第5章PLC基础知识

1、第第5章章 PLC基础知识基础知识5.1 PLC的定义与特点的定义与特点5.2 PLC的基本组成的基本组成 5. 2.1 PLC的硬件组成5.2.2 PLC的软件组成5.3 PLC的工作原理的工作原理 5. 3.1扫描工作方式5.3.2工作过程5.4 PLC的性能指标的性能指标5.5 PLC的分类的分类5.6 PLC的控制情况的控制情况5.7 PLC的市场情况的市场情况5.8 PLC的发展趋势的发展趋势5.9 使用使用PLC应注意的问题应注意的问题第第5章章 PLC基础知识基础知识 5.1概述概述 5.2 PLC的基本组成的基本组成 5.3 PLC的工作原理的工作原理 5.4 PLC的性能指标

2、的性能指标 5.5 PLC的分类的分类 5.6 PLC的控制情况的控制情况 5.7 PLC的市场情况的市场情况 5.8 PLC的发展趋势的发展趋势 5.9 使用使用PLC应注意的问题应注意的问题5.1概述概述 1PLC的定义的定义 1987年国际电工委员会(IEC)在颁布可编程序控制器标准草案中对可编程序控制器定义如下：“可编程序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。它采用可编程序的存储器，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，控制各种类型的机械设备或生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都应按易于

3、与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则进行设计”。 5.1概述概述 2.PLC的特点的特点 (1)可靠性高，抗干扰能力 (2)通用性强，使用方便 (3)程序设计简单，容易理解和掌握 (4)系统设计周期 (5)体积小、重量轻 (6)适应性强 5.2 PLC的基本组成的基本组成 5. 2.1 PLC的硬件组成的硬件组成 PLC的硬件组成包括中央处理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入/输出(I/O)接口、编程设备、通信接口、电源和其他一些电路。PLC的硬件结构框图如图5-1所示。5.2 PLC的基本组成的基本组成 图5-1 PLC的硬件基本结构图5.2 PLC的基本组成的基本组成 1

4、中央处理单元中央处理单元 中央处理单元( CPU)是PLC的核心部件，整个PLC的工作过程都是在中央处理器的统一指挥和协调下进行的，它的主要任务是在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分工作等，然后根据用户所编制的应用程序的要求去处理有关数据，最后再向被控对象送出相应的控制信号。 2存储器存储器 存储器是PLC用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量及运算数据的单元。存储器的类型有可读/写操作的随机存储器RAM和只读存储器ROM、PROM、EPROM和E2PROM。 3输入输入/输出接口输出接口 输入/输出(I/O)接口是PLC与工业控制现场各类信号连接的部件。 5.2 PL

5、C的基本组成的基本组成 图5-2 PLC的输入输出等效电路5.2 PLC的基本组成的基本组成 4电源模块电源模块 电源部件是把交流电转换成直流电的装置，它向PLC提供所需要的高质量直流电源。许多PLC还向外提供DC 24 V稳压电源，用于对外部传感器供电。 5编程器编程器 编程器是PLC必不可少的重要外围设备。编程器分专用编程器和通用编程器。分专用编程器又分简易编程器和智能编程器；通过串行口或并行口与CPU模块连接。通用编程器在PC上配专用编程软件。 6其他接口其他接口 其他接口包括外存储器接口、EPROM写入器接口、A-D转换接口、D-A转换接口、远程通信接口、与计算机相连的接口、打印机接口

6、、与显示器相连的接口等。5.2 PLC的基本组成的基本组成5.2.2 PLC的软件组成的软件组成 PLC的软件组成包括系统程序和用户程序。 1系统程序系统程序 系统程序是指控制和完成PLC各种功能的程序。系统程序可完成系统命令解释、功能子程序调用、管理、监控、逻辑运算、通信、各种参数设定、诊断（如电源、系统出错，程序语法、句法检验等）等功能。系统程序由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改。 2用户程序用户程序 用户程序是用户根据控制对象生产工艺及控制的要求而编制的应用程序，它是根据PLC控制对象的要求而定的。5.2 PLC的基本组成的基本组成 用户程序

