可编程序控制器概述1

1、可编程序控制器概述,可编程序控制器基础,1.1 什么是可编程序控制器？,它是一种在继电器控制和计算机控制基础上开发出来的工业自动控制装置。,广泛应用在各种机械和生产过程的自动控制中为工业自动化提供了有力的工具。,可编程逻辑控制器（即Programmable Logic Controller ，简称 PLC ）用软件来取代传统的继电接触器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等低压电器，使整个设计、安装、接线等工作量大大减少，有效缩短施工周期。PLC通过检查输入点的状态，执行用户输入的程序（通常通过软件编辑），PLC给出相应的执行结果，从而控制输出点的输出状态（闭合与断开）。,PLC技术

2、之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点。它较好地解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。, 可靠性高、抗干扰能力强, 编程简单、使用方便, 功能完善、通用性强, 设计安装简单、维护方便, 体积小、重量轻、能耗低,1.2 PLC的特点,可靠性高、抗干扰能力强,可靠性高、抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。PLC的平均无故障时间可达几十万个小时 。 硬件方面：I/O接口采用采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间

3、电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。 软件方面：采用扫描工作方式，减少了外界的干扰；设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。, 编程简单、使用方便,目前，各种PLC都采用梯形图语言为第一编程语言，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。 同时，PLC编程器的操作和使用也很简单。这也是

4、PLC获得普及和推广的主要原因之一。 许多PLC还针对具体问题，设计了各种专用编程指令及编程方法，进一步简化了编程。, 功能完善、通用性强,现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网以等许多功能。 同时，由于PLC产品的系列化、模块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成满足各种要求的控制系统。, 设计安装简单、维护方便,由于PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。 PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。 在维修方面，由于PLC的

5、故障率极低，维修工作量很小；而且PLC具很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。,体积小、重量轻、能耗低,PLC结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的理想控制设备,1.3 PLC的应用领域,1、开关量的逻辑控制,2、模拟量控制,3、机械运动控制,4、通信、联网及集散控制,5、数据处理,1.4 PLC发展趋势,1、方便灵活和小型化,2、高功能和大型化,所谓小型化发展指：向体积小、价格低、速度快、功能强、标准化和系列化发展。,所谓大型化发展指：向大容量、高可靠性、高速度、高功能、网络化发展。,PLC的一般结构和基本工作原理,

6、2.1 PLC的基本结构,输,入,输,出,数,据,存,储,输,入,接,口,中,央,处,理,单,元,存,储,器,输,出,接,口,数据总线,电源单元,编,程,单,元,地址总线,控制总线,地址总线,控制总线,开关或传感器,继电器触点,行程开关,模拟量输入,照明,电磁装置,电动机,其他执行装,置或接触器,1、中央处理单元（CPU）： 一般由控制电路、运算器、寄存器组成。,CPU通过地址总线、数据总线和控制总线与存储单元、输入输出接口电路进行连接。,CPU的主要功能： 1、从存储器中读取指令。 2、执行指令。如：读取输入信号、取出操作数、进行逻辑运算或算术运算，将结果输出给有关部分。 3、准备取下一条指

7、令。 4、处理中断。,2、存储器： 是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其他信息。,系统程序：用来控制和完成PLC各种功能的程序，是PLC厂家固化在只读存储器ROM中的程序。,用户程序：指使用者根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的控制程序，可通过编程器或计算机修改和增删。,用户程序存储器：用来存放由编程器或计算机输入的用户程序。,存储器类型： 1、只读存储器ROM。 内容由厂家直接写入的系统程序，并固化在其中。（系统失电后，内容不会丢失） 2、随机存储器RAM。（可读可写存储器） 读出时，RAM内容不会被破坏，写入时，新内容覆盖原来的信息。,3、电源部件 为PL

