01 可编程序控制器概论

1、可编程逻辑控制器，扬声器：张博。本章内容包括：西门子SIMATIC控制器介绍，PLC的发展、分类、应用结构和工作原理。返回本章第一页，第一章可编程逻辑控制器的基本知识，第一章可编程逻辑控制器的基本知识，1.1、可编程逻辑控制器的发展和特点，1.2、西门子SIMATIC控制器的介绍，3、1.3、1.1代可编程逻辑控制器的发展和特点，1.1.1代可编程逻辑控制器，1.1.2代可编程逻辑控制器的特点，1.1.3分类，1.1.4性能指标，1.1.5应用和发展趋势，返回本章第一页，1.1.1代和现状可编程存储器用于存储执行逻辑运算、顺序控制、计时、计数和算术运算的指令，各种类型的机械或生产过程通过数字和

2、模拟输入和输出进行控制。可编程控制器及其相关设备的设计应遵循工业控制系统易于集成、功能易于扩展的原则。继电器-接触器控制系统(接线逻辑):由电线、继电器、接触器、开关、触点等设备按照一定的逻辑关系连接而成。优点：线路图直观形象，价格低廉，操作简便缺点：设备体积大，开关动作慢，组合复杂，功能少，维护不方便，可靠性差，系统接线固定，没有通用性和灵活性。适用于低要求的特殊逻辑控制场合。半导体元件逻辑控制装置：由半导体二极管、三极管和中小型集成电路组成的非接触逻辑顺序控制器。优点：体积小，无触点，可靠性高，反应速度快，使用寿命长。缺点：控制规模小，编织程序不灵活，对使用环境要求高。第一台可编程控制器产

3、生于1969年，由美国数字设备公司开发，并应用于美国通用汽车公司的生产线。它的发展经历了五代：回到这一节。1.强大的功能：基本功能、扩展功能和其他辅助功能。2.抗干扰能力强，可靠性高：软硬件技术。3.控制系统的灵活组合：本机模块和功能扩展模块。4.现场信号接线很简单。编程很简单。维护方便。回到本节，1.1.2特征，1.1.3可编程控制器的分类，1。结构上：可分为整体式和模块化。集成式：中央处理器、内存、输入输出接口等基本部件安装在电路板上，与电源集成。模块化：中央处理器(包括内存)单元、电源单元、输入输出单元等。被制成独立的模块，即中央处理器模块、电源模块、输入/输出模块等。组装成一个框架。返

4、回本节，2。根据输入输出点分类：分为小、中、大。小型可编程逻辑控制器：输入/输出点低于256点(包括256点)，如S7-200。中型可编程逻辑控制器：输入/输出点高于256点，低于2048点，如S7-300。大型可编程逻辑控制器：输入输出点超过2048点(含2048点)，如S7-400。根据功能，可分为低、中、高档。低速档：实现基本逻辑控制。例如S7-200。中端：具有低级可编程控制器的基本功能，更多的数字输入输出点和强大的模拟输入输出接口，具有中断控制、数据传输和比较、数字转换、远程输入输出和网络通信。上品：具有中高档可编程逻辑控制器功能、符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算以及特

5、殊功能操作和表格传输。它具有较强的扩展能力和网络通信功能。1.1.4可编程控制器性能指标、编程语言和指令数量：常用的编程语言包括梯形图、语句表、控制流程图和功能图等。编程语言种类越多，语言中指令的种类就越多，功能就越强，编程就越方便。用户程序存储容量：以字节计算，每条指令占用1或2个字节的存储容量。输入/输出接口总数：分为开关包括辅助继电器、定时器、计数器、移位寄存器和特殊功能继电器。扫描速度：以毫秒/千字节表示。代表它控制瞬时信号的能力。其他指标：系统开发能力、输入输出模式、特殊功能模块、自诊断功能、网络通信和远程输入输出能力、监控功能。1.1.5可编程控制器1的应用和发展。应用行业：开关量

6、控制、模拟控制、监控、工业网络建设，其他行业：轻工食品、冶金、机械加工、汽车制造、石油化工、烟草加工、能源、交通运输等。2.过程控制领域发展趋势、网络功能、现场总线标准接口、串行通信接口和网络通信功能、智能输入输出模块的发展、编程语言和智能诊断能力。返回本节，1.2可编程控制器的基本结构和工作原理，1.2.1基本概念，1.2.2工作原理，1.2.3基本结构，返回本章第一页。1.2.1可编程控制器程序控制、继电器-接触器控制系统的基本概念(如图A所示):控制控制系统的程序是通过用导线连接分立元件来实现的，控制程序的修改必须通过改变导线来实现。存储器程序控制系统(如图b所示):由控制系统完成的控制

7、任务由存储器中的程序实现。例如可编程逻辑控制器。回到本节，继电器-触点控制系统，可编程控制器控制系统，遵循控制和可编程控制器控制方案的比较示例，例如：两个开关X1，X2，要求其中任何一个可以立即打开红灯，并在两秒钟后自动关闭红灯和打开绿灯。1.继电器-接触器控制模式，2。1.2.2可编程控制器的控制方式和工作原理。PLC控制系统由输入、控制和输出组成。对应的“设备”是内部“软继电器”，对应的“导体”是“程序”。可编程逻辑控制器是一个“软件程序”控制系统，通过“程序”控制内部“软继电器”。回到本节，PLC软件和继电器硬件组件：微处理器、存储器、接口芯片、各种模块。它可以看作是由许多软继电器组成的

