可编程控制器简介教材

1、可 编 程 控 制 器 简 介 PLC的结构和工作原理 PLC应用及发展 PLC的分类及性能指标 程序设计基础 PLC的产生 电器的定义 常用低压电器 电器是根据外界信号（机械力、电动力和其它物理量）自动或手动接通和断 开电路,实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节用 的元件或设备。 （1）电磁机构 铁 心 衔 铁 线 圈 触头的结构形式 桥式触头指形触头 （2）触头系统 继电器是一种根据某种输入信号的变化来接通或断开控 制电路，实现自动控制和保护的电器。其输入量可以是电压 、电流等电气量，也可以是温度、时间、速度、压力等非电 气量。 继电器 (2)、种类： 1）电流继电器 2）电压继电器 3）中间继电器 4）时间继电器 5）热继电器 6）速度继电器 继电器控制系统通常是针对某一固定的动作顺序或生产工艺而设计， 他的控制功能也局限于逻辑控制、定时、计数等一些简单的控制，一 旦动作顺序或生产工艺发生变化，就必须重新进行设计、布线、装配 和调。 PLC在PLC诞生之前，继电器控制系统已广泛应用于工业生产的各个领域 ，起着不可替代的作用。随着生产规模的逐步扩大，继电器控制系

2、统已 越来越难以适应现代工业生产的要求。 1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽 车型号不断更新的需求，并能在竞争激烈的汽车工业中占有优势 ，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置 PLC产生背景 PLC的产生 可编程控制器是什么 可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）， 它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运 算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通 过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。 1985年，国际电工委员会 1.使用灵活、通用性强 2.可靠性高、抗干扰能力强 3.接口简单、维护方便 4.体积小、功耗小、性价比高 5.编程简单、容易掌握 6.设计、施工、调试周期短 PLC的特点 1.使用灵活、通用性强 2.可靠性高、抗干扰能力强 3.接口简单、维护方便 1.使用灵活、通用性强 2.可靠性高、抗干扰能力强 PLC应用的应用范围 1.开关逻辑控制 3.运动控制 4.数据处理 5.通讯及联网 2.工业过程控制 目前，在国内外PLC已广泛应用冶金、石

3、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各业，随着PLC性能价格比 的不断提高，其应用领域不断扩大。从应用类型看，PLC的应用大致可 归纳为以下几个方面： 六、PLC与其他工业控制系统的比较 PLC与继电器控制系统比较 继电器控制采用硬接线方式装配而成， 只能完成既定的功能。 PLC控制只要改变程序并改动少量的接 线端子，就可适应生产工艺的改变。 从适应性、可靠性及设计、安装、维护 等各方面进行比较。传统的继电器控制 大多数将被PLC所取代。 与工业计算机比较 工业控制机控制要求开发人员具有较高 的计算机专业知识和微机软件编程的能 力。 PLC采用了采用面向控制过程、面向问 题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计 算机的人也能很快掌握使用 ，便于推广 应用。 PLC是专为工业现场应用而设计的，具 有更高的可靠性。 在模型复杂、计算量大且较难、实时性 要求较高的环境中，工业控制机则更能 发挥其专长。 可编程主流产品 三菱PLC外形图 FX2N系列 是三菱PLC是FX家族中最先进的系列。具有 高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供

4、最大的灵活性和 控制能力 X3G系列PLC传承经典，突破创新， 完善了产品的扩展性 专业为客户提供更具个性化的系统解决方案， Q系列 三菱机公司推出的大型PLC 其性能水平居世界领先地位，可以适合 各种中等复杂机械、自动生产线的控制场 合。 S7-200系列PLC 1994年4月，S7系列诞生，一致的模块化设计促进了低性 能定制产品的创造和可扩展性的解决方案。来自西门子的S7 - 200微型PLC可以被当作独立的微型PLC解决方案或与其他 控制器相结合使用。 S7-300系列PLCS7-400系列PLC 这类可编程序控制器，具有强大的控制功能和强大的运算能力。它不仅能完成逻辑运算、 三角函数运算、指数运算和PID运算，还能进行复杂的矩阵运算。工作速度很快， ，输入和输出模块的种类也很全面。这类可编程序控制器 可以完成大规模的控制任务。在联网中一般做主站使用。 中高档机 PLC基本结构 可编程控制器实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机相同 （1）电源 （2）中央处理器单元 （3）存储器 （4）输入输出接口电路 （6）通信模块 （5）功能模块 PLC的电源为PLC电

5、路提供工作电源，在整个系统中起着十分重要的作用。 一个良好的、可靠的电源系统是PLC的最基本保障。一般交流电压波动在 +10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。 电源 系统程序存储器是存放系统软件的存储器；用户程序存储器是存放PLC用户程 序应用;数据存储器用来存储PLC程序执行时的中间状态与信息，它相当于PC 的内存 存储器 输入/输出接口电路 输入接口：采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等 现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号 PLC的输入接口电路（直流输入型） 输出接口： 采用光电耦合电路，将CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号 输出，以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。 有三种类型： （1）继电器输出型：为有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流 负载或交流负载回路。 （2）晶闸管输出型： 为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载 （2）中央处理器单元 中央处理器单元(CPU)是PLC的控制中枢，它按照PLC程序赋予的功能接受并存储 从编程器键入的用户程序和数据，检查电源

