《接触器控制系统》-第四章 认识PLC

章前在电力拖动自动控制系统中，各种生产器械均由电动机来拖动，不同的生产器械对电动机的控制要求也是不同的。在可编程控制器出现以前，继电器一接触器控制在工业控制领域占主导地位，这种控制方式能实现对电动机的启动、正反转、调速、制动等运行方式的控制，以满足生产工艺的要求，实现生产过程自动化。下面以小型三相异步电动机的启停控制为例，说明继电器一接触器装置和可编程控制器装置的控制特点。图4-1(a)所示为三相异步电动机启停控制的主电路。图4-1(b)和图4-1(c)分别是电动机全压启动和延时启动的继电器-接触器控制电路图。返回一、可编程控制器的结构和工作原理(一)PLC的发展历程1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称个人计算机(ProgrammableController,PC)。PC发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController(PLC)。20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30%~40%。下一页一、可编程控制器的结构和工作原理(二)可编程控制器的基本结构PLC从组成形式上一般分为整体式和模块式两种，但在逻辑结构上基本上相同。PLC的组成如图4-3所示。1.CPU(中央处理器)

与通用计算机中的CPU一样，PLC中CPU也是整个系统的核心部件，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成。此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。2.存储器存储器(内存)主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元PLC中的存储器一般包括系统程序存储器和用户程序存储器两部分。下一页上一页一、可编程控制器的结构和工作原理(二)可编程控制器的基本结构3.输入/输出模块输入模块和输出模块通常称为I/0模块或I/0单元。PLC提供了各种工作电平、连接形式和驱动能力的I/0模块，有各种功能的I/0模块供用户选用，如电平转换、电气隔离、串/并行变换、开关量输入/输出、模数(A/D)和数模(D/A)转换以及其他功能模块等。(1)输入接口电路其基本原理电路如图4-4所示。(2)输出接口电路其基本原理电路如图4-5所示。下一页上一页一、可编程控制器的结构和工作原理(二)可编程控制器的基本结构4.智能模块除了上述通用的I/O模块外，PLC还提供了各种各样的特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、高速计数器、位置控制、以太网、现场总线、远程I/O控制、温度控制、中断控制、声音输出、打印机等专用型或智能型的I/O模块，用以满足各种特殊功能的控制要求。5.编程设备常见的编程设备有简易手持编程器、智能图形编程器和基于PC的专用编程软件。6.电源

PLC中不同的电路单元需要不同的工作电源，如CPU和I/)电路要采用不同的工作电源。因此，电源在整个PLC系统中起着十分重要的作用。上一页返回二、可编程控制器的资源与编程语言1.可编程控制器的硬件资源PLC都提供了各种类型的继电器，一般都称为“软继电器”，以供系统软件设计中编程使用。常用的有输入继电器、输出继电器、内部继电器(分为通用和专用两种)、定时器、计数器、数据寄存器(分为通用和专用等类型)等。(1)输入继电器PLC的输入继电器是接收外部开关信号的窗口。PLC内部与输入端子连接的输入继电器是用光电藕合器隔离的电子继电器，编号与接线端子编号一致，如图4-6所示。(2)输出继电器下一页二、可编程控制器的资源与编程语言1.可编程控制器的硬件资源(3)内部继电器①通用内部继电器②特殊内部继电器(4)定时器(5)计数器(6)数据寄存器①通用数据寄存器②专用数据寄存器下一页上一页二、可编程控制器的资源与编程语言2.可编程控制器的编程语言PLC是一种专门为工业控制而设计的计算机，具体控制功能的实现也是通过开发人员设计的程序来完成的。PLC存在的主要缺点在于PLC的软件和硬件体系结构是封闭而不是开放的。(1)梯形图梯形图语言是PLC中应用程序设计的一种标准语言，也是在实际设计中最常用的一种语言。(2)指令表指令表是一种类似于计算机汇编语言的一种文本编程语言，即用特定的助记符来表示某种逻辑运算关系。下一页上一页二、可编程控制器的资源与编程语言2.可编程控制器的编程语言(3)顺序功能图顺序功能图也是一种图形化的编程语言，用来编写顺序控制的程序(如机械手控制程序)。(4)功能块图。功能块图使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑，一些复杂的功能用指令框表示，适合于有数字电路基础的编程人员使用。(5)结构化文本。结构化文本是为IEC61131-3标准创建的一种PLC专用的高级语言。下一页上一页二、可编程控制器的资源与编程语言2.可编程控制器的编程语言从学习和使用的角度来说，一般要从以下3个方面来考虑：(1)必须熟悉PLC的内部继电器资源。(2)必须熟悉PLC的指令系统。(3)必须熟悉PLC的输入和输出电路特性及外部输入/输出设备与PLC的输入/输出继电器的连接方法。下一页上一页二、可编程控制器的资源与编程语言3.可编程控制器的工作原理继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，如果一个继电器的线圈通电或断电，该继电器的所有触点(常开/常闭触点)不论在控制线路的哪个位置，都会立即同时动作。而PLC采用了一种不同于一般计算机的运行方式，即循环扫描。PLC在工作时逐条顺序地扫描用户程序。如果一个线圈接通或断开，该线圈的所有触点不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的这种差异，必须考虑到继电器控制装置中各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms。下一页上一页二、可编程控制器的资源与编程语言4.可编程控制器的工作过程当PLC投入运行后，在系统监控程序的控制下，其工作过程一般主要包括3个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新阶段。如图4-8所示。(1)输入采样过程(2)用户程序执行(3)输出刷新过程上一页返回三、FP系列PLC简介日本松下电工公司的FP系列PLC可以说是可编程控制器市场上的后起新秀，被称为“黑马”。主要有FP1,FP-M,FP-X和FPO。其产品特点可以归纳为以下几点：(1)丰富的指令系统(2)快速的CPU处理速度(3)大程序容量(4)功能强大的编程工具(5)强大的网络通信功能下一页三、FP系列PLC简介下面主要介绍FPO这种产品。1.FPO的产品及性能简介

