3.1 可编程逻辑控制基础20230829

可编程逻辑控制基础中国石油大学（华东）目录CONTENTS一定义和特点发展历程性能指标和分类结构组成和工作原理二五四三系统对比231.定义和特点什么是可编程逻辑控制器？

-可编程控制器是以微处理器为核心的工业自动控制装置(计算机)。-中文名称为可编程逻辑控制器；

-英文名称为ProgrammableLogicController，简称PLC。-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，控制各种类型的机械或生产过程。-组成模块应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。41.定义和特点什么是可编程逻辑控制器？-早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的。主要用于顺序控制，只能实现逻辑运算。-随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。51.定义和特点特点

-可靠性高，抗干扰能力强；采取了滤波、屏蔽、隔离等抗干扰措施，适应于各种恶劣的工业环境。

-编程简单，容易掌握；主要采用梯形图方式编写程序，与继电器控制逻辑的设计相似。

-功能完善，灵活方便；不仅有开关量逻辑控制功能和步进、计数功能，还具有模拟量处理、温度、位置、通信等功能。

-体积小，质量小，能耗低；

采用大规模集成电路芯片构成。62.发展历程需求背景

1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。72.发展历程继电器逻辑电路配线复杂82.发展历程01编程方便，可现场修改程序。02维修方便，采用模块化结构。03可靠性高于继电器控制装置。08输出可为市电。09通用性强，易于扩展。10用户程序存储器容量可扩展到4K。04体积小于继电器控制装置。05数据可直接送入管理计算机。06成本可与继电器控制装置竞争。07可直接输入市电。1968年，美国通用汽车公司(GM)提出十项指标。92.发展历程

开发热潮：

-1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程序控制器，并应用于通用汽车公司的生产线上，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能；102.发展历程

开发热潮：

-1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程序控制器，并应用于通用汽车公司的生产线上，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能；

-紧接着，美国MODICON公司也开发出同名的控制器；-1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制成了日本第一台可编程控制器。-1973年，西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。112.发展历程

开发热潮：

-早期PLC是继电器控制装置的替代物，已变成了实际意义上的一种工业控制计算机

-随着计算机技术的发展，可编程逻辑控制的功能不断扩展和完善，其功能远远超出了逻辑控制的范围，具有了PID、A/D、D/A、算术运算、数字量智能控制、监控、通信联网等多方面的功能。122.发展历程

发展方向：

-高性能、高速度、大容量为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。存储容量方面，可扩展。

132.发展历程

发展方向：-智能模块，加强联网与通信能力为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。PLC的联网与通信有两类：①PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；②PLC与计算机之间的联网通信。为了加强联网与和通信能力，PLC可设法通过某种通用的通信标准，构成更大的网络系统。142.发展历程

发展方向：-增强外部故障的检测与处理能力据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理。而其余80%的故障属于PLC的外部故障。PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。152.发展历程

发展方向：-编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图、语句表语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。163.性能指标和分类主要技术指标

-输入/输出点数（I/O点数）-功能扩展能力

-内存容量-扫描速度：单位：ms/1000步或

s/步-指令种类和条数-内部寄存器数目-此外，不同PLC还有其他一些指标，如编程语言及编程手段、输入/输出方式、特殊功能模块种类、自诊断、监控、主要硬件型号、工作环境及电源等级等。173.性能指标和分类分类输入输出点(I/O)总数按性能高低分类：中型机的控制点一般不大于2048点大型机的控制点一般多于2048点低档机、中档机和高档机按结构形式分类整体式结构：整体式结构的特点是将PLC的基本部件紧凑的安装在一个标准的机壳内模块式结构：模块式结构是把PLC系统的各个组成部分按功能分成若干个模块，插在框架上或基板上通过内部总线相连。小型机的控制点一般在256点之内183.性能指标和分类按结构形式分类-整体式PLC：将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。193.性能指标和分类按结构形式分类-模块式PLC：将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。204.结构组成和工作原理结构示意图中央处理单元存储器数据存储器输出接口地址总线控制总线数据总线编程单元指示灯电磁装置执行机构……电源地址总线控制总线输入接口模拟量输入行程开关继电器接点各种开关214.1各组成部分作用中央处理单元CPU：主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。

