电气控制技术(第5章)可编程序控制器的基础知识.ppt

Page: 1/52第五章 可编程序逻辑控制器 基础知识自动化学院 宋海鹰Page: 2/52一、名称定义 ®可编程序逻辑控制器®Programmable Logic Controller®简称PLC Page: 3/52“可编程序控制器是一种数字运算操作的 电子系统，专为在工业环境下应用而设计它 采用可编程序的存储器，用来在其内部存储程 序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和 算术运算等操作的指令，并通过数字的或模拟 的输入和输出，控制各种类型的机械设备或生 产过程可编程序控制器及其有关设备，都应 按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩 充功能的原则设计” IEC于1985年1月对可编程序控制器作了如下定义： Page: 4/52可编程序控制器的优点：从软件来讲，它的程序可编，也不难编; 从硬件上讲，它的配置可变，也易变 Page: 5/52PLC的简史在PLC问世前，继电接触器控制在工业 控制领域中占主导地位，这种控制系统是 采用固定接线的硬件实现控制逻辑如果 生产任务或工艺发生变化，就必须重新设 计，改变硬件结构，这样造成时间和资金 的浪费Page: 6/52另外，大型控制系统用继电接触器控制， 使用的继电器数量多，控制系统的体积大， 耗电多，且继电器触点多为机械触点，工作 频率较低，在频繁动作情况下寿命较短，造 成系统故障，系统的可靠性差。

Page: 7/52为了解决这一问题 ，在1968年，美国最大 汽车公司（GM公司）为 了适应汽车型号不断翻 新，以求在激烈竞争的 汽车工业中占有优势， 提出要求用一种新型的 控制装置取代继电接触 器控制装置，并且对于 未来的新型控制装置作 出了具体设想：Page: 8/52把计算机的完备功能以及灵活 性、通用性好等优点和继电接触器 控制的简单易懂、操作方便、价格 便宜等优点溶入于新的控制装置中 ，且要求新的控制装置编程简单， 使得不熟悉计算机的人员也能很快 掌握它的使用技术Page: 9/52为此，特定以下10项公开招标的技术要求：（1）编程简单方便，可在现场修改程序；（2）硬件维护方便，采用插件式结构；（3）可靠性高于继电接触器控制装置；（4）体积小于继电接触器控制装置；（5）可将数据直接送入计算机；Page: 10/52（6）用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB；（7）输入可以使交流115V；（8）输出为交流115V，能直接驱动电磁阀、交 流接触器等；（9）通用性强，扩展方便；（10）成本上可以与继电接触器控制系统竞争Page: 11/52美国数字设备公司（DEC） 根据GE公司招标的技术要求， 于1969年研制出世界上第一台可 编程序控制器，并在GE公司汽 车自动装配线上使用，获得成功 。

其后，日本、德国等相继引入 这项新技术，可编程序控制器由 此而迅速发展起来Page: 12/52可编程控制器是“数字运算操作的电子系统” ，但它也是一种计算机它是专为在工业环境 下应用而设计的工业计算机® 它是将逻辑运算，顺序控制，时序和计数以及算术 运算等控制程序，用一串指令的形式存放到存储器中 ，然后根据存储的控制内容，经过模拟，数字等输入 输出部件，对生产设备和生产过程进行控制的装置Page: 13/52PLC控制与继电器控制的比较®继电器控制为接线程序控制，它是由 分离元件（继电器、接触器等）用导 线连接起来加以实现的，它的程序就 在接线之中，对控制程序的修改必须 通过改变接线来实现Page: 14/52®PLC为存储程序控制，其工作程序放 在存储器中，系统要完成的控制任务 是通过执行存储器中的程序来实现的 ，控制程序的修改不需要改变PLC的 接线，只需改变存储器中的某些程序 语句即可Page: 15/52®继电接触器控制系统是一种硬件逻辑系统 ，采用并行工作方式.®可编程序控制器（PLC）是一种工业控制 计算机，它的CPU以分时操作方式来处理 各项任务，每一瞬间只能做一件事，所以 程序的执行是按顺序依次完成相应软继电 器的动作，是时间的串行工作.Page: 16/52®3. 继电器控制系统与PLC控制系统的具体电路Page: 17/52PLC的特点这种工业计算机采用“面向用户的指 令”，因此编程方便；能完成逻辑运算、顺序控制、定时、 计数和算术操作；还具有“数字量或模拟量的输入输出 控制”的能力，并且非常容易与“工 业控制系统联成一体”，易于“扩充 ”。

