工業(yè)電氣控制及PLC技術(shù)第四章可編程控制器及其.

1、電我與PLC控制技術(shù)第四章可編程控制器及其工作原理電我與PLC控制技術(shù)第一節(jié)可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展町編程控制器的產(chǎn)生在可編程控制器誕牛之前，工業(yè)電氣控制主要 伸用低壓電器構(gòu)成的繼電接觸器電路。它是以接 線邏輯實現(xiàn)控制功能的。缺點：這樣的控制設(shè)備一經(jīng)生產(chǎn)出來，功能就 固定了，若要改變就必須改變控制器內(nèi)部的硬件 接線在這種情況下，1968年通用汽車公司提出了要 尋找一種比繼電器更可靠，功能更齊全，響應(yīng)速 度更快的新型工業(yè)控制器。姿做電氣工程職業(yè)枝術(shù)學(xué)fit電孝與PLC控制技術(shù)這種控制器必須具備編程方便，維修方便，可 靠性高，體積小，數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機， 成木低，方便擴展的特點。其中，編程方

2、便是接線邏輯向存儲邏輯進步的 重要標志。1969年第一臺可編程控制器P DP-14由美國的 數(shù)字設(shè)備公司研制出來，并且成功的用于工業(yè)生 產(chǎn)，可編程控制器由此誕生。早期的可編程控制器(PC) 1-：要用于邏輯量控 制，并且為了和個人計算機(PC)區(qū)別， 把可安做電毛工程職業(yè)牧術(shù)學(xué)fit電孝與PLC控制技術(shù)編程控制器縮寫為PLC (Programmable Logic Controller)。1987年，國際電工委員會lEC對可編程序控制器 作了如下規(guī)定：町編程序控制器是種數(shù)字運算 操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。 它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲 執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時

3、、計數(shù)和算術(shù)操 作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的 輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 它及其右關(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成 一體，易丁擴展的原則設(shè)計。安做電毛工程職業(yè)牧忒學(xué)fit電段與PLC控制技術(shù)可見：可編程控制器是一種工業(yè)用計算機。作 為工業(yè)用途，決定了它必須有很強的抗干擾能力, 廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圉。-可編程控制器的發(fā)展1、生產(chǎn)方面1971年H本開始生產(chǎn)PLC1973年歐洲開始生產(chǎn)PLC至今，世界各國的一些著名的電器廠幾乎都在生產(chǎn)PLC PLC己經(jīng)作為一個獨立的工業(yè)設(shè)備被列入生產(chǎn)中，成為 當(dāng)代電控裝置的主導(dǎo)。安做電毛工租職業(yè)牧忒學(xué)嚨電段與PLC控制技術(shù)2、組成

4、方而早期：PLC上要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，采 用了一些計算機技術(shù)，但簡化了計算機的內(nèi)部電路。特點：対工業(yè)現(xiàn)場的壞境適應(yīng)性較好，指令系統(tǒng)簡單， 般只具有邏輯運算功能。20世紀70年代屮：微處理器及其他大規(guī)模集成電路芯片 成為其核心部件。特點：有口診斷功能，町靠性利性價比都犬幅提高。 20世紀80年代：微處理器，ROM, RAM或單片機作為核 心。特點：處理速度大大提高，增加了多種特殊功能，體 積進一步減小。安做電毛工程職業(yè)牧術(shù)學(xué)fit電我與PLC檢制技術(shù)20世紀九十年代末：幾乎完全計算機化。其速度更快功 能更強，各種智能模塊不斷被開發(fā)出來，使其不斷地擴展 著他在各類工業(yè)控制過程中的作

5、用。3、如今PLC的發(fā)展現(xiàn)在，PLC不僅能進行邏輯控制，在模擬量閉環(huán)控制、 數(shù)字量智能控制、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、通信聯(lián)網(wǎng)及集散控制 系統(tǒng)等各方而都得到了廣泛的應(yīng)川。今后PLC將向兩人方面發(fā)展：一是大型PLC向高速，人 容量和高性能方向發(fā)展；二是發(fā)展簡易經(jīng)濟的超小型可編 程控制器，以適應(yīng)單機控制及小型設(shè)備白動化的需要。電我與PLC檢制技術(shù)第二節(jié)可編程控制器的用途及特點-用途-順序控制最廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域，可取代傳統(tǒng)的繼電器的順序控制 町應(yīng)用單機控制，多機群控制，生產(chǎn)自動線控制-運動控制0前已有拖動步進電機或多軸位置控制模塊 多數(shù)詰況，PLC把描述n標位置的數(shù)據(jù)送給模塊，模塊 移動一軸或數(shù)軸到n標位置-閉