8、控制器。PLC内部等效软继电器分为：输入继电器、中间继电器和输出继电器。中间继电器包括：辅助继电器、特殊功能继电器、移位寄存器、定时器、计数器等。2、可编程逻辑控制器工作过程信号输入(输入采样)程序执行结果输出(输出刷新)，输入采样：根据扫描模式读入所有输入端的输入信号状态并存储在输入缓冲区。程序执行：对于以梯形图方式编写的程序，从上到下、从左到右逐一扫描每条指令，然后从输入图像区域中取出在该周期扫描期间读取的输入数据，或者从输出图像区域中读取上一周期扫描期间输出的相关数据，然后执行逻辑运算或程序确定的其他运算，最后根据程序指令将运算结果存储到与确定的输出图像区域相对应的单元中。输出刷新：将输

9、出图像区域的内容发送到输出锁存器，驱动输出继电器线圈，将输出端的信号变为被控设备可接受的电压或电流信号，驱动被控设备。3。扫描周期和响应延迟扫描周期：三个批处理阶段的工作过程：信号输入、程序执行和结果输出。大小主要取决于程序的长度和中央处理器的工作速度。可编程逻辑控制器输出对输入的响应存在滞后现象，滞后时间与扫描周期有关。减少延迟的措施：快速响应模块、高速计数模块、中断处理等。1.2.3、可编程控制器的基本结构，可编程控制器由输入元件、中央控制单元、存储单元、输出元件、电源元件等组成。该图为典型的可编程控制器结构图。输入元件：输入接口电路和输入寄存器。输入模块包括数字输入模块和模拟输入模块。(

10、1)数字量输入模块：其输入信号为开关量信号，分为DC开关量输入模块和交流量输入模块。DC输入模块、交流输入模块：由输入滤波电路、限流电路、整流滤波电路和光电隔离电路组成。(3)模拟输入模块的处理方式：传感器检测并将其转换成连续变化的电信号，然后模拟输入模块的模数转换器将其转换成数字量并发送到总线接口。模拟输入模块以模数转换器为主要器件，并配有相关的扩展芯片。一般来说，有4个通道、8个通道和16个通道。中央控制单元通常由微处理器、系统程序存储器只读存储器或可编程只读存储器、用户程序存储器随机存取存储器或可编程只读存储器以及编程接口组成。微处理器模块是可编程控制器的核心模块。主要功能：1)从存储器

11、中读取指令2)执行指令3)按顺序提取指令4)处理中断1)中央处理器的外围电路及其外围电路具有时钟振荡电路和复位电路。(2)只读存储器和可编程只读存储器系统存储器：存储可编程逻辑控制器内部信息。用户存储器：存储用户的应用程序。(3)总线和解码电路总线分为数据库、数据库和数据库。解码电路由地址解码器、地址锁存器和相关器件组成。3、内存模块内存扩展模块一般包括系统程序内存、用户程序内存和数据内存。输出接口模块的输出部分包括：输出寄存器、输出锁存器、功率放大器等。被分成数字输出部分和模拟输出部分。数字输出组件包括：晶体管输出模式(DC负载)晶闸管输出模式(交流负载)继电器输出模式(交流和DC)模拟输出

12、组件包括：电流输出模块电压输出模块、晶闸管输出模式(交流负载)、输出变送器、Vcc、R1、发光二极管、Y0、R2、C2、电源、组件、Q0.0、Q0.7、负载、继电器输出模块电路、Q0.7、可编程逻辑控制器、24V、模拟输出组件：由控制电路、数模转换器、电压/电流转换器、输出保持和电源组成电源单元将交流电源转换为中央处理器、输入/输出模块和内存模块所需的DC电源。6.程序员编辑、调试和监控可编程逻辑控制器程序，并在可编程只读存储器中固化程序。它分为简单型和一般型。简单的程序员可以在线编程，而一般的程序员可以在线或离线编程。PC机还可作为编程器，通过RS232通讯端口与PLC相连，在PC机上编辑、

13、调试和监控梯形图。手持编程器、个人电脑编程、梯形图、语句表、LD I0.0 O I0.0 AN T101=Q0.0 TON T101、#20 LD T101=Q0.1、功能框图、顺序流程图、状态图、连续功能图与计算机相同：(1)基本结构相同；(2)程序执行原理相同；两者的差异主要体现在工作模式上。PLC与继电器触点控制系统的比较继电器触点控制都是通过硬设备、硬触点和“硬”线连接的，都是硬件控制。可编程逻辑控制器主要与“软”电器、“软”触点和“软”电线连接，这些都是软控制。继电器触点控制系统体积庞大；PLC系统结构紧凑，体积小。继电器触点控制全是机械触点，速度很慢。可编程逻辑控制器内部充满“软触

14、点”，速度很快。继电器触点控制功能改变，需要断开，接线甚至更换元件，比较麻烦；PLC控制功能的改变，一般只需要修改程序，而且很方便。PLC控制系统的设计、施工和调试都比继电器触点控制系统短。PLC控制的自检和监控功能比继电器触点控制更强。可编程控制器比继电器触点控制应用更广泛。可编程控制器的可靠性高于继电器触点控制。1.3西门子SIMATIC控制器简介，1.3.1西门子SIMATIC系统1.3.2西门子SIMATIC控制器，返回本章第一页，1.3.1西门子SIMATIC系统，西门子SIMATIC系统由SIMATIC硬件和SIMATIC软件组成。结构硬件图如下。SIMATCI软件包括标准工具、工程工具、运行时软件和人机界面。1.3.2西门子SIMATIC控制器，西门子SIMATIC控制器包括SIMATIC S7、SIMATIC M7、SIMATIC C7三个系列和WinAC。SIMATIC S