Page: 18/52冯.诺依曼微型计算机体系结构冯.诺依曼计算机的特点 ： 基于存储程序的工作原理 所有执行均经过运算器Page: 19/52可编程逻辑控制器 (PLC )体系结构Page: 20/52Page: 21/52强调了可编程控制器直接应用于工 业环境，它须具有很强的抗干扰能力、广 泛的适应能力和应用范围这也是区别于 一般微机控制系统的一个重要特征Page: 22/52二、组成与分类：•中央处理器接收并存储程序和数据用扫描方式用扫描方式接收输出数据诊断电源，内部电路各种错误完成运算Page: 23/52•存储器只读存储器ROM随机存储器RAM可擦除只读存储器EPRAM电可擦除只读存储器EEPRAM•输入/输出模块•电源•编程器Page: 24/52可编程序控制器发展到今 天，已有多种形式和类型，且 其功能也不尽相同 （一）按容量和功能划分，大 致可以分为小型、中型、和大 型三类机型Page: 25/52®（一）按I/O点数分：®1. 小型机： I/O点数在256点以下®2. 中型机： I/O点数在256-2048点之间®3. 大型机： I/O点数在2048点以上Page: 26/521．小型机 小型PLC的功能一般以开 关量控制为主（有些小型机可带少量 的模拟量I/O模块），它们的输入输 出点数较适合接触器，继电器控制的 场合，还能直接驱动电磁阀等执行元 件。

这类PLC的特点是价格低廉、体 积小巧、较适合于控制单台设备Page: 27/522．中型机 中型PLC一般都具有开关量和 模拟量的两种控制功能，除了具有小型机 的一般功能外，还具有较强的数字计算功 能为能将温度、压力、流量等模拟量与 数字量进行转换，一般都有8位或12位的 A/D、D/A转换模块中型机适合于温度、 压力、流量等的控制和较复杂的开关量控 制以及要求连续生产过程控制的场合Page: 28/523．大型机 大型PLC的功能已具备某 些工业控制计算机的功能，它不仅具 有计算，控制和调节的功能，还具有 网络连接和通讯的功能大型PLC机适用于设备自动化控 制，过程自动化控制和生产过程监控 系统Page: 29/52®（二）按结构形式分：®1. 整体式结构，参见图5-1®2. 组合式结构，参见图5-2Page: 30/52整体式PLC的组成Page: 31/52组合式PLC的组成Page: 32/52整体式PLC(西门子S7-200)Page: 33/52组合式PLCPage: 34/52（二）按硬件结构形状划分按照可编程序控制器的 硬件结构形状来划分，一般 可以分为整体式，机架模块 式和叠装式三类结构。

Page: 35/52三、PLC应用领域®1．逻辑控制®2．模拟量控制®3．数字控制®4．集散控制®5．机电一体化®6．通信控制网络化 Page: 36/52四、工作原理PLC 可以视为特殊的工业控制 计算机，但其编程语言，工作原理与但其编程语言，工作原理与 计算机不同计算机不同PLC 工作特点：采用循环扫描工作技采用循环扫描工作技 术术 Page: 37/52Page: 38/52®可编程序控制器（PLC）是一种工业控制计 算机，它的CPU以分时操作方式来处理各项 任务，每一瞬间只能做一件事，所以程序 的执行是按顺序依次完成相应软继电器的 动作，是时间的串行工作.®所以，PLC的工作方式是一个不断循环的顺 序扫描工作方式，参见图示®扫描周期（工作周期）：PLC完成一次扫描 所需的时间Page: 39/52PLC两种工作状态 ：RUN和STOPPLC的循环扫描Page: 40/52用户程序执行过程 示意图 Page: 41/52PLC的工作过程内部处理：PLC完成自检、自诊断等工作通信服务：通过网络与现场设备或其它PLC进行数据 交换Page: 42/52PLC的工作过程1. 输入采样阶段： 2. PLC首先扫描所有输入端子，并将各输入状态 存 入 内存中各对应的输入映像寄存器中，即完成输 入寄存器的刷新。