6、環(huán)過程控制具冇PID控制能力的PLC可用于過程控制-數(shù)據(jù)處理把支持順序控制的PLC和計算機數(shù)值控制（CNC）設(shè) 備緊密結(jié)合川以實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理。安厳色毛工程職業(yè)牧術(shù)學(xué)fit-通信和聯(lián)網(wǎng)PLC之間，PLC和上級計算機之間的通信功能-特點-町靠性高，-適應(yīng)性強、-編程方便，抗干擾能力強 應(yīng)用靈活 易丁使用-功能強，擴展能力強- PLC控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試方便-維修方便，維修匚作S少-PLC體積小，重量輕，易于實現(xiàn)機電一體化交欲電毛工程職業(yè)技術(shù)學(xué)嚨電段與PLC控制技術(shù)第三節(jié)PLC的硬件組成-根據(jù)物理結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC町分為整體式和 組介式兩類。但是不論是哪一種類型的PLC都是 市基木和同的部分組

7、成的，下面分別介紹各組成 部分及其作用。一中央處理器（CPU）CPU是PLC的核心，按程序賦予的功能指揮PLC匚作， 他的主要任務(wù)有：1、控制從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)的接收與存儲； 用掃描的方式通過I/O部件接受現(xiàn)場的狀態(tài)和數(shù)擁并存 入輸入映像存儲器或數(shù)據(jù)存儲器中。2、診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程屮的語法錯誤等。 安做電毛工程職業(yè)牧術(shù)學(xué)fit電孝與PLC控制技術(shù)3、PLC進入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用八指令， 解釋并按指令規(guī)定的任務(wù)進行數(shù)據(jù)傳遞、邏輯或算術(shù)運算 等；并根據(jù)運算結(jié)果，更新冇關(guān)標志位的狀態(tài)和輸出映像 存儲器的內(nèi)容，再經(jīng)過輸出部件實現(xiàn)輸出控制，制農(nóng)扌J E|J 或數(shù)據(jù)通

8、信等功能。CPU芯片的性能關(guān)系到PLC處理控制信號的能力與速 度，CPU位數(shù)越高，系統(tǒng)處理的信息量越大，運算速度也 越快。-存儲器安做電牡舉敝城曦堿系統(tǒng)存儲器和用八存儲器兩部分。電段鳥PLC控制技術(shù)1、系統(tǒng)存儲器用來存放由PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序, 并固化在ROM內(nèi)，用戶不能直接更改。它使PLC具有基本的智能，能夠完成PLC設(shè)計者規(guī)定 的各項工作。2、用戶存儲器包扌舌用戶程序存儲器（程序區(qū)）和功能存 儲器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。川戶程序存儲器川來存放川戶針対具休控制任務(wù)，川 規(guī)定的PLC編程語言編寫的各種用戶程序。用戶程序存儲 器根據(jù)所選川的存儲單元的不同，町以是RAM （有掉電保 護）、EPR

9、OM或EEPROM存儲器，其內(nèi)容可以由用戶任 意修改或增刪。用八功能存儲器足用來存放用八程序中使用的安做電毛工程職業(yè)牧忒學(xué)fit電豆虧PLC檢制技術(shù)ON/OFF狀態(tài)，數(shù)值數(shù)據(jù)等，它構(gòu)成PLC的齊種內(nèi)部器件, 也稱“軟元件” O用戶存儲器容量的大小關(guān)系到用戶程序 容量的大小和內(nèi)部器件的多少，是反映PLC性能的重要指 標2。-輸入、輸出接U輸入、輸出接口是PLCy外界連接的接口。1、輸入接口用來接收和采集兩種類型的輸入信號：開 關(guān)S輸入信號和模擬量輸入信號。2、輸出接口用來連接被控對彖中各種執(zhí)行元件，如接 觸器、調(diào)節(jié)閥等。-電源小型整體式町編程控制器內(nèi)部有一個開關(guān)穩(wěn)壓電源。安做電毛工程職業(yè)技術(shù)學(xué)f

