ch3_PLC概述及基本原理

1、一、可编程控制器的产生一、可编程控制器的产生3.1可编程控制器概述使用数千个继电器制成的使用数千个继电器制成的8位计算机位计算机1 1、继电器接触器控制系统存在的问题、继电器接触器控制系统存在的问题= =体积大体积大= =接线复杂接线复杂= =动作速度慢动作速度慢= =功能弱功能弱= =可靠性差可靠性差2020世纪世纪2020年代起年代起一、可编程控制器的产生一、可编程控制器的产生3.1可编程控制器概述1 1、继电器接触器控制系统存在的问题、继电器接触器控制系统存在的问题= =灵活性差，生产工艺改变或对象改灵活性差，生产工艺改变或对象改变时须重新接线或更换控制柜变时须重新接线或更换控制柜M2M

2、1UV WUVWKM1KM1KM2KM2FR1FR1FR2FR2KM1KM1KTKTKM2KM2FR1FR1FR2FR2SB1SB1KM1KM1KTKTKM2KM2SB2SB2KM1KM1一、可编程控制器的产生一、可编程控制器的产生3.1可编程控制器概述IBM 1800IBM 1800数据采集和控制系统（数据采集和控制系统（5050万美元）万美元）2 2、小型计算机控制系统存在的问题、小型计算机控制系统存在的问题= =价格高价格高= =输入、输出电路信号及容输入、输出电路信号及容量不匹配量不匹配= =编程技术复杂编程技术复杂2020世纪世纪6060年代末年代末一、可编程控制器的产生一、可编程控

3、制器的产生3.1可编程控制器概述3 3、第一台、第一台PLCPLC的诞生的诞生19681968年年GEGE公司液压自动分部工厂招标公司液压自动分部工厂招标使用使用PDP-8PDP-8计算机进行计算机进行编程编程DECDEC公司公司 PDP-14编程方式：二进制代码编程方式：二进制代码提出了提出了1010项指标项指标19691969年年控制单元控制单元 一、可编程控制器的产生一、可编程控制器的产生3.1可编程控制器概述DEC PDP-14 DEC PDP-14 中的模块中的模块3 3、第一台、第一台PLCPLC的诞生的诞生M740 instruction decoder & contro

4、l M741 major states & timingM745 PDP-8 interface一、可编程控制器的产生一、可编程控制器的产生3.1可编程控制器概述DEC PDP-14 DEC PDP-14 中的模块中的模块3 3、第一台、第一台PLCPLC的诞生的诞生M743 K interface controlM744 register compare circuitM742 switch & power control 一、可编程控制器的产生一、可编程控制器的产生3.1可编程控制器概述3 3、第一台、第一台PLCPLC的诞生的诞生Bedford AssociateBedf

5、ord Associate公司公司084084型型PLCPLC及其研制者及其研制者19691969年年1111月诞生月诞生采用梯形图编程采用梯形图编程被被GEGE公司贴牌生产为公司贴牌生产为GE PC-45GE PC-45其特性成为其特性成为PLCPLC工业标准工业标准二、可编程控制器的定义二、可编程控制器的定义3.1可编程控制器概述1 1、美国电气制造协会（NEMA）19801980年年是一种数字式电子仪器，可以存储某些逻辑、定序、定时、计数和四则运算等特殊功能指令，用以控制机械和生产过程。2、国际电工委员会 （IEC）19871987年年是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而

6、设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时，计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。二、可编程控制器的定义二、可编程控制器的定义3.1可编程控制器概述3、定义中的三个概念PLC是什么PLC有什么功能（能干什么）PLC及其控制系统的设计原则定义强调了PLC直接用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。三、可编程控制器的特点三、可编程控制器的特点3.1可编程控制器概述可靠性高，抗干扰能力强通用性强，使用方便采用模块化结构，接口种类多，便于现场连接、扩充编程、程序修改方便，易掌握维护调试方便

