1、正版可修改PPT課件(中職）電器PLC控制技術(shù)第3章教學(xué)課件 第3章PLC基本概況3.1 PLC概述3.2 PLC的基本組成3.3 PLC的基本工作原理3.4 PLC的分類3.5常用PLC及其性能3.1 PLC概述3.1.1可編程序控制器的定義及發(fā)展史 1.可編程序控制器的定義 可編程控制器經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC(英文全稱:Programmable Logic Controller)和可編程序控制器PC幾個不同時期。 1987年國際電工委員會IEC (International Electrical Committee )頒布的PLC

2、標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義: PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。下一頁返回3.1 PLC概述2.可編程序控制器的發(fā)展史 世界上公認的第一臺PLC是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制的。限于當(dāng)時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。 20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。 20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展

3、特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。下一頁返回上一頁3.1 PLC概述自從1969年美國第一臺PLC問世以來，日本、法國、英國等國也研制了各自的PLC,每個國家的產(chǎn)品各具特色。目前世界上著名的PLC廠家主要有美國A-B ( Allen-Brad-ley) , GE ( General Electric )，日本的三菱電機(Mitsubshi Electric )、歐姆龍(OMRON)，德國的AEG、西門子(Siemens )，法國的TE (Telemecanique) 等公司。 我國可編程控制器的引進、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企

4、業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了PLC的應(yīng)用。各代PLC的不同特點見表3-1。下一頁返回上一頁3.1 PLC概述3.1.2可編程序控制器的特點及基本功能 1.可編程序控制器的特點 (1)可靠性高，抗干擾能力強傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。 (2)編程簡單，易于掌握PLC的設(shè)計者充分考慮到現(xiàn)場技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，經(jīng)常采用的是梯形圖方式的編程語言，它與繼電器控制原理圖相似，具有直觀、清晰、修改方便、易掌握等優(yōu)點。 (3)通用性好PLC品種多，檔次高。同一臺PLC可適用于不同的控制對象或同一對象的不同控制要求，同一檔次，不同機型的功能也能方

5、便地相互轉(zhuǎn)換。上一頁下一頁返回3.1 PLC概述 (4)功能強PLC運用了計算機、電子技術(shù)和集成工藝的最新技術(shù)，在硬件和軟件兩方面不斷發(fā)展，使其具備很強的信息處理能力。 (5)系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量小，維護方便，容易改造PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計法。這種編程方.法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。(6)體積小，質(zhì)量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm僅相當(dāng)于幾個繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/2-1/10。上一頁下一頁返回3.1 PLC概述 2. PLC的基本功能 (

6、1)邏輯控制PLC具有邏輯運算功能?？梢源胬^電器進行組合邏輯與順序邏輯控制。 (2)計數(shù)控制PLC還具有計數(shù)功能。它為用戶提供了若干個計數(shù)器并設(shè)置了計數(shù)指令。計數(shù)值可由用戶在編程時設(shè)定，并可在運行中被讀出與修改，使用與操作都很靈活方便。 (3)定時控制PLC具有定時控制功能。它為用戶提供了若干個定時器并設(shè)置了定時指令。定時值可由用戶在編程時設(shè)定，并能在運行中被讀出與修改，使用靈活，操作方便。上一頁下一頁返回3.1 PLC概述 (4)步進控制PLC能完成步進控制功能。PLC為用戶提供了若干個移位寄存器，或者直接有步進指令，可用于步進控制，編程與使用很方便。 (5)數(shù)據(jù)處理有的PLC還具有數(shù)據(jù)處

7、理能力，并具有并行運算指令，如能兩個數(shù)據(jù)并行傳送、比較和邏輯運算，進行數(shù)據(jù)檢索、比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換等操作。 (6)A/D,D/A轉(zhuǎn)換有些PLC還具有“模數(shù)”轉(zhuǎn)換(A/D)和“數(shù)模”轉(zhuǎn)換(D/A)功能，能完成對模擬量的控制與調(diào)節(jié)。上一頁下一頁返回3.1 PLC概述 (7)監(jiān)控控制PLC具有較強的監(jiān)控功能。在控制系統(tǒng)中，操作人員通過監(jiān)控命令可以監(jiān)視有關(guān)部分的運行狀態(tài)，可以調(diào)整定時或計數(shù)設(shè)定值，因而調(diào)試、使用和維護都很方便。 (8)通信與聯(lián)網(wǎng)有些PLC采用了通信技術(shù)，可以進行遠程vo控制，多臺PLC之間可以進行同位鏈接，計算機作為上位機可對其發(fā)布命令并返回執(zhí)行結(jié)果。上一頁下一頁返回3.1 PLC概述3.

