第一章_PLC基础理论.ppt

1、第一章可编程控制器的基础理论，一、可编程控制器的发生和定义，二、可编程控制器的特点和应用，三、可编程控制器的分类和发展，本章第一节可编程控制器的发生和定义，继电器逻辑电路的接线复杂，一、可编程控制器的发生，背景： 1968生产工艺不断变化希望能够尽量减少继电器控制系统和配线的重新设定和更换，降低成本，缩短周期的新型工业控制器。 1968年，GM公司提出了10项设置修订标准：编程简单，现场可修改程序的维护简单， 采用插入式结构比继电器控制盘可靠性高，比继电器控制盘体积小的成本可以与继电器控制盘竞争。数据可以直接传送到计算机。可以直接使用115V交流输入电压。输出采用115V交流电压，可以直接驱动

2、电磁阀、交流接触器等。通用性高1969年美国数字机器公司(DEC )开发了世界上第一个可编程控制器。 应用于工业现场。 什么是PLC？ 二、可编程控制器的定义是在电气控制技术和计算机技术的基础上开发的，发展成以微处理器为核心、集自动化技术、计算机技术、通信技术于一体的新型产业控制装置的产业控制装置。 通用公称方中文名是可编程控制器。英文名是Programmable Logic Controller，简称为PLC。 为了便于与个人计算机PC(Personal Computer )的区别，人们习惯将可编程控制器称为PLC。 以下章节使用PLC。 1987年，国际电工委员会(IEC )表示：“可编程

3、控制器是数字计算操作的电子系统，是为了在工业环境中的应用而修订的。 采用可编程存储器，其内存执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、算术运算等操作的指令，通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种机械和生产过程。 可编程控制器及其相关的外围设备，请进行设定、修正，使其易于与产业系统一体化，易于扩展其功能”。 与一般的微机控制系统不同，传统的控制装置定义强调可编程控制器应直接应用于工业环境，它必须具有较强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。 定义表明可编程控制器的内部结构和功能与计算机相似。 是工业环境中的应用特别设定的工业用计算机。 第二节可编程控制器的特点和应用，无接点无接线，可靠性高，抗干扰性

4、高，易于使用，控制程序可变，具有优良的灵活编程方法，简单采用模块结构，系统组合灵活，系统设置修正周期短，操作简便性能价格高的二、PLC的应用领域，目前PLC在国内外广泛应用于冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行业，随着PLC性能价格比的提高，其应用领域不断扩大。 可从PLC应用类型大致分为开关量逻辑控制运动控制过程控制(PID闭环控制)数据处理通信网络、可编程控制器的应用领域、小型PLC I/O点数256点以下、用户程序存储器容量2K步以下。 其中I/O点数不足64点的PLC也称为超小型或微型PLC。 型号为日本松下电工FP1型、三菱FX系列、日本欧姆龙C4

5、0P等。 中型PLC I/O点数在2562048点之间，用户程序存储器容量在2K8K步之间。 型号有三菱的A1系列、日立的H-200、美国A-B的PLC2/80等。大型PLC I/O点数在2048点以上，用户程序存储器容量在8K步以上。 型号为美国A-B公司的PLC-3，I/O点数为8192个。 独西门子公司S5-155U，I/O点数为10000个，拥有多个处理器。I/O点数量和存储器容量量、第3节可编程控制器的分类和发展、一方面、可编程控制器的分类、模块式PLC将PLC的各构成部分分别作为多个个别模块，例如CPU模块、I/O模块、电源模块(也包含在CPU模块中)、PLC 一体型PLC将电源、

6、CPU、I/O接口等部件集中收纳在一个壳体中，具有紧凑、小型、低价格等特点。不同结构形式、一体型PLC、堆叠型PLC、模块型PLC、不同功能低级PLC具有逻辑运算、定时、修正数、移位以及自诊断、监控器等基本功能，也具有少量的模拟输入输出、算术运算、数据传输和比较、通信等功能。 中速PLC在低速段PLC功能的基础上，还追加了模拟输入输出、算术运算、数据传输和比较、数字转换、远程I/O、子程序、通信网络等功能。 还增设了中断、PID控制等功能。 高级PLC除了中档功能外，还追加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其他特殊功能函数运算、表格修正运算及表格传输等。 高级PLC机具有更强