7、常用的编程语言有5种: (1)梯形图 梯形图是目前应用非常广、最受技术人员欢迎的一种编程语言。 (2)语句表 语句表是一种与汇编语言类似的编程语言，它采用的是助记符指令，并以程序执行顺序逐句编写成语句表。 (3)逻辑符号图 逻辑符号图包括与、或、非以及计数器、定时器、触发器等。 (4)功能表图 又叫作状态转换图，它的作用是表达一个完整的顺序控制过程，简称SFC编程语言。 (5)高级语言 主要是大中型PLC采用高级语言来编程，如C语言、BASIC语言等。5.3 PLC的工作原理的工作原理 5. 3.1 扫描工作方式扫描工作方式 PLC采用循环扫描工作方式。为了连续地完成PLC所承担的扫描工作，系

8、统必须重复执行依一定的顺序完成循环扫描工作，每重复一次的时间称为一个扫描周期。由于PLC的扫描速度很快，输入扫描和输出刷新的周期通常为3 ms左右，而程序执行时间根据程序的长度不同而不同。PLC -个扫描周期通常为10100 ms，对一般工业被控对象来说，扫描过程几乎是与输入同时完成的。PLC的循环扫描工作过程如图5-3所示。图5-3 PLC的循环扫描工作过程5.3 PLC的工作原理的工作原理 5.3.2工作过程工作过程 (1)输入采样阶段 PLC以扫描工作方式按顺序将所有输入端的输入状态采样，读人到寄存器中存储。 (2)程序执行阶段 PLC是按顺序进行扫描，即从上到下、从左到右地逐条扫描各指

9、令，直到扫描到最后一条指令。 (3)输出处理阶段 输出处理阶段也叫作输出刷新阶段。在执行完用户所有程序后，PLC将输出映像寄存器中的内容送人到寄存输出状态的输出锁存器中，再送到外部去驱动接触器、电磁阀和指示灯等负载。5.4 PLC的性能指标的性能指标 1编程语言种类编程语言种类 不同厂家的PLC编程语言不同，互相不兼容，而且可能拥有其中一种、两种或全部的编程方法。编程指令种类及条数越多，其功能就越强，即处理能力和控制能力也就越强。 2存储容量存储容量 存储容量是指用户程序存储器的容量，它通常以字为单位来计算。约定16位二进制数为一个字，每1024个字为1KB。中小型PLC的存储容量一般在8 K

10、B以下，大型PLC的存储容量有在256 KB2 MB之间。 3输入输出输入输出(I/O)总点数总点数 PLC的输入输出(I/O)信号的最大数量表示PLC的最大规模。输入输出(I/O)点数越多，外部可接人的器件和输出的器件就越多，控制规模就越大。因此，I/O点数是衡量PLC性能的重要指标之一。5.4 PLC的性能指标的性能指标 4扫描速度扫描速度 PLC的扫描速度是指PLC执行程序的速度，是衡量PLC性能的重要指标，一般以执行1 KB指令所需的时间来表示扫描速度，以ms/KB为单位表示。 5PLC内部继电器的种类内部继电器的种类 PLC内部继电器的种类很多，如输入继电器、输出继电器、辅助继电器、

11、定时器、计数器、特殊继电器、数据寄存器、状态继电器等。6扩展能力扩展能力PLC的扩展能力包括以下两个方面：(1)大部分PLC用输入/输出(I/O)扩展单元进行输入/输出(I/O)点数的扩展；(2)用各种功能模块进行功能的扩展。7工作环境工作环境工作环境的温度为0 500C，湿度小于85%。8其他其他(1)自诊断功能、通信联网功能、监控功能、特殊功能模块、远程I/O能力等(2)输入/输出方式，某些主要硬件（如CPU、存储器）的型号等。(3)智能单元的数量。5.5 PLC的分类的分类 1按输入输出点数分类按输入输出点数分类 (1)超小型PLC 输入/输出点数在64点以下为超小型或微型PLC。 (2