8、C提供工作电压的供电部分。多采用开关式稳压电源供电,4、输入、输出部分（I/O接口电路） PLC与被控设备相连接的接口电路。 输入接口电路：由光电耦合电路和微电脑输入接口电路组 成。 输出接口电路：继电器输出型 晶闸管输出型 晶体管输出型,PLC的基本逻辑结构,中 央 处 理 器,C P U,输 入 接 口,光 耦 合,输入接线端子 输出接线端子,EPROM,盒式存储器,外,存,接,口,其,它,接,口,键,盘,与,显,示,输 出 接 口,继 电 器 或,晶 体 管,ROM,RAM,A/D D/A,计算机,其他设备,内存储器,2.2 PLC工作原理,PLC的工作就是对一段程序连续扫描。我们可以把

9、这种扫描过程分为三个重要阶段，即： 输入采样阶段 程序执行阶段 输出刷新阶段,PLC执行程序的过程,步骤1检查输入状态：首先，PLC顺次检查每个输入点状态（闭合还是断开）。将这些状态数据存入内存，以便在执行下一步程序时使用。,PLC执行程序的过程,步骤2执行程序：然后，PLC执行程序，每次执行一步。 例如：如果输入点X0闭合，那么输出点M0闭合。因为PLC在上一步程序执行中已知道输入点的开关状态，所以能够根据输入点X0的状态，决定输出点是否应该闭合。PLC将执行结果存入内存，为下一步程序执行做准备。,PLC执行程序的过程,步骤3刷新输出结果：最后，PLC刷新输出点的状态。刷新的根据是第一步中读

10、取的输入点状态和第二步中程序执行的结果。,PLC执行程序的过程,执行完毕，PLC返回到步骤1，重复执行以上步骤。一次扫描时间（one scan time）就是PLC执行以上三个步骤所需的总的时间。,PLC工作方式, 当PLC运行时，需要进行众多的操作 而 PLC的CPU不可能同时去执行多个操作， 每一刻只能执行一个操作 。, 解决的办法：采用分时操作原理 由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看， PLC外部出现的结果几乎是同时完成的。 这种分时操作的方法称为扫描工作方式,从0000首地址存放的第一条用户程序开始，到用户程序的最后一个地址，不停地周期性扫描，每扫描一次，用户程序就执行一次

11、。,PLC一个扫描工作周期,与编程器,计算机等通信,PLC完成这五个阶段工作过程称一个扫描周期。 T=（读入一点时间输入点数）+（运算速度程序步数）+（读出一点时间输出点数） 扫描时间的长短取决于程序的长短,PLC扫描工作方式的特点,集中采样： 在一个扫描周期中，对输入状态的采样只在输入处理阶段进行。当PLC进入程序处理阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样。,集中输出： 在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存

12、器中。,PLC扫描工作方式的特点(集中采样、集中输出的优点), 提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性 PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。,PLC扫描工作方式的特点(集中采样、集中输出的缺点), 降低了系统的响应速度,PLC输入输出响应滞后：当PLC输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间。对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。, 对于小型PLC: I/O点数较少、用户程序较短 一般采用集中采样、集中输出的工作方式, 而对于大中型PLC: I/O点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，

13、采用定期采样、定期输出方式或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式,PLC扫描工作方式的特点,3 PLC的编程语言,几种常见的PLC编程语言 1.梯形图语言 2.助记符语言 3.逻辑图语言,松下电工FP型PLC的编程方法,商用个人计算机,NPST-GR,软件,(IBM PC-AT或100兼容机),RS232C,接口,控制单元,外设电缆,适配器,电缆,背面外观,RS232C,RS232C/RS422,FP1,FP1,松下电工FP型PLC的编程方法,控制单元,外设电缆,FP1,FP1,FP,编程器,1.梯形图语言 梯形图语言是在传统电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础

14、上演变而来的。它与电器控制线路图相似，继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，具有形象、直观、实用的特点。因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的PLC的编程语言，是PLC的第一编程语言。,例如：,2. 助记符语言 这种编程语言是一种与汇编语言类似的助记符编程表达方式。在PLC应用中，经常采用简易编程器，而这种编程器中没有CRT屏幕显示，或没有较大的液晶屏幕显示。因此，就用一系列PLC操作命令组成的语句表将梯形图描述出来，再通过简易编程器输入到PLC中。虽然各个PLC生产厂家的语句表形式不尽相同，但基本功能相差无几。,例如：,ST X 1；逻辑行开