FPO产品体积小巧但功能十分强大，它增加了许多大型机的功能和指令，如PID指令和PWM脉宽调制输出功能。

(1)FPO的外形结构及特点FPO机型小巧精致，其外形结构如图4-9所示。①品种规格表4-1列出了FPO的主要产品规格类型。②运行速度③程序容量④特殊功能⑤通信功能⑥其他性能下一页上一页三、FP系列PLC简介(2)FPO的技术性能(见表4-2)。2.FPO的每部寄存器及I/()配置在使用PLC之前最重要的是先了解PLC的内部寄存器及I/O配置情况。内部寄存器分为通用寄存器和特殊寄存器两种，表4-3为FPO的通用内部寄存器I/O配置情况，表4-4为PFO的特殊内部寄存器(继电器)一览表，表4-5是FPO的I/O地址分配情况表。下一页上一页三、FP系列PLC简介注意:(1)主控单元的I/O分配是固定的。

(2)扩展单元可增加至3个

(3)增加扩展单元时，FPO主控单元可自动进行I/O分配，故不需要设定FO编号。

(4)扩展单元的I/O分配是根据安装位置确定的。

(5)可与任何晶体管和继电器扩展单元组合。

3.FPO的指令系统

FPO具有丰富的指令系统，达190多条。为便于对比记忆，将各种机型使用的指令按大致分类列于表4-6中。上一页返回四、思考题与习题(1)PLC常用的存储器有哪几种?各有什么特点?用户存储器主要用来存储什么信息?(2)什么是扫描周期?其时间长短主要是受什么因素的影响?(3)什么是滞后现象?它主要是由什么原因引起的?(4)试简述PLC的工作原理(5)PLC中的继电器有哪些类型?各有什么作用?(6)阐述PLC各种编程语言的特点。返回图4-1三相异步电动机继电器-接触器控制电路返回图4-3PLC的组成返回图4-4开关量输入接口返回图4-5开关量输出接口返回图4-6输入继电器内部原理图返回图4-8可编程控制器的工作过程返回图4-9FPO主机外形结构图返回表4-1FPO产品规格下一页表4-1FPO产品规格下一页上一页表4-1FPO产品规格返回上一页表4-2FPO的技术性能下一页表4-2FPO的技术性能下一页上一页表4-2FPO的技术性能下一页上一页表4-2FPO的技术性能返回上一页表4-3FPO的通用内部寄存器I/O配置情况下一页表4-3FPO的通用内部寄存器I/O配置情况上一页返回表4-3FPO的通用内部寄存器I/O配置情况上一页返回表4-4FPO的