7、（I/O指示）三、可编程控制器的特点三、可编程控制器的特点3.1可编程控制器概述抗干扰硬件措施：抗干扰硬件措施：屏蔽：对PLC的电源变压器、内部CPU、编程器等主要部件采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防止外界的电磁干扰。滤波：对PLC的输入输出线路采用了多种形式的滤波，以消除或抑制高频干扰。隔离：在PLC内部的微处理器和输入输出电路之间，采用了光电隔离措施。模块式结构：快速更换故障模块，修复系统。三、可编程控制器的特点三、可编程控制器的特点3.1可编程控制器概述抗干扰软件措施：抗干扰软件措施：故障检测：设计故障检测软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压信号等，以便及时处理。信息保护和恢复：

8、信息保护和恢复软件使PLC偶尔发生故障条件出现时，将PLC内部信息进行保护以免遭破坏。故障条件消失，则恢复工作。设置监视定时器WDT：如PLC程序每次循环执行时间超过WDT规定的时间，预示程序进入死循环，立即报警。对程序进行检查和检验：一旦程序有错，立即报警并停止执行。四、可编程控制器的应用范围四、可编程控制器的应用范围3.1可编程控制器概述1 1、顺序控制、顺序控制PLC取代传统的继电器构成顺序控制系统，是PLC最广泛的应用领域。 2 2、运动控制、运动控制PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。 3 3、过程控制、过程控制PLC能控制大量的物理参数，如温度、

9、压力、速度和流量等。常用到PID模块 。 四、可编程控制器的应用范围四、可编程控制器的应用范围3.1可编程控制器概述4 4、数据处理、数据处理随着PLC技术的发展，已把支持顺序控制的PLC和CNC的设备紧密地结合了起来。5 5、通信和联网、通信和联网通过多台PLC之间的联网通信组建工厂自动化系统、柔性制造系统及集散控制系统。 五、可编程控制器的发展状况五、可编程控制器的发展状况3.1可编程控制器概述1 1、可编程控制器分类、可编程控制器分类（1 1）按）按I/OI/O点数容量点数容量五、可编程控制器的发展状况五、可编程控制器的发展状况3.1可编程控制器概述1 1、可编程控制器分类、可编程控制器

10、分类（2 2）按结构形式）按结构形式整体式整体式特点：基本单元上设有扩展端口，通过扩展电缆与扩展单元（模块）相连。基本单元（主机）可独立工作；多见于微型、小型PLCPLC体积小，成本低，安装方便。五、可编程控制器的发展状况五、可编程控制器的发展状况3.1可编程控制器概述1 1、可编程控制器分类、可编程控制器分类（2 2）按结构形式）按结构形式模块式模块式特点：多见于中型、大型PLC模块式结构的PLC由一些模块单元构成，这些标准模块有CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、各种功能模块等。像堆积木一样，使用时将这些模块插在框架上或基板上即可。各模块功能是独立的，外形尺寸统一，可根据需要灵活配置

11、。由CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、各种功能模块等标准模块组成。各模块功能独立，外形尺寸统一，可根据需要灵活配置，插在框架或基板上使用。五、可编程控制器的发展状况五、可编程控制器的发展状况3.1可编程控制器概述2 2、厂商及产品、厂商及产品（1 1）国内）国内上海东屋电气有限公司：CF系列杭州机床电器厂：DKK及D系列大连组合机床研究所：S系列苏州电子计算机厂：YZ系列台达电通股份有限公司：ES/EX/SS系列DVP-PLC（中、小型PLC）五、可编程控制器的发展状况五、可编程控制器的发展状况3.1可编程控制器概述2 2、厂商及产品、厂商及产品（2 2）国外）国外三菱三菱西门子西门子

12、ABBABB欧姆龙欧姆龙256256点以下点以下1K1K点以下点以下1 1万点以下万点以下FXFX系列系列AnSAnS、Q Q、Q Q、nAnA等等S7-200S7-200S7-300S7-300S7-400S7-400MicrologixMicrologixSCL500SCL500PLC5PLC5Mini Sk20Mini Sk20、CPM1ACPM1A等等C200C200、SYSMACSYSMAC、CQM1CQM1CVN1CVN1、CV500-2000CV500-2000六、可编程控制器的发展趋势六、可编程控制器的发展趋势3.1可编程控制器概述1 1、小型化、专用化、低成本化、小型化、专用