15、始 OR Y 0；并联，或 AN/ X 2；串联，与 OT Y 0；输出 ST X 3；逻辑行开始 OT Y 1；输出,3.逻辑图语言 逻辑图是一种类似于数字逻辑电路结构的编程语言，由与门、或门、非门、定时器、计数器、触发器等逻辑符号组成。有数字电路基础的电气技术人员较容易掌握,例如：,X1,Y0,X2,Y0,4 PLC的性能指标,1、存储容量 存储容量是指用户程序存储器的容量。用户程序存储器的容量大，可以编制出复杂的程序。一般来说，小型PLC的用户存储器容量为几千字，而大型机的用户存储器容量为几万字。 2、I/O点数 输入/输出（I/O）点数是PLC可以接受的输入信号和输出信号的总和，是衡量

16、PLC性能的重要指标。I/O点数越多，外部可接的输入设备和输出设备就越多，控制规模就越大。,3、扫描速度 扫描速度是指PLC执行用户程序的速度，是衡量PLC性能的重要指标。一般以扫描1K字用户程序所需的时间来衡量扫描速度，通常以ms/K字为单位。PLC用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种PLC执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。 4、指令的功能与数量 指令功能的强弱、数量的多少也是衡量PLC性能的重要指标。编程指令的功能越强、数量越多，PLC的处理能力和控制能力也越强，用户编程也越简单和方便，越容易完成复杂的控制任务。,5、内部元件的种类与数量 在编制PLC程序

17、时，需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。这些元件的种类与数量越多，表示PLC的存储和处理各种信息的能力越强。 6、特殊功能单元 特殊功能单元种类的多少与功能的强弱是衡量PLC产品的一个重要指标。近年来各PLC厂商非常重视特殊功能单元的开发，特殊功能单元种类日益增多，功能越来越强，使PLC的控制功能日益扩大 。,7、可扩展能力 PLC的可扩展能力包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。在选择PLC时，经常需要考虑PLC的可扩展能力。,5 PLC的分类,1、按I/O点数划分； 2、按结构形式划分 3、按功能

18、划分 ；,1、PLC的分类（按I/O点数分类）,根据PLC的I/O点数，PLC分为小型、中型和大型三类。,1）小型PLC I/O点数为256点以下的为小型PLC （其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC）,2）中型PLC I/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC,3）大型PLC I/O点数为2048以上的为大型PLC （其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）,这个分类界限不是固定不变的，它随PLC的发展而变化。,2、PLC的分类（按结构形式分类）,根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式、模块式叠装式三类。,1）整体式 PLC 将电源、CPU、I/O接口等部件都

19、集中装在一个机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。 整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。 小型PLC一般采用这种整体式结构。,整体式PLC,2）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。 模块

20、式由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同模块组成一个系统，而且装配方便，便于扩展和维修。 大、中型PLC一般采用模块式结构。,模块式PLC,3）叠装式 PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。 叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。,3、 PLC的分类（按功能分类）,1）低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较

21、、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机系统,2）中档PLC 具有低档PLC功能外，具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能,3）高档PLC 具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。,PLC控制系统设计步骤,硬件设计,软件设计,确定控制要求,输入/输出口分配（I/O分配）,PLC外部接线设计,编程,现场调试并修改,保存程序,确定控制要求,设计PLC控制系统之前，必须要了解该PLC系统需要完成什么样的任务。系统的控制要求有时候很清楚，比如设计个三相交流异步电动机的星-三角启动控制线路；有时候系统的控制要求不是很清楚，比如需要改造一台旧设备时，可能要加入新的功能，那么这时候就需要重新确定系统的控制要求，知道整个系统有哪些输入信号，有