6、、存储器、I/O及警戒定时器的状态，并能 诊断出用户程序的语法错误。 工作原理 输入采样、用户程序执行、输出刷新 一个扫描周期 小型plc0.5ms/k 大型0.2ms/k 循环扫描 PLC的CPU从第一条指令开始按指令步序号作周期性的循环扫描，如果无跳转指令 ,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令 ，周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。 （5）功能模块 模拟量输入模块 模拟量输出模块 温度输入/控制模块 高速计数器模块 可编程凸轮控制器模块 不规则园凸轮 4.通信接口 通信接口的主要作用是实现PLC与外部设备之间的数据交换（通信）。 通信接口的形式多样，最基本的有USB,RS-232,RS-422/RS-485等的标准串行接口。 可以通过多芯电缆，双绞线，同轴电缆，光缆等进行连接。 PLC的分类 PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类，通常根据其 结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类 按I/O点容量分类 小型128以下 中型256 1024 大型1024以上 按结构分类 整体式 标准板式 PLC性

7、能指标 输入输出点数 扫描速度 存储容量 指令系统 内部存储器 扩展功能 选型方法 一、输入输出（I/O）点数的估算 /O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输 入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作 为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制 造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 二、存储器容量的估算 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了 不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点 数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此 数的25%考虑余量 三、控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 (四)编程功能 (六)处理速度 (五)诊断功能 小型PLC的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/K 主要品牌：美国AB，ABB，松下，西门子，汇川，三菱 ，欧姆龙，台达，富士，施耐德，光洋，永宏等等。 31 PLC编程语言的介绍 顺序功能图（SFC） 梯形图语言(LD) 功能块图(FBD) 指令表(IL) 结

8、构文本(ST) 其中梯形图、指令助记符语言最为常用。 PLC的设计和生产至今尚无国际统一标准，不同厂家 所用语言和符号也不尽相同。但它们的梯形图语言的 基本结构和功能是大同小异的。 西门子PLC的使用 S7-200是德国西门子公司生产的小型PLC系列， 主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四种CPU基本单元。 其外部结构大体相同，如图所示。 梯形图是在原继电器接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而 来的一种图形语言。它是目前用得最多的PLC编程语言。 注意：梯形图表示的并不是一个实际电路而只是一个控制程序，其间 的连线表示的是它们之间的逻辑关系，即所谓“软接线”。 常开触点 ： 常闭触点： 线圈： 基本数据结构 1位元件 I：输入继电器，接收外部触点和电子开关输入给PLC的开关量信号 。 Q：输出继电器，用于从PLC输出开关量信号，去控制外部负载。 M（辅助继电器）和S（状态继电器）：PLC内部的运算标志。用 二进制数1和0来表示位元件的两种状态。 X0 Y0 1. 定时器 定时器的类型有3种：接通延时定时器（TON）、断开延时定时器（TOF）和有记忆接通延时

9、定 时器（TONR），其指令格式见表1.6。表1.6 定时器指令格式 项 目 接 通 延 时断 开 延 时有记忆接通延时 梯形图 指令表TON T，PTTOF T，PTTONR T，PT S7-200系列PLC有256个定时器，地址编号为T0T255，对应不同的定时器指令，其分类见表1.7。 表1.7 定时器指令与定时器分类 定时器指令 分辨率（ms） 计时范围（s）定 时 器 号 TONR1 132.767T0、T64 10 1327.67T1T4、T65T68 100 13 276.7T5T31、T69T95 TON TOF 1 132.767T32、T96 10 1327.67T33T36、T97T100 100 13 276.7T37T63、T101T255 置位/复位指令 置位指令S、复位指令R的梯形图符号、逻辑功能等指令属性见表1.4。 表1.4 S、R指令 置位指令与复位指令的使用说明如下： （1）bit表示位元件，N表示常数，N的范围为1255。 （2）被S指令置位的元件只能用R指令才能复位。 （3）R指令也可以对定时器和计数器的当前值清0。 指 令 名 称梯 形 图指 令 表逻 辑 功 能操 作 数 置位指令S bit，N从bit开始的N个元件置1并保持 Q、M、SM、 T、C、V、S 、L 复位指令R bit，N从bit开始的N个元件清0并保持 KM1常开触点闭合 KM1线圈得电 按下SB2 KM1自锁 电动机正传 KM1常闭触点断开 按下SB3KM2线圈得电 KM2常开触点闭合 KM2常开触点闭合 KM2自锁 电动机反传 三相异步电动机正反转控制电路 X0 Y0 Y0 X1 SB1 SB1 KM KM 继电器控制线路与梯形图的联系与区别 梯形图的基本电路 PLC外接线图

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