10、it電段與PLC控制枚術(shù)此電源一方而可為CPU板，I/O板及擴展單元提供工作 電源（5VDC）,另一方面可為外部輸入元件提供24V DC電源。-擴展接口護展接口用于將擴展單元與基木單元相連，使PLC的 配置更加靈活。-通信接口使PLC可以與監(jiān)視器，打印機以及其他計算機相連。-智能I/O接U冇自身的處理器系統(tǒng)，滿足復(fù)雜控制功能的需要。-編程工具編程器，也可采用微機輔助編程（需要通信電纜和PLCZ間通信）例如step?-智能單元智能單元配有白己的CPU,具有自己的軟件，能獨立 完成一項專門的工作。通過總線與主機聯(lián)機，通過通 訊方式接受主機管理。PLC還可配有盒式磁帶機，EPROM寫入器，存儲器卡

11、等其他外部設(shè)備。交做電毛工職業(yè)技術(shù)學(xué)嚨電段與PLC檢制技術(shù)第四節(jié)PLC的軟件及應(yīng)用程序編程語言PLC的軟件含系統(tǒng)軟件和川戶程序。系統(tǒng)軟件由PLC制 造商固化在機內(nèi)，用以控制可編程控制器本身的運作；用 戶程序山可編程控制器的使用者編制并輸入，用于控制外 部對象的運行。-系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件主要包括三部分。下面我們分別討論這三個部 分的作用。-系統(tǒng)管理程序是系統(tǒng)軟件屮最乖要的部分，主管控制可編程控制器 的運作。它的作用有：運行管理（時間上的分配管 理）；存儲空間管理；系統(tǒng)口檢程序。安做電毛工程職業(yè)牧術(shù)學(xué)fit電段與PLC控制技術(shù)-用八指令解釋程序它的任務(wù)是把使用者直觀易懂的梯形圖變成機器易懂 的機器語

12、言。然后再由CPU去執(zhí)行這些指令。-標準程序模塊及系統(tǒng)調(diào)用他是有許多獨立的程序塊組成，各程序塊有不同的功 能，有些完成輸入、輸出處理，有些完成特殊運算等。 PLC的具休匸作就是由這部分程序完成的，它的多少決 定了 PLC性能的強弱。整個系統(tǒng)軟件是一個整體，其質(zhì)S的好壞在很大程度上影響PLC的性能。很多悄況下，通過改進系統(tǒng)軟件就可以在不增加任何設(shè)備的條件下改善PLC的性能。安做色毛工程職業(yè)牧忒學(xué)fit電孝與PLC控制技術(shù)用戶程序PLC提供的編程語言通常有三種：梯形圖(LAD)、指 令表(STL)和順序功能流程圖(SFC) O我們以西門了 公司的PLC為例來介紹這三種編程語言。-梯形圖編程(LAD

13、)PLC梯形圖是在繼電器控制系統(tǒng)屮常川的繼電器電路 圖的基礎(chǔ)上演變而來的，它的許多符號與繼電器控制 系統(tǒng)屮的山路圖冇對應(yīng)的關(guān)系。只是PLC在編程屮的使 川的元件他們的功能都是通過軟件來實現(xiàn)的。能流的概念：PLC梯形圖中一個關(guān)鍵的概念，是一種 假想的“能量流” O只能從左向右流，任何時候都不 會從右向左流。-指令表編程（STL）類似于計算機中的助記符語言，它是可編程控制器 S基礎(chǔ)的編程語言。所謂指令農(nóng)編程，是用一系列的指令來表達程序的 控制要求。一條指令有兩部分紐成：助記符 操作數(shù)（或稱操 作數(shù)的地址）指令和梯形圖有一定的對應(yīng)關(guān)系。-狀態(tài)流程圖（功能圖）編程（SFC）SFC是一種比較新的編程方法