3. （集中输入）Page: 43/52PLC的工作过程Page: 44/52PLC的工作过程1. 程序执行阶段： 2. 根据PLC梯形图程序扫描原则，PLC按先左后右、 先上后下的步序逐点扫描（若遇到跳转指令时， 则根据跳转条件决定是否跳转）当指令中涉及输入、输出状态时，PLC从输入映像 寄存器和元件映像寄存器读入数据，根据用户程 序进行运算 1. 运算结果存入输入映像寄存器和元件映像寄存 器Page: 45/52PLC的工作过程Page: 46/52PLC的工作过程输出刷新阶段：在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中所有 输出继电器的状态在输出刷新阶段转存到输出锁 存器中，通过一定方式输出，驱动外部负载集中输出）Page: 47/52PLC的工作过程Page: 48/52PLC对输入输出的处理原则®1. 输出映像寄存器的数据取决于各输 入点在上一刷新期间的通断状态®2. 程序结果取决于用户程序和输入/ 输出映像寄存器及其他各元件映像寄 存器的内容Page: 49/52®3. 输出映像寄存器的数据取决于输出 指令的执行结果®4. 输出锁存器的数据，由上一次输出 刷新期间输出映像寄存器中的数据决 定®5. 输出端的通断状态由输出锁存器决 定Page: 50/52为工业环境设计的 数字式运算操作系统Page: 51/52五、 PLC编程语言梯形图中的继电器是软继电器软继电器梯形图中流过的电流是概念电流概念电流梯形图中的继电器线圈只能出现一次，触点在 编程时可无限次引用无限次引用•梯形图编程语言（LAD） 特点：Page: 52/52梯形图按自上而 下，从左到右的 顺序进行排列。

以一个继电器线圈为 一个控制逻辑行（即 为一阶梯层）每一条逻辑行都起始 于左母线，终止于继 电器线圈，右母线通 常可以省略不画Page: 53/52梯形图中母线的意义类似于继电器线路中的电源线 ，但它不产生实际的物理电流，而只是假想在梯形 图中有“电流”流动，我们称之为“概念电流”概念电流在梯形图中只能作从左向右的单向流动 ，改变层次也只能先上后下 Page: 54/52梯形图按自上而 下，从左到右的 顺序进行排列以一个继电器线圈为 一个控制逻辑行（即 为一阶梯层）每一条逻辑行都起始 于左母线，终止于继 电器线圈，右母线通 常可以省略不画Page: 55/52梯形图由若干“梯层”组成每个梯层由若干 条并联支路组成每条支路又有若干个编程符号 串联组成支路或符号的最大串联、并联数都是 有一定限制的，具体PLC产品有不同规定Page: 56/52梯形图中的继电器线圈不是继电控制电路中的物 理继电器，而是与内存映像区中的某一位相对应的 ，因此称之为“软继电器”如果梯形图中某继电器的线圈“通电”或触点 “闭合”，则映像区中对应存储器的状态为高电平“1”；反之，则为低电平“0” Page: 57/52梯形图按自上而 下，从左到右的 顺序进行排列。

以一个继电器线圈为 一个控制逻辑行（即 为一阶梯层）每一条逻辑行都起始 于左母线，终止于继 电器线圈，右母线通 常可以省略不画Page: 58/52梯形图中的继电器又分为输出继电器和 内部继电器输出继电器所对应的映像存储器中的信号状态 （“1”或“0”），可以通过I/O接口去驱动 外部负载内部继电器包括辅助继电器、定时器、计数器 、寄存器等，它们所对应的映像存储器中信号 状态（“1”或“0”），只可在编程中供梯形 图内部。