7、的通信网络功能。 1969年美国数字机器公司(DEC )开发了世界上第一个可编程控制器。 应用于工业现场。 在20世纪70年代初期、中期，可编程控制器能够完成顺序控制，具有逻辑运算、定时、计数等控制功能。 此外，可编程控制器被称为PLC (可编程逻辑控制器)。 从20世纪70年代到80年代初，可编程控制器的处理速度大幅提高，不仅可以控制逻辑，还可以控制模拟量。 美国电器制造协会(NEMA )将可编程控制器命名为PC(Programmable Controller )。 20世纪80年代以来，以16位和32位微处理器为中心的可编程控制器迅速发展。 此时的PLC具有高速修正数、中断技术、PID调整

8、、数据通信等功能。 二、可编程控制器的发展、1 .发展概况、近年来PLC迅速发展的PLC集三电(电控、电器、电传)于一体，集性价比高、可靠性高的特点，已成为自动化工程的核心设备。 PLC是具备电脑功能的通用产业控制装置，其使用量最高。 PLC已成为现代工业自动化的三大技术支柱(PLC、机器人、CAD/CAM )之一。 最初的PLC出现后，日本、德国、法国等也相继开始开发PLC，迅速发展。 各国的PLC都有自己的特色。 欧洲：西门子(Siemens )法国的TE(Telemecanique )美国： A-B(Allen-Bradley )、GE(General Electric )日本：三菱电机

9、(Mitsubishi Electric )廉价)目前国内市场上有韩国向小型化和大型化两个方向发展小型PLC从整体构造向小型模块构造发展，使配置更灵活，根据市场需求开发各种简易经济的超小型PLC，最小配置的I/O点数为816点，单体及大型化是指中型到大型的PLC为大容量、智能化、网络化组成计算机和集成控制系统，使大、复杂的系统能够全面自动控制。 现有的I/O点数为14336点的超大型PLC使用32位微处理器、多CPU并行动作和大容量内存，功能强大。 2.PLC技术的发展动向、高性能、高速、大容量的发展为了提高PLC的处理能力，对PLC要求更好的响应速度和更大的内存容量。 现在，有些PLC的扫描

10、速度为0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度成为重要的性能指标。 关于存储容量，最多有十兆字节的PLC。 一些公司使用磁性泡沫内存和硬盘来扩展存储容量。 编程语言的多样化标准化在接近PLC系统结构发展的同时，PLC的编程语言也变得丰富，功能也提高了。 除了多数PLC使用的梯形图文表语言外，为了满足各种控制要求，出现了面向顺序控制的步骤编程语言、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。 多种编程语言共存、互补、发展是PLC进步的趋势。 IEC1131-3标准规定了5种标准语言梯形图(Ladder diagram )和功能框图(Function block di

11、agram )作为图形语言。 指令表和结构文本都是字符语言的形式。 顺序功能图(Sequential function chart )是一种开发智能模块、增强网络和通信能力、满足各种控制系统要求的快速校正模块、温度控制模块、远程I/O模块， 在通信和人机接口模块等多种功能模块持续开发的PLC网络和通信中，PLC间的网络通信、各PLC制造商拥有独自的网络手段。 PLC和电脑之间的网络通信。 为了加强网络和通信能力，PLC制造商也制定了共同的通信标准，协商构成更大的网络系统。 根据增强外部故障检测和处理能力的统一修订资料，在PLC控制系统故障中，CPU占5%、I/O接口占15%、输入设备占45%、