14、，它的作用是用“功能 圖”表達一個順序控制過程。例安做電毛工程職業(yè)牧忒學(xué)fit電無y PLC控制牧術(shù)優(yōu)點：SFC作為一種步進順控語言，為順序控制類程序 的編制提供了很人的方便。用它可以對一個控制過程 進行分解，用多個相對獨立的程序段代替一個長的梯 形圖程序，還能使用八看到在給定時間機器處于什么 狀態(tài)。-功能塊圖（FBD）編輯器也是種圖形編程語言。與LAD相比它沒有母線、 觸點和線圈，只有表示指令功能的方框，方框間用線 段表示方框內(nèi)的聯(lián)系，整個圖形則川來表示一定的控 制功能。例安做電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)嚨電了虧Plc桂制技術(shù)第五節(jié)可編程控制器的運行方式-PLC的工作方式與運行框圖我們先來看一個繼電控

15、制系統(tǒng)簡圖?？梢灾览^電器控制系統(tǒng)采用的是并行匚作方式?？删幊炭刂破魇且环N工業(yè)控制計算機，它的工作原理 是建立在計算機工作原理基礎(chǔ)上的，是通過執(zhí)行反映控制 要求的用戶程序來實現(xiàn)的。CPU以分時操作方式來處理各 項任務(wù)，計算機在每一瞬間只能做一件事情，所以程序的 執(zhí)行是按程序順序依次完成相應(yīng)各電器的動作，便成為時 間上的串行。山于運算速度極高，各電器的動作兒乎是同 時完成的，但是實際上輸入輸出的響應(yīng)是有滯后的。例 概扌舌而言，PLC的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃 描I】作方式。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作 安做色老衛(wèi)命職業(yè)牧術(shù)學(xué)fit電孝與PLC控制技術(shù)執(zhí)行川戶程序時，需要各種現(xiàn)場信

16、息，這些現(xiàn)場信息已 接到PLC的輸入端。PLC采集現(xiàn)場信息即采集輸入信號有 兩種方式。1、集中采樣輸入方式2、立即輸入方式同樣，PLC對外部的輸出控制也有集屮和立即輸出兩 種方式。PLC對輸入輸出信號的傳送還有其他方式，如有的PLC 釆用輸入、輸出刷新指令。在需要的地方設(shè)置這類指令， 可以對此時的全部或部分輸入點信號讀入一次，以刷新輸 入映像寄存器內(nèi)容；或?qū)⒋藭r的輸出結(jié)果立即向輸出端或 輸出模塊輸出。如PLC I:冇輸入、輸出的禁止功能，這時 安做色処魏紙洋堆讀入也不輸嘰電與PLC社制技術(shù)-PLC的工作過程先來看P LC的匸作過程是怎樣的。PLC運行1E常時，掃描周期的長短與CPU的運算速度、

17、 I/O點的情況、用戶應(yīng)用程序的長短及編程情況等均有關(guān) 通常用PLC執(zhí)行1K指令所需時間來說明其扌I描速度（一般 為1-10ms/K）。值得注意的是，不同指令其執(zhí)行時間是 不同的。若用于高速系統(tǒng)要縮短打描周期，可以軟硬件兩 方面兼顧考慮。P LC掃描工作過程當(dāng)PLC正常運行時，它將不斷重復(fù)掃描過程，不斷循 壞掃描地工作下去。如果不考慮遠程I/O特殊模塊和其他 通信服務(wù)，這樣掃描過程就只剩下“輸入采樣”、“程序 執(zhí)行”、“輸出刷新”三個階段了。交犠色毛工程職業(yè)技術(shù)學(xué)嚨第六節(jié)PLC主要性能指標-幾個常用術(shù)語位二進制的一位 僅冇0、1兩種取值數(shù)字四位二進制數(shù)構(gòu)成一個數(shù)字字節(jié)2個數(shù)字或8位二進制數(shù)構(gòu)成一個字節(jié)字2個字節(jié)構(gòu)成一個字在PLC屬丁屮，字稱為通道。一個字含16位，或者說一個通 道含16個繼電器。-PLC的主要的性能指標-存儲容量 小型PLC般在8K以下，人型PLC的存儲 容量町以達256K-2M-輸入/輸出點數(shù)安做電務(wù)月釋描謹腋Wr1 Kd所用的時間來衡量掃描速度電與PLC控制技術(shù)-編程指令的種類和數(shù)址變成指令種類及條數(shù)越多， 其功能就越強，即處理能力、控制能力就越強。-擴展能力表現(xiàn)在兩個方面：大部分PLCTiJ以川I/O擴