13、化、低成本化2 2、大容量、高速度、信息化、大容量、高速度、信息化3 3、模块智能化（自带、模块智能化（自带CPUCPU）4 4、人机界面（接口）人性化、人机界面（接口）人性化（1 1）编程工具更强大）编程工具更强大（2 2）人机界面硬件功能更强大、价格更低廉）人机界面硬件功能更强大、价格更低廉（3 3）基于）基于PCPC的组态软件的组态软件六、可编程控制器的发展趋势六、可编程控制器的发展趋势3.1可编程控制器概述5 5、更具安全性、冗余性、更具安全性、冗余性6 6、开放性和标准化（、开放性和标准化（IEC61131IEC61131）7 7、通信联网功能增强和易用化、通信联网功能增强和易用化8

14、 8、软、软PLCPLC概念和概念和PACPAC（可编程自动化控制器）概念的出现（可编程自动化控制器）概念的出现9 9、PLCPLC与现场总线技术的结合与现场总线技术的结合3.2可编程控制器的硬件构成PLC在组成上与一般的微机系统基本相同在组成上与一般的微机系统基本相同一、一、CPUCPU3.2可编程控制器的硬件构成1 1、CPUCPU的主要任务的主要任务（1 1）接收、存储用户程序和数据，显示程序的内容和地址）接收、存储用户程序和数据，显示程序的内容和地址（2 2）检查、校验用户程序）检查、校验用户程序（3 3）接收、调用现场信息）接收、调用现场信息（4 4）执行用户程序）执行用户程序（5

15、5）故障诊断）故障诊断2 2、CPUCPU的芯片的芯片（1 1）通用芯片）通用芯片（2 2）专用芯片）专用芯片二、存储器二、存储器3.2可编程控制器的硬件构成1 1、系统程序存储器、系统程序存储器（1 1）系统管理程序）系统管理程序（2 2）用户指令解释程序）用户指令解释程序（3 3）标准程序模块与系统调用程序）标准程序模块与系统调用程序用于存储用于存储PLCPLC厂家编写的系统程序，包括：厂家编写的系统程序，包括：2 2、用户程序存储器、用户程序存储器用于存储用户编写的程序用于存储用户编写的程序3 3、工作数据存储器、工作数据存储器用于存储工作数据。用于存储工作数据。如用户程序中使用的如用户

16、程序中使用的ON/OFFON/OFF状态、数值数据等。状态、数值数据等。三、输入三、输入/ /输出接口输出接口3.2可编程控制器的硬件构成1 1、输入接口、输入接口（1 1）开关量输入接口）开关量输入接口来自按钮、选择开关、行程开关、继电器、接近开关、光电开来自按钮、选择开关、行程开关、继电器、接近开关、光电开关等。关等。按钮开关等按钮开关等PNP型集电极开路输出的传感器NPN型集电极开路输出的传感器漏型接法漏型接法源型接法源型接法三、输入三、输入/ /输出接口输出接口3.2可编程控制器的硬件构成1 1、输入接口、输入接口（2 2）模拟量输入接口）模拟量输入接口来自电位器、测速发电机和各种变送

17、器。来自电位器、测速发电机和各种变送器。三、输入三、输入/ /输出接口输出接口3.2可编程控制器的硬件构成2 2、输出接口、输出接口（1 1）开关量输出接口）开关量输出接口继电器输出回路继电器输出回路三、输入三、输入/ /输出接口输出接口3.2可编程控制器的硬件构成2 2、输出接口、输出接口（1 1）开关量输出接口）开关量输出接口晶体管NPN回路接线法晶体管PNP回路接线法三、输入三、输入/ /输出接口输出接口3.2可编程控制器的硬件构成2 2、输出接口、输出接口（2 2）模拟量输出接口）模拟量输出接口分为输出电压和输出电流分为输出电压和输出电流四、电源四、电源3.2可编程控制器的硬件构成五、

18、各种接口五、各种接口3.2可编程控制器的硬件构成接口：扩展接口、通信接口、I/O接口等DVP-SX2 CPUDVP-SX2 CPU模块外形示意图模块外形示意图五、各种接口五、各种接口3.2可编程控制器的硬件构成RS485RS485的连接的连接IEC 61131IEC 61131标准：希望统一编程语言标准：希望统一编程语言3.3可编程控制器的编程语言梯形图（梯形图（Ladder Diagram, LDLadder Diagram, LD）功能块（功能块（Function Block Diagram, FBDFunction Block Diagram, FBD）顺序功能图（顺序功能图（Seque

