马小军建筑电气控制技术课件第5章可编程序控制器的基础知识..ppt

第五章 可编程序控制器的基础知识 可编程序控制器的优点与 这个“可”字有关 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 PLC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 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 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： 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； （6）用户程序存储器容量至少可以 扩展到4KB； （7）输入可以是交流115V； （8）输出为直流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。

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 一、PLC的名称定义 ß可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC ß可编程序控制器（Programmable Controller）简称PC ßPC又成为个人计算机（Personal Computer）的简称 ß为了加以区别，现在又把可编程序控制 器简称为PLC “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： 定义强调了可编程控制器是“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 业计算机这种工业计算机采用“面向用 户的指令”，因此编程方便它能完成逻 辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操 作，它还具有“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” 定义强调了可编程控制 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 为工业环境设计的 数字式运算操作系统 PLC可编程序控制器 可编程序控制器 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数据 诊断电源，内部电路各种错误 完成运算 •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 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 1．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 2．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 3．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 （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 三、PLC应用领域及发展方向 ß1．逻辑控制 ß2．模拟量控制 ß3．数字控制 ß4．集散控制 ß5．机电一体化 ß6．通信控制网络化 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，工作但其编程语言，工作 原理与计算机不同原理与计算机不同 PLC 工作特点：采用循环扫采用循环扫 描工作技术描工作技术 PLC 工作过程 •输入采集：以扫描以扫描方式工作，按顺按顺 序序将信号寄存 •程序执行：运算，处理数据，结果 写入输出映象输出映象寄存器 •输出刷新：转输出映象输出映象寄存器数据 至输出状态输出状态寄存器 图7-10 用户程序执 行过程示意图 五、 PLC编程语言 图中的继电器是软继电器软继电器 图中流过的电流是概念电流概念电流 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（梯形图编程语言（LADLAD）） 特点： 1．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 2．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 3．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 4．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” 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 内部使用，不能用作输出控制。

5．输入继电器仅供PLC接受外 部的输入信号，而不能用内部其 它继电器的触点来驱动或输入信 号所以，梯形图中只出现输入 继电器的触点，不会出现输入继 电器的线圈梯形图中输入继电 器的触点闭合表示信号输入 6．在梯形图程序中，继 电器线圈一般情况下只能 出现一次而继电器触点 在编程时则可无限次引用 ，且既可以是常开触点， 也可以是常闭触点 7．PLC运行时是按照梯形图 符号排列顺序自上而下，从左 向右执行程序的，即PLC是按 照扫描方式顺序执行梯形图程 序的因此不会出现几条并列 支路同时动作的情况，使得梯 形图设计大为简化 六、PLC的基本性能指标 1．存储器容量 存储器容量指的是存放用 户程序的RAM容量，通常用字 （每个字为16位二进制数）或 K字节来表示，这里的 1K=1024个字 2．扫描速度 扫描速度是以PLC执行 1K字节的用户指令所需时 间来衡量，常以ms/K为表 示单位 3．输入/输出（I/O）点数 I/O的点数是指PLC最 大输入输出点的总和 4．内部继电器（内存区域）及其类型 PLC的内部继电器是专供用户程序使用，不 同的继电器有一个指定的内存区域，并各自 担负着不同的功能。

内部继电器不直接对外 接负载进行控制，它仅供用户程序内部调用 ，具有“软”继电器的特征常用的内部继电 器有内部辅助继电器，暂存继电器，保持继 电器，定时/计数器，内部专用继电器等 PLC的内部继电器种类和数量越多，表 明其功能越强 • • 指令语言表编程语言（指令语言表编程语言（STLSTL）） 特点：与计算机汇编语言 类似的助记符编程助记符编程表达式 5．编程语言（编程指令） 不同的PLC机型使用厂家各自开发 研制的编程语言，互不兼容，但对应功 能的指令都具有可移植性PLC的编程 语言一般都具备用梯形图语言和助记符 指令编程的能力 编程指令又分成基本指令和功能指 令两大类，基本指令各种PLC共有，而 功能指令的条数越多表明PLC的软件功 能越强 6．可扩展性 PLC的扩展性可分为控制 点数的扩展和控制区域的扩展 ，也是衡量PLC性能的一个重 要指标 控制点数的扩展 控制区域的扩展 七、 PLC硬件选择方法 1 1、选型原则：、选型原则：使用场合、控制对象、 工作环境、性价比 2 2、选型方法、选型方法 •输入/输出 点数估算 开关输入点：DI 开关输出点：DO 模拟输入点：AI 模拟输出点：AO p264页 •存储器容量估算 与用户内存容量相匹配 3 3、功能选择、功能选择 •运算功能 逻辑运算 定时运算 计数运算 四则运算 根据系统的 要求选择 •处理速度 不同点数 不同机型 内存容量 根据系统的 要求选择 4 4、外形结构选择、外形结构选择 平板型：小规模，无扩展，价格低廉 块状型：小规模，适中扩展，价格低廉 输入/输出模块插件型：专供扩展模块， 适合中大规模系统 5 5、输入、输入/ /输出模块选择输出模块选择 输入接口模块接受来自按钮开关、 选择开关、行程开关等送来的开关量信 号或者由电位器、热电偶、测速发电机 等送来的模拟量信号，然后送入PLC的 CPU执行。

输入接口模块一般由光电耦 合电路和微电脑的输入接口电路组成 (1) 输入接口模块 直流： 交流： 脉冲： 数字量 模拟量 输 入 模 块 电压电 流 AC110或AC220首选 适用易产生电磁感应 具有采样计数功能 具有A/D变换功能， 变换时间几ms-几十 ms 图7-4 输入接口模块的接线形式 a）汇点式 b）分组式 c）分隔式 （2）输出接口模块 PLC通过输出接口模块控制现场的执行元件 如接触器、继电器、电磁阀以及指示灯、数字显 示器、报警装置等输入电路一般有三种： 低速、大功率负载，采用继电器型输出； 高速、较大功率的交流负载,采用晶闸管型输出 ； 高速、小功率直流负载,可采用晶体管型输出 •输出模块 数字量 模拟量 继电器 直流 交流 电压 电流 图7-6 输出接口模块外部接线形式 a）汇点式 b）分组式 c）分隔式 。