12、)小型PLC 小于256点大于64点的为小型PLC其输入/输出点数在64256之间，用户程序存储器容量在24 KB。 (3)中型PLC 中型PLC的输入/输出点数在256 512点之间，用户程序存储器容量一般为28KB。 (4)大型PLC 大型PLC的输入/输出点数在5128192点之间，用户程序存储器容量达864 KB。 (5)超大型PLC 超大型PLC的输入/输出点数在10000点以上，用户程序存储器容量大于64 KB。5.5 PLC的分类的分类 2按结构形式分类按结构形式分类 按PLC的结构形式分类，通常可分为整体式和模块式两种。 (1)整体式 将电源、CPU、存储器、I/O接口安装在同

13、一机体内，具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格低等优点。由于主机I/O点数固定，所以灵活性较差。一般小型PLC常采用这种结构。 (2)模块式 将PLC各部分分成若干个单独的模块，如电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块等，这种结构的特点是硬件上具有较高的灵活性，装配方便，便于扩展。 5.5 PLC的分类的分类 3按实现的功能分类按实现的功能分类 按照PLC所能实现的功能的不同，可大致分为低档机、中档机、高档机三种。 (1)低档机 具有逻辑运算、定时、计数、移位、自诊断、监控等基本功能，低档机以逻辑运算为主，可实现逻辑、顺序、移位、计时、计数控制等。 (2)中档机 除具有低档机的功能外，还具有较

14、强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送、比较、通信、子程序、远程I/O、中断处理等功能。 (3)高档机 具有更强的数字处理能力，除具有中档机的功能外，增设有带符号算术运算、位逻辑运算、矩阵运算、平方根运算以及函数、表格、CRT显示、打印等功能。高档机具有更强的通信联网功能。5.6 PLC的控制情况的控制情况 1过程控制过程控制 过程控制主要用于温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制程序，完成闭环控制。PID调节通常是闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。

15、过程控制在石油、石化、冶金、热处理、锅炉控制等场合得到广泛的应用。 2运动控制运动控制 PLC可用于直线运动或圆周运动的控制。早期控制直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在通常采用专用的运动控制模块，可驱动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块。PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。5.7 PLC的市场情况的市场情况 2006年中国PLC市场规模为44.3亿元，到2010年中国PLC市场规模达到了68.4亿元，相比2009年53.9亿元的市场规模，同比增长26. 7%。2006年2010年PLC市场规模的复合增长率为9. 08

16、%。随着“十二五”提升装备自动化的提出，PLC市场处于持续增长状态，到2013年市场规模达到90亿元，2014年PLC整体市场规模同比2013年为增长5.6，2015年PLC整体市场规模同比2014年为增长4.8。其中西门子凭借其在PLC全线产品的优异表现，占据市场首位，三菱和罗克韦尔则分别凭借其在OEM市场和大型PLC市场的传统优势，分列市场二、三位。 5.8 PLC的发展趋势的发展趋势 PLC的新技术包括：更好的操作界面、图形用户界面、人机界面，设备与硬件和软件的接口，支持人工智能化等。软件进展将使PLC采用广泛使用的通信标准与不同设备连接。在工厂的未来自动化发展中，PLC将占据重要的地位

17、，控制策略将被智能地分布开来，而不是集中起来，超级PLC将在需要复杂运算、网络通信和对小型PLC和机器控制器的监控的应用中得到使用。 5.9 使用使用PLC应注意的问题应注意的问题 1工作情况工作情况 (1) 温度 PLC要求情况温度在055，安装时不能放在发烧量年夜的元件下面，四周透风散热的空间应足够年夜，基本单元和扩大单元之间要有30mm以上距离。 (2) 湿度 为了保证PLC的尽缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。 (3) 震动 应使PLC远离强烈的震动源，避免振动频率为1055Hz的频仍或接连振动。当使用情况不成避免震动时，必需接纳减震措施，如采用减震胶等。 (4) 空气 避免有侵蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等 (5) 电源 PLC供电电源为50Hz、220（110%）V的交流电，对于电源线来的干扰，PLC自己具有足够的抵制能力。5.9 使用使用PLC应注意的问题应注意的问题 2安装与布线安装与布线 (1)动力线、控制线和PLC的电源线和I/O线应划分配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线。 (2) PLC应远离强干扰源如电焊机、功率硅整流装配和动力装备，不能与高压电器安装在统一个开关柜内。 (3) PLC的输入与输出最好分隔走线，接地电阻应小于屏障层电阻的1/10。 (4)交流输出线和直流输出线不要用同