电气控制与可编程序控制器应用技术第2版教学作者刘祖其第5章节可编程控制器基础知识课件.ppt

电气控制与可编程序控制器应用技术,（第2版）,全国高等职业教育规划教材,克拉玛依职业技术学院全景,刘祖其 谢波 胡小东 编著,第5章 PLC基础知识,5.1概述 5.2 PLC的基本组成 5.3 PLC的工作原理 5.4 PLC的性能指标 5.5 PLC的分类 5.6 PLC的控制情况 5.7 PLC的市场情况 5.8 PLC的发展趋势,5.1概述,可编程序控制器综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术融为一体的新型工业自动控制装置它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列的优点,在机械、冶金、能源、化工、石油、交通、电力等领域中得到了越来越广泛的应用, PLC技术已经成为工业自动化控制三大技术(PLC技术、机器人、计算机辅助设计与分析)支柱之一1.可编程序控制器的定义 可编程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，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械设备或生产过程可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则进行设计。

1)可靠性高,抗干扰能力强 (2) 通用性强,使用方便 (3) 程序设计简单,容易理解和掌握 (4) 系统设计周期短 (5) 体积小,重量轻 (6) 适应性强,2.可编程序控制器的特点,3.可编程序控制器的发展方向 目前PLC发展方向主要有两个: 一是朝着小型化、简易、廉价化、方向发展单片机技术的发展,促进了PLC向紧凑型发展,体积减小,价格降低,可靠性不断提高 二是朝着大型、高速、标准化、系列化、智能化、高速化、大容量化、网络化方向发展,这将使PLC功能更强,可靠性更高,使用更方便,适用面更多功能方向发展大型的PLC一般为多微处理器系统,有较大的存储能力和功能强劲的输入/输出接口5.2 PLC的基本组成,5.2.1 PLC的硬件组成 PLC的基本组成包括硬件与软件两部分： PLC的硬件组成包括中央处理器（CPU）、存储器(RAM、ROM)、输入/输出(I/O)接口、编程设备、通信接口、电源和其他一些电路组成PLC的硬件结构框图如图5-1所示1.中央处理单元,中央处理单元(CPU)是PLC的核心部件, 整个PLC的工作过程都是在中央处理器的统一指挥和协调下进行的,它的主要任务是在系统程序的控制下,完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分工作等，然后根据用户所编制的应用程序的要求去处理有关数据,最后再向被控对象送出相应的控制(驱动)信号。

图5-1 PLC的硬件基本结构图,存储器是PLC用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量及运算数据的单元存储器的类型有可读/写操作的随机存储器RAM和只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM在PLC中，PLC的软件系统由系统程序和用户程序组成2.存储器,输入/输出(I/O)是PLC和工业控制现场各类信号连接的部件PLC通过输入接口把工业现场的状态信息读入,输入部件接收是从开关、按钮、继电器触点和传感器等输入的现场控制信号,通过用户程序的运算与操作,对输入信号进行滤波、隔离、电平转换等,把输入信号的逻辑值准确、可靠地传入PLC内部并将这些信号转换成中央处理器能接收和处理的数字信号，把结果通过输出接口输出给执行机构 PLC通过输出接口，接收经过中央处理器处理过的输出的数字信号,并把它转换成被控制设备或显示装置所能接收的电压或电流信号,从而驱动接触器、电磁阀和指示器件等 PLC的等效电路图图5-2所示3.输入/输出接口,5—2 PLC的等效电路,电源部件是把交流电转换成直流电源的装置,它向PLC提供所需要的高质量直流电源可编程控制器电源包括各工作单元供电的开关稳压电源和掉电保护电源 PLC电源与普通电源相比稳定性好、抗干扰能力强。

许多PLC还向外提供DC 24V稳压电源，用于对外部传感器供电4.电源模块,编程器是PLC必不可少的重要外围设备它的主要作用是进行编辑、输入用户程序、检查、调试、修改，用来监视PLC的工作状态也可监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话它是开发、应用、维护PLC不可缺少的设备5.编程器,其它接口包括外存储器接口、BEPPROM写入器接口、A/D转换接口、D/A转换接口、远程通信接口、与计算机相连的接口、打印机接口、与CRT相连的接口等6.其它接口,5.2.2 PLC的软件组成 1.系统程序 PLC的系统程序有三种类型 1）是完成系统命令解释、功能子程序调用、管理、监控、逻辑运算、通信、各种参数设定、诊断等功能 2）由PLC的制造厂家编写的，在PLC使用过程中不会变动，它和PLC的硬件组成有关，它关系到PLC的性能 3）由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改2.用户程序 用户存储器是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，是PLC应用于工业控制的一个重要环节主要用于存放用户按控制要求所编制的程序，可通过编程器进行必要的修改PLC的编程语言多种多样，不同的PLC厂家，不同系列PLC采用的编程语言不尽相同。

通信与扩展接口的连接实例,5.3 PLC 的工作原理,5.3.1 扫描工作方式 PLC采用循环扫描工作方式，为了连续地完成PLC所承担的扫描工作,系统必须重复执行依一定的顺序完成循环扫描工作方式，每重复一次的时间称为一个扫描周期由于PLC扫描速度很快,输入扫描和输出刷新的周期时间通常为3ms左右,而程序执行时间可根据程序的长度不同而不同PLC一个扫描周期通常为10-100ms,对一般工业被控对象来说,扫描过程几乎是与输入同时完成的如图5-3所示图5-3 PLC循环扫描工作过程,PLC工作的三个阶段 （1）输入采样阶段 （2）程序执行阶段 （3）输出处理阶段,5.3.2工作过程,5.4 PLC的主要性能指标,在对PLC性能进行描述时,经常用到位、数字、字节及字等术语 位指二进制的一位,仅有0、1两种取值一个位对应PLC一个继电器,某位的状态为0或1,分别对应继电器线圈断电或通电 4位二进制数构成一个数字,这个数字可以是0000-1001(十进制),也可以是0000～1111(十六进制) 2个数字或8位二进制数构成一个字节 2个字节构成一个字在PLC术语中,字称为通道一个字含16位,或者说一个通道含16个继电器。