12、输出设备占30%、线路占5%。 前两个修订20%的故障是PLC的内部故障，可通过PLC自身的硬件进行检测处理。 其佝偻率80%的故障是PLC的外部故障。 PLC厂商致力于开发检测外部故障的专用智能模块，进一步提高了系统的可靠性。 将控制和管理功能一体化为一台控制器，同时实现控制功能和信息处理功能。 PLC产品广泛采用计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，将PLC系统的生产控制功能和信息管理功能一体化，进一步提高PLC的功能，更好地满足现代化大生产的控制和管理需求。 美国A-B公司的新产品PYRAMID INTEGRATOR首次将PLC、机器视觉与信息处理器相结合，具有基础自动化、过程

13、自动化及信息管理等多阶段功能，适用于工业自动化系统。 另一方面，PLC硬件构成，第二章PLC的基本构成和动作原理，FX系列PLC的硬件配置图，FX系列PLC的网络通信能力，PLC经常采用的CPU，1 )通用微处理器(z 80，8086，8088，80286 单片微处理器(例如英特尔MCS48/51/96系列芯片)3) 有位芯片小型PLC :多用8位通用微处理器和单芯片微处理器中型PLC :多用16位通用微处理器和单芯片微处理器大型PLC是高速芯片微处理器(32位)小型PLC 对于双CPU系统，一个是文字处理器，使用8位、16位或32位处理器，另一个是位处理器，采用各制造商设置和制造的专用芯片。

14、微处理器(CPU )、CPU的作用(CPU是PLC的核心)诊断接收和保存用户程序和数据的电源、PLC的动作状态、编程的语法错误。 接收输入信号，送入数据寄存器保存执行时，依次读取、解释、执行用户程序，将完成用户程序各种操作的用户程序执行结果发送至输出目标。 系统内存系统程序内存系统数据内存存储系统工作程序(监视程序)存储模块化的应用程序功能子例程存储命令解释器的功能子例程呼叫管理器存储系统的关残奥词内存、用户内存保存RAM/EPROM/EEPROM用户工作程序保存内存作业数据。 另外，系统程序：系统程序是用于完成系统诊断、命令解释、功能子例程、管理、逻辑运算、通信和各种残奥仪表设置等的功能。

15、系统程序由PLC的制造商制作，在使用PLC时不会变动，与PLC的硬件构成有关，关系到PLC的性能。 系统程序由制造商直接硬化为只读内存ROM、PROM或EPROM，用户无法访问或修改。 用户程序：用户程序是用户根据控制对象的生产工艺及控制的请求而制作的应用程序。 这由PLC控制对象的要求决定，为了使读出、检查、修正变得容易，用户程序一般存储在CMOS静态RAM中，将锂电池作为备份电源，以免在停电时丢失信息。 为了防止干扰损坏RAM中的程序，用户程序可以正常运行，不变更就可以硬化到EPROM中。 现在，很多PLC直接采用EEPROM作为用户内存。输入单元带光电隔离电路的输入接口电路：将现场的开关

16、量信号作为PLC内部处理的标准信号的作用。 接口接收的外部信号电源有直流输入、交流输入、交流/直流输入。 如图所示，PLC开关量输入接口、输入接口有滤波电路和耦合隔离电路，滤波对噪声有很强的作用，对噪声有很强的作用和产生标准信号的作用。 输出接口电路：输出单元光电隔离器及滤波器作用：将PLC内部的淮河信号转换为现场执行机构所需的开关量信号。 分类：继电器型晶体管型晶闸管型内部参考电路图如图所示。 各种输出接口也有隔离耦合电路。 特别注意：输出接口本身没有电源。 此外，考虑外部驱动电源时，还需要考虑输出设备的类型。 继电器型的输出接口可用于交流和直流两种电源，但开关频率较低。 晶体管型的输出接口具有高开关频率，但仅适用于直流驱动的情况。 可控硅型的输出接口仅适用于交流驱动的情况。 PLC开关电容输出接口、通信和编程接口使用RS-485或RS-422串行总线连接专用编程箱(FX-20P、FX-10P )。 连接个人电脑(PC )，实现编程和在线监视。 连接机床，连接实现编程和在线监视的调制解调器等网络设备，连接实现远程通信的打印机等计算机外围设备。 手持编程器的作用：用户程序的编辑、调试、