19、ntial Function Chart, SFCSequential Function Chart, SFC）指令列表（指令列表（Instruction List, ILInstruction List, IL）结构化文本（结构化文本（Structure Text, STStructure Text, ST）图形语言图形语言文本语言文本语言一、梯形图一、梯形图3.3可编程控制器的编程语言源自继电器控制系统原理图源自继电器控制系统原理图特点：直观、清晰特点：直观、清晰电气逻辑关系的表示方法电气逻辑关系的表示方法基本思想一致基本思想一致符号和表达方式有一定区别符号和表达方式有一定区别应用：逻辑顺

20、序控制应用：逻辑顺序控制联系与区别：联系与区别：二、指令列表语言二、指令列表语言3.3可编程控制器的编程语言类似于汇编语言，按顺序编写类似于汇编语言，按顺序编写PLCPLC控制程序并逐条控制程序并逐条列出指令。列出指令。LD X1OR Y1ANI X3 ANI Y2OUT Y1LD X2OR Y2ANI X4 ANI Y1OUT Y2END三、顺序功能图三、顺序功能图3.3可编程控制器的编程语言可以对具有并行、选择等复杂结构的系统进行编程，可以对具有并行、选择等复杂结构的系统进行编程，适合于复杂的顺序控制系统。适合于复杂的顺序控制系统。三要素：三要素：状态（步）状态（步）与状态相关的动作与状态

21、相关的动作与状态相关的转移与状态相关的转移交通灯控制的交通灯控制的SFCSFC四、功能块图四、功能块图3.3可编程控制器的编程语言类似于使用各种门电路，同时加上输入、输出，通类似于使用各种门电路，同时加上输入、输出，通过逻辑连接实现逻辑控制。过逻辑连接实现逻辑控制。可把函数（可把函数（FUNFUN）和功能块（）和功能块（FBFB）连接到电路中，）连接到电路中，完成复杂的功能和计算。完成复杂的功能和计算。用户可自定义函数（用户可自定义函数（FUNFUN）和功能块（）和功能块（FBFB）。）。五、结构化文本五、结构化文本3.3可编程控制器的编程语言随着PLC技术的不断发展，为了增强PLC的运算、数

22、据处理及通信等功能，以上编程语言不能满足要求。近年来推出的PLC，尤其是大型PLC，都可用高级语言，如BASCIC语言、C语言、PASCAL语言等进行编程。一、工作方式一、工作方式3.4可编程控制器的工作原理继电器-接触器控制系统并行工作方式并行工作方式PLC控制系统串行工作方式串行工作方式（顺序扫描式）二、工作过程二、工作过程3.4可编程控制器的工作原理开机开机内部处理内部处理通信服务通信服务输入刷新输入刷新程序执行程序执行输出刷新输出刷新上电和掉电处理、自诊断和出错处理等上电和掉电处理、自诊断和出错处理等外设、外设、CPU、总线等之间的通信、总线等之间的通信扫描过程：扫描过程：扫描周期：扫

23、描周期：执行一次扫描操作所需要的时间执行一次扫描操作所需要的时间扫描周期取决于扫描周期取决于I/O点数的多少和程序长度点数的多少和程序长度读扫秒周期：通过读取内部的寄存器读扫秒周期：通过读取内部的寄存器D1010D1010测扫秒周期：通过每个扫描周期触发输出，测测扫秒周期：通过每个扫描周期触发输出，测输出脉冲的周期输出脉冲的周期估算秒周期：根据每个指令的执行时间估算秒周期：根据每个指令的执行时间二、工作过程二、工作过程3.4可编程控制器的工作原理（1 1）输入刷新（输入信号再生）输入刷新（输入信号再生）集中输入方式：集中输入方式：将外部输入信号的On/Off状态一次性读入输入映像存储区。（2 2）程序执行）程序执行从左到右、从上到下扫描各条指令读输入映像区、装置映像区写装置映像区执行期间，输入映像区内的状态不随外部输入信号状态变化（3 3）输出刷新（输出信号再生）输出刷新（输出信号再生）集中输出方式：集中输出方式：执行完毕后，将装置映像存储区内Y的状态输出到输出映像区锁存（实际输出）二、工作过程二