)形式分類：整體式、模塊式和分散式按功能分類：低、中、高檔。

按制造商分類分類I/O點數(shù)內(nèi)存容量微型機64點以下256B～1KB小型機65～256點1～3.6KB中型機256～2048點3.6～13KB大型機>2048點大于13K

PS(電源模塊)CPU

IM(接口模塊)SM:DISM:DOSM:AISM:AO

CP:-點-到-點-PROFIBUS-工業(yè)以太網(wǎng)二、PLC的功能順序邏輯控制

運動控制

定時控制

計數(shù)控制步進控制

數(shù)據(jù)處理

過程控制通信及聯(lián)網(wǎng)PROFIBUSDPPROFIBUSPA(Ex)PROFIBUSPA人機界面與編程STEP7WinCCfexibleMPIcable有MPI接口的PG或PC第四節(jié)

可編程控制器的工作原理一、等效電路1、輸入部分由外部輸入電路、PLC輸入接線端子和輸入繼電器組成。外部輸入信號經(jīng)PLC輸入接線端子去驅(qū)動輸入繼電器的線圈。

2、內(nèi)部控制電路是由用戶程序形成的用“軟繼電器”來代替硬繼電器的控制邏輯。

3、輸出部分是由在PLC內(nèi)部且與內(nèi)部控制電路隔離的輸出繼電器的外部常開接點、輸出接線端子和外部驅(qū)動電路組成，用來驅(qū)動外部負載。二、工作過程1、周期性掃描周期性掃描是可編程控制器特有的工作方式。PLC完成一次掃描過程所需的時間稱為掃描時間，又稱掃描周期或工作周期。2、集中批處理可編程控制器的另一個主要特點就是對輸入采樣、執(zhí)行用戶程序、輸出刷新實施集中批處理。三、PLC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。

四、輸入/輸出的處理規(guī)則

1、輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于各輸入端子在輸入刷新期間的接通或斷開狀態(tài)。2、程序如何執(zhí)行取決于用戶程序和輸入映像寄存器，內(nèi)部元件寄存器的內(nèi)容。3、輸出映像寄存器內(nèi)容取決于所有輸出指令的執(zhí)行結(jié)果。4、輸出鎖存器中的內(nèi)容決定于上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器的內(nèi)容。5、所有輸出端子狀態(tài)由輸出鎖存器決定。第五節(jié)

可編程控制器的軟件及編程語言一、系統(tǒng)軟件1、系統(tǒng)管理程序

（1）負責系統(tǒng)的運行管理，控制可編程控制器何時輸入、何時輸出、何時運算、何時自檢、何時通信等，進行時間上的分配管理。

（2）負責存儲空間的管理，即生成用戶環(huán)境，由它規(guī)定各種參數(shù)、程序的存放地址，將用戶使用的數(shù)據(jù)參數(shù)存儲地址轉(zhuǎn)化為實際的數(shù)據(jù)格式，以及物理存放地址。

（3）負責系統(tǒng)自檢，包括系統(tǒng)出錯檢驗、用戶程序語法檢驗、句法檢驗、警戒時鐘運行等。2、用戶指令解釋程序3、標準程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用二、用戶程序三、編程語言編程語言分：梯形圖、語句表、邏輯功能圖FBD、順序功能圖GRAPH、圖形編程語言HiGraph、結(jié)構(gòu)化控制語言SCL（類似于Pascal）。

梯形圖

邏輯功能圖語句表

順序功能圖

圖形編程語言結(jié)構(gòu)化控制語言FUNCTION_BLOCKMotorCtrVAR_INPUT Start:BOOLStop:BOOLEND_VARVAR_OUTPUT Coil:BOOLEND_VARBEGINIFStopTHEN Coil:=FALSE;ELSE IFStartORCoilTHEN Coil:=TRUE; ENDIF;ENDIF;END_FUNCTION_BLOC