第1章可编程控制器的概述

1、第1章 可编程控制器的概述 v本章要点v可编程控制器的产生、特点、分类与发展v可编程控制器的定义和基本含义v可编程控制器的基本组成及各部分的作用v可编程控制器的工作原理v可编程控制器的技术指标 1.1 可编程控制器的产生用户角度提出新一代控制器应具备以下十大条件（1）编程简单，可在现场修改程序；（2）维护方便，更好是插件式；（3）可靠性高于继电器控制柜；（4）体积小于继电器控制柜；（5）可将数据直接送入管理计算机；（6）在成本上可与继电器控制柜竞争；（7）输入可以是交流115V（即用美国的电网电压）；（8）输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀；（9）在扩展时，原有系统只需要很小的变更

2、；（10）用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。 ： 1.2 可编程控制器的定义 v可编程控制器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设计。他采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。” 1.3 可编程控制器的基本组成 1.3.1 控制组件v可编程控制器主要由中央处理单元(CPU)、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、编程装置、电源等组成。 v1. CPU单元 :CPU是可

3、编程控制器的控制中枢，相当于人的大脑。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成 v2. 存储器 :可编程控制器的存储器由只读存储器ROM、随机存储器RAM和可电擦写的存储器EEPROM三大部分构成，主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据.3. I/O单元及I/O扩展接口 v（1）I/O单元:可分为模拟量I/O单元、数字量I/O单元两大类。根据输入单元形式的不同，可分为基本I/O单元、扩展I/O单元两大类 v（2）I/O扩展接口 ：可编程控制器利用I/O扩展接口使I/O扩展单元与PLC的基本单元实现连接，当基本I/O单元的输入或输出点数不够使用时，可以用I/O扩展单元来扩充开关量I/O点数和增

4、加模拟量的I/O端子 4. 外设接口 v外设接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能通过外设接口组成PLC的控制网络。PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口与计算机连接，可以实现编程、监控、连网等功能。 5. 电源 v电源单元的作用是把外部电源（220V的交流电源）转换成内部工作电压。外部连接的电源，通过PLC内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（直流5伏、正负12伏、24伏），并为外部输入元件（如接近开关）提供24V直流电源（仅供输入端点使用），而驱动PLC负载的电源由用户提供。 1.3.2 输入输

5、出接口电路 1. 输入接口电路如图所示，输入接口电路提高抗干扰能力的方法主要有 （1）利用光电耦合器提高抗干扰能力 （2）利用滤波电路提高抗干扰能力 s sc co ommc cR R1 1R R2 2T TR R3 3+ +5 5v vA A滤滤波波内内部部电电路路L LE ED D2. 输出接口电路v（1）小型继电器输出形式，如图所示内部电路负载C CO OMMR RL LE ED DK Kv2）大功率晶体管或场效应管输出形式，如图所示内部电路T T1 1+ +5 5v v负载R R2 2V VT TR R3 3V VDDF FU UC COOMMR R1 1L LE EDD（3）双向晶闸

6、管输出形式，如图所示内内部部电电路路T T负负载载F FU UC COOMMR R1 1L LE EDDR R2 2C C3. I/O电路的常见问题v1、当该电流值大于1.3mA时，就可能引起PLC输入电路发生误动作。v 2、应在输出回路串联保险丝，避免负载电流过大，会损坏输出元件或电路板v3、晶体管、双向晶闸管型输出端子漏电流和残余电压的存在v 4、感性负载断电时产生很高的反电势1.3.3 编程器 v编程器是PLC的重要外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态 v常见的给PLC编程的装置有手持式编程器和计算机编程方式 1.4 可

7、编程控制器的工作原理及主要技术指标 1.4.1 可编程控制器的工作原理 vPLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描，并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的 扫描周期主要可分为v（1）读输入阶段 每次扫描周期的开始，先读取输入点的当前值，然后写到输入映像寄存器区域。 v（2）执行程序阶段。 用户程序执行阶段，PLC按照梯形图的顺序，自左而右，自上而下的逐行扫描， v（3）处理通信请求阶段 v（4）执行CPU自诊断测试阶段。 v（5）写输出阶段 1.4.2 可编程控制器主要技术指标 1. 输入/输出点数

8、v可编程控制器的I/O点数指外部输入、输出端子数量的总和。它是描述的PLC大小的一个重要的参数。2. 存储容量 vPLC的存储器由系统程序存储器，用户程序存储器和数据存储器三部分组成。PLC存储容量通常指用户程序存储器和数据存储器容量之和，表征系统提供给用户的可用资源，是系统性能的一项重要技术指标。 3. 扫描速度 v可编程控制器采用循环扫描方式工作，完成1次扫描所需的时间叫做扫描周期。影响扫描速度的主要因素有用户程序的长度和PLC产品的类型。PLC中CPU的类型、机器字长等直接影响PLC运算精度和运行速度 4. 指令系统 v指令系统是指PLC所有指令的总和。可编程控制器的编程指令越多，软件功

9、能就越强，但掌握应用也相对较复杂。用户应根据实际控制要求选择合适指令功能的可编程控制器。5. 通信功能 v通信有PLC之间的通信和PLC与其他设备之间的通信。通信主要涉及通信模块，通信接口，通信协议和通信指令等内容。PLC的组网和通信能力也已成为PLC产品水平的重要衡量指标之一。1.5 可编程控制器的分类、特点、应用及发展 1.5.1 可编程控制器的分类 v1. 按I/O点数和功能分类：由I/O点数的多少可将PLC的I/O点数分成小型、中型和大型 v2. 按结构形式分类 ：PLC可分为整体式结构和模块式结构两大类 1.5.2 可编程控制器的特点 v可编程控制器的特点 v（1）编程简单，使用方便

10、 v（2）控制灵活，程序可变，具有很好的柔性 v（3）功能强，扩充方便，性能价格比高 v（4）控制系统设计及施工的工作量少，维修方便 v（5）可靠性高，抗干扰能力强 v（6）体积小、重量轻、能耗低，是“机电一体化”特有的产品 v2. 可编程控制器PLC与个人计算机PC的主要差异 v3. PLC与继电器控制的区别 1.5.3 可编程控制器的应用 1. 逻辑控制 v可编程序控制器具有“与”、“或”、“非”等逻辑运算的能力，可以实现逻辑运算，用触点和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制，定时控制与顺序逻辑控制 2. 运动控制 v可编程序控制器使用专用的运动控制模块，或灵活运用指令，使运动控制与

11、顺序控制功能有机地结合在一起 3. 过程控制 v可编程序控制器可以接收温度、压力、流量等连续变化的模拟量，通过模拟量I/0模块，实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换和D/A转换，并对被控模拟量实行闭环PID（比例-积分-微分）控制 4. 数据处理 v可编程序控制器具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。 5. 构建网络控制 v可编程序控制器的通信包括主机与远程I/0之间的通信、多台可编程序控制器之间的通信、可编程序控制器和其他智能控制设备(如计算机、变频器)之间的通信。可编程序控制器与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。 1.5.4 可编程控制器的发展 v1. 向高集成、高性能、高速度，大容量发展 v2. 向普及化方向发展 v3. 向模块化、智能化发展 v4. 向软件化发展 v5. 向通信网络化发展” 1.6 习题 v1. 简述可编程序控制器的定义。v2. 可编程控制器的基本组成有哪些？v3. 输入接