《电机与电气控制》——可编程控制器

1、第7章 可编程控制器v教学重点教学重点 了解S7-200系列PLC的构成，掌握S7-200系列PLC内部元器件和输入、输出扩展 可编程序控制器的工作过程，输入/输出接口，编程语言和梯形图。v教学难点教学难点 具备PLC输入、输出扩展的能力，能够理解PLC工作过程和计算机及单片机工作过程的不同，理解可编程序控制器的工作过程以及输入/输出映像寄存器。 可编程控制器（Programmable Controller，简称为PLC ）是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通信技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑运算、计时、计数等顺序控制功能，

2、建立柔性的程控系统。可编程控制器具有能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单、维护方便等优点，是当代工业生产自动化的主要手段和重要的自动化控制设备。第7章 可编程控制器第7章 可编程控制器 7.1 可编程控制器的概念可编程控制器的概念 7.1.1 PLC的产生和定义的产生和定义 1.PLC的产生的产生 1968年，美国通用汽车公司（GM），为适应汽车型号的不断翻新，为了在生产线改造时不改动原有继电器控制结构，尽可能地降低生产成本，缩短时间，满足生产的需求，提出了开发新型工业控制器的条件，把计算机功能全面和灵活的特点与继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，研制出一套硬件上体积小

3、，软件应用简单、修改灵活的控制器。1969年第一台PLC在美国数字设备公司（DEG）根据上述要求研制成功。 2.PLC的定义的定义 美国电气制造商协会（NEMA）经过四年的调查工作，在1980年正式将可编程序控制器命名为PC（Programmable Controller，简称为PC），但为了与个人计算机（Personal Computer ，简称为PC ）相区别，常将可编程序控制器简称为PLC，并给PLC作了定义，即“可编程序控制器是一种带有指令存储器、数字量或模拟量的输入/输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和运算等功能，用于控制机器或生产过程的自动化控制装置”。7.1.2

4、 PLC的发展的发展 随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通信技术的不断进步，PLC也得以迅速发展，其发展过程大致可分如下三个阶段： 1.早期的早期的PLC 早期（20世纪60年代末至70年代中期）早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。 2.中期的中期的PLC 在20世纪70年代，各种类型的顺序控制器不断出现，但被迅速淘汰。20世纪80年代，国际电工委员会（IEC）正式发表了PLC的标准，各厂家的PLC都向规范化发展，产品的规格、品种开始系列话，生产规模日益扩大，价格不断下降，PLC被迅速普及。 3.近期的近期的PLC 进入20世纪90年代初期，随着微电子技术的进步

5、，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高，PLC的功能不断开发与完善。在性能提高的同时，PLC的体积也大幅度缩小。与此同时，PLC的网络与通信功能得到迅速发展，可以通过各种总线构成网络系统，为工厂自动化奠定了基础。 第7章 可编程控制器第7章 可编程控制器7.1.3 PLC的发展趋势的发展趋势1.向大型化、小型化两个方向发展向大型化、小型化两个方向发展2.向集成化发展向集成化发展3.加强联网通信能力加强联网通信能力4.编程语言多样化编程语言多样化第7章 可编程控制器7.2 PLC的特点、应用及分类的特点、应用及分类7.2.1 PLC的特点的特点 1.高

6、可靠性高可靠性 2.配套齐全，功能完善，适用性强配套齐全，功能完善，适用性强 3.编程简单易学编程简单易学 4.安装简单，维修方便安装简单，维修方便 5.体积小、重量轻、功耗低体积小、重量轻、功耗低7.2.2 PLC的主要功能的主要功能1. 逻辑控制逻辑控制2.定时控制定时控制 3.计数控制计数控制4.步进控制步进控制 5.数据处理数据处理6.通信及联网通信及联网7.监控监控第7章 可编程控制器 7.2.3 PLC的分类的分类1按点数和功能分类按点数和功能分类2按结构形式分类按结构形式分类 1）整体式结构 2）模块式结构第7章 可编程控制器 7.3 PLC的组成及工作原理的组成及工作原理7.3

7、.1 PLC的组成的组成 1. 硬件组成硬件组成 PLC的硬件主要由CPU、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。PLC结构简图，如图7-1 所示。 图7-1 PLC结构简图第7章 可编程控制器2.软件组成软件组成PLC控制系统的软件主要包括系统程序和用户程序。系统程序由PLC制造厂商固化在机器内部，用于控制PLC的运行，用户不能直接读写与修改。用户程序是由使用者根据PLC编程语言编制并输入，用于控制外部对象的运行，实现控制目的。 第7章 可编程控制器 7.3.2 PLC的工作原理的工作原理 PLC在运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的。PLC执行控

8、制任务时是按照串行工作的方式执行的，按顺序每次执行一个操作。PLC执行过程中的执行结果似乎是并行输出的，实际上是由于CPU的运算速度快造成的。PLC的这种串行的工作方式称为扫描工作方式。 PLC在执行用户程序时是以循环扫描方式进行的，每一个扫描过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。第7章 可编程控制器 1.输入采样阶段输入采样阶段 在每一个扫描周期开始时，PLC都会首先进入输入采样阶段，PLC按顺序以扫描方式读取全部现场输入信号，并将它们存入输入映像寄存器区中的相应的单元内。当输入是脉冲信号时，为保证在任何情况下都会被正常读取，应使该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期。

9、 2.程序执行阶段程序执行阶段 在程序执行阶段，PLC按顺序对用户程序进行扫描。 3.输出刷新阶段输出刷新阶段 当前面两个阶段结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在这一阶段，CPU按照输出映像寄存器中各输出点的通断状态转存到输出锁存器中，再经输出电路驱动相应的输出设备。 PLC完成以上三个过程所需要的时间称为PLC的扫描周期，PLC在完成一个扫描周期后，再返回进行下一个扫描周期，重新执行输入采样，周而复始。 第7章 可编程控制器 7.3.3 PLC的的I/O处理原理处理原理通过对PLC的用户程序执行过程进行分析，可以总结出PLC对输入输出的处理规则，如图7-4所示。图7-4 PLC对输入输出的处理原则第7章 可编程控制器7.4 PLC的编程语言的编程语言7.4.1 常见的常见的PLC编程语言编程语言 根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3），PLC的编程语言包括顺序功能流程图语言SFC、梯形图语言LD、指令表语言IL、功能模块图语言FBD、结构化文本语言ST五种。 7.4.2 编程语言的相互转换和