-将各种输入信号取入存储器；-编译、执行指令；-输出控制结果到输出端；-响应各种外部设备的请求。224.1各组成部分作用中央处理单元CPU

-将各种输入信号取入存储器；-编译、执行指令；-输出控制结果到输出端；-响应各种外部设备的请求。存储器

-存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序。-存放监控程序和用户已调试好的程序。234.1各组成部分作用电源模块将交流或直流电源转换成供CPU、存储器以及所有扩展模块使用的直流电源。电源模块PLC一般采用高质量的开关电源，工作稳定性好，抗干扰能力比较强。电源模块的选择和使用应先计算所需电流的总和，核实电源的负载能力，选择电源模块时，还需留有适当的裕量。244.1各组成部分作用输入、输出接口

-采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。-输入接口：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。-输出接口：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；输出电路也使计算机与外部强电隔离。254.1各组成部分作用输入、输出接口

-输出形式：继电器

--低速大功率可控硅

--高速大功率晶体管

--高速小功率264.1各组成部分作用输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。COM光电三极管发光二极管直流输入光-电器件输入端子内部电路3.3k

+24V1000PF470–274.1各组成部分作用输出接口电路：均采用模块式。COMYn继电器输出AC250V/DC24V(max)以继电器形式为例：内部电路内部电路JOUTL

284.1各组成部分作用继电器输出模块的负载电源可以是交流也可以是直流，是有触点开关，带负载能力比较强，一般在2A左右，但寿命比无触点开关要短一些，开关动作频率也相应低一些。继电器输出模块直流输出模块直流输出模块的输出方式一般为集电极输出，外加直流负载电源。其带负载的能力一般每一个输出点为零点几安培左右。因晶体管输出模块为无触点输出模块，所以使用寿命比较长、响应速度快、可关断次数多。交流输出模块交流输出模块需要外加交流电源，带负载能力一般为1A左右，不同型号的外加电压和带负载的能力有所不同。双向晶闸管为无触点开关，使用寿命较长，反应速度快，可靠性高。294.1各组成部分作用

通信接口模块是计算机和PLC之间、PLC和PLC之间的通信接口。304.1各组成部分作用各种接口、高功能模块：便于扩展

-

小型：一体机，有接口可扩展。

-中、大型：模块式。可根据需要在主板上随意组合。PCFP1-C16小型机314.1各组成部分作用各种接口、高功能模块：便于扩展CPUPOWER中、大型机324.2编程设备编程设备

-专用手持式编程器-计算机，安装编程软件PCFPPROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREAD

OTL

WLORR

WRANY

WYSTX

WXSRC

(-)OP(BIN)K/HSCCTC

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SVACLRENTBAFEDC

98

3

2

1

0

7

6

5

4(DELT)CLR手持式的编程器334.3工作方式工作方式

-计算机：等待命令-PLC：循环扫描CPU从第一条指令开始执行，遇到结束符又返回第一条，不断循环。一个扫描周期O刷新I刷新执行指令I/O刷新344.4优点优点可靠性高、抗干扰能力强PLC的特点功能强、应用面广使用方便、适应性强编程方便易学系统设计、安装、调试工作量少维修方便体积小、重量轻、能耗低355.与继电-接触器控制系统比较控制方法由继电器等低压电器组成具有一定逻辑的控制电路，采用硬件接线实现，连线多而复杂，体积较大，一旦控制系统想改变或增加功能都很困难。PLC控制系统采用了计算机技术，系统由软件和硬件组成，通过编程来实现要求的功能，要改变控制功能，只需改变程序即可。继电-接触器控制系统PLC控制系统365.与继电-接触器控制系统比较工作方式当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。继电-接触器控制系统PLC控制系统375.与继电-接触器控制系统比较定时控制利用时间继电器的滞后动作实现定时控制，精度不高，易受环境温度和湿度的影响，调整时间困难。有些特殊的时间继电器结构复杂，不便于维护。PLC控制系统的定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需要在程