1.编程语言种类 PLC常用的编程语言有梯形图语言、语句表语言、流程图语言及某些高级语言等，使用最多的是前两者 2.存储容量 小型机内存为1K到几K，中型机为几K至几百K，大型机几百K至2M字节 3.输入输出（I/O）总点数 输入输出（I/O）点数越多，控制规模就越大目前输入输出点数为8～14336点甚至更多 4.扫描速度 目前更快的能达到0.75ms/K字逻辑运算程序5.PLC内部继电器的种类 有如输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、特殊继电器、数据寄存器、状态继电器等 6.扩展能力 大部分PLC用I/0扩展单元进行I/O点数的扩展 7.工作环境 工作环境的温度0～50oC 8.其它,1.按输入/输出点数分类 （1）超小型PLC：输入输出（I/O）点数在64点以下,用户程序存储器容量通常在1～2KB （2）小型PLC ：输入输出（I/O）点数在64～256之间 ,用户程序存储器容量通常在2～4KB （3）中型PLC ：输入输出点数在256～512点之间,用户程序存储器容量通常在2～8K字 （4）大型PLC ：入输出点数在512 ～8192之间，用户程序存储器容量通常在8K～64KB。

（5）超大型PLC ：入输出点数在8192以上，用户程序器容量大于64KB，目前已有I/O点数达14336点的超大型PLC，使用32位微处理器5.5 PLC的分类,2．按结构形式分类 （1）整体式：整体式PLC是将电源、CPU、存储器、I/O接口安装在同一机体内,具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格低一般小型PLC常采用这种结构 （2）模块式：模块式PLC是将PLC各部分分成若干个单独的模块，如电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块等用户可根据需要选配不同模块组成一个系统, 构成不同控制规模和功能的PLC, 一般中型和大型PLC常采用这种结构3.按实现的功能分类 （1）低档机：具有逻辑运算、定时、计数、移位以、自诊断、监控等基本功能，低档机以逻辑运算为主, 可实现逻辑、顺序、移位、计时计数控制等 （2）中档机：PLC除具有低档机的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送、比较、通信、子程序、远程I/O、中断处理等功能可用于复杂的逻辑运算及闭环控制场合 （3）高档机：除具有中档机的功能外，增设有带符号算术运算、位逻辑运算、矩阵运算、平方根运算以及函数、表格、CRT显示、打印等功能。

具有更强的通信联网功能，使运算能力更强，还具有模拟调节、联网通信、监视、记录和打印等功能，使PLC能进行智能控制、远程控制、可用于大规模过程控制系统及分布式生产过程综合控制管理系统、自动化网络5.6 PLC的控制情况 PLC广泛应用于石油、化工、钢铁、电力、建材、机械、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，控制情况可归纳为过程控制、运动控制、开关量的逻辑控制、模拟量控制、数据处理、通信及联网等1、过程控制 过程控制主要用于温度、压力、流量等模拟量的闭环控制作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制程序，完成闭环控制PID调节通常是闭环控制系统中用得较多的调节方法大中型PLC都有PID模块，许多小型PLC也具有此功能模块PID处理一般是运行专用的PID子程序过程控制在石油、石化、冶金、热处理、锅炉控制等场合得到广泛的应用 2.运动控制 PLC可用于直线运动或圆周运动的控制早期控制直接用于开关量I/0模块连接位置传感器和执行机构，现在通常釆用专用的运动控制模块，可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

5.7 PLC的市场情况 1、PLC市场规模 PLC总体市场规模，2006-2013中国PLC市场规模，2006年中国PLC市场规模为44.3亿元，到2010年中国PLC市场规模达到了68.4亿元，相比2009年50亿元的市场规模，同比增长36.8%2006年至2010年PLC市场规模的复合增长率为9.08%随着“十二五”提升装备自动化的提出，PLC市场处于持续增长状态，到2013年市场规模达到90亿元 2、PLC人才需求 企业迫切需要懂PLC应用的人才从人才招聘市场来看，电气工程师是需求量最大的一个岗位，即便是刚入行只要能进行PLC编程，就能轻松找到一个工作；如果有一两年工作经验，并且有实际项目经验，找一个薪资高的工作也就变得很容易 5.8 PLC的发展趋势 1、PLC的扩展 随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到应用领域：如中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活相关联的机器、与环境关联的机器，而且均有急速上升趋势尤其是，随着PLC和DCS相互渗透，两者的界线日趋模糊，PLC从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展的趋势。

2、PLC的发展趋势 PLC在工业自动化控制领域是一种很可靠、实用、耐用、高效、物美价廉的工具随着计算机技术的不断发展，传感器的不断智能化，PLC在今后的工业自动化控制领域将起到很有效的作用PLC的未来发展不仅取决与产品本身的发展，还取决于PLC与其它控制系统和工厂管理设备的集成化PLC被集成到计算机集成制造 (CIM)系统中，把它的功能和资源与数控。