8、1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢 目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。 隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 隨著應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品仍在繼續(xù)發(fā)展。主要朝著高速化、大容量化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、小型化、廉價化方向發(fā)展，使PLC的功能更強，可靠性更高，使用更方便，適用面更廣。上一頁返回3.2 PLC的基本組成3.2.1 PLC的硬件結(jié)構(gòu) PLC的硬件組成與微型計算

9、機相似，其主機由CPU板、存儲器、輸入/輸出(I/O)接口、電源等幾大部分組成;可配備如編程器、圖形顯示器、通信接口等外部設(shè)備。基本結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。 1.主機 (1)CPU也稱中央處理器，是由一片或幾片大規(guī)模集成電路芯片組成的，相當(dāng)于人的大腦，是PLC的核心部分;CPU的作用是可通過接口及軟件向系統(tǒng)的各個部分發(fā)出各種命令，同時對被測參數(shù)進行巡回檢測、數(shù)據(jù)處理、控制運算、報警處理及邏輯判斷等。下一頁返回3.2 PLC的基本組成 (2)存儲器PLC內(nèi)部配有兩種不同類型的存儲器，一種為可進行讀/寫操作的隨機存儲器RAM，另一種是只讀存儲器ROM,PROM,EPROM,EEPROM。 RAM為隨機

10、存儲器，一般都是CMOS型的，耗電極微，在PLC中通常用鏗電池作后備，失電時也不會丟失程序;ROM為只讀存儲器，系統(tǒng)程序固化在其中，用戶不可更改，失電不受影響。 (3)輸入/輸出單元(I/O單元) 接口是輸入(INPUT ) /輸出(OUTPUT)接口的簡稱，是PLC主機與被控對象進行信息交換的紐帶;PLC通過I/O接口與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換，PLC的輸入輸出信號有開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量三種類型，所有的輸入輸出信號均經(jīng)過光電等隔離，大大增強了PLC的抗干擾能力。上一頁下一頁返回3.2 PLC的基本組成如圖3 -2所示為直流24V輸入接口電路原理圖，PLC內(nèi)部提供直流電源。當(dāng)輸入開關(guān)接通時，光藕

11、合器導(dǎo)通，由裝在PLC面板上的發(fā)光二極管(LED)來顯示某一輸入端口有信號輸入。圖3 -3所示為交/直流輸入接口電路原理圖。其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)與直流輸入接口電路基本相同。圖3 -4所示為交流輸入接口電路原理圖，交流電源外接。輸入信號均通過輸入端子經(jīng)RC濾波，光電隔離進入內(nèi)部電路，提高了PLC的抗干擾能力。常見的輸出形式有繼電器輸出、晶閘管(SSR )輸出、晶體管輸出。三種輸出方式的接口電路原理圖如圖3-5、圖3-6、圖3 -7所示。上一頁下一頁返回3.2 PLC的基本組成2.編程器和其他外圍設(shè)備 (1)編程器主要由鍵盤、顯示器、工作方式選擇開關(guān)和外存儲器接插口等部件組成。編程器的作用是用來編寫、輸

12、入、調(diào)試用戶程序，也可在線監(jiān)視PLC的工作狀況。隨著PLC通信能力的增強，現(xiàn)在也可在個人計算機上添加適當(dāng)?shù)挠布涌冢蒙a(chǎn)廠家提供的編程軟件包就可將計算機作為編程器使用，而且還可在計算機實現(xiàn)模擬調(diào)用。 (2)其他外圍設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)軟件控制需要，PLC還可以通過自身的專用通信接口連接一些其他外圍設(shè)備，例如:盒式磁帶機、EPROM寫入器、打印機、圖形監(jiān)控器等。上一頁下一頁返回3.2 PLC的基本組成 3. I/O擴展機 每種PLC都有與主機相配的擴展模塊，用來擴展輸入、輸出點數(shù)，以便根據(jù)控制要求靈活組合系統(tǒng)。PLC擴展模塊內(nèi)不設(shè)CPU，僅對I/O通道進行擴展，不能脫離主機獨立實現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。

13、4.電源 PLC的工作電源一般為單相交流電源(通常為交流110/220V )，也有用直流24V供電的。PLC對電源的穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值15%的范圍內(nèi)波動。PLC中都有一個穩(wěn)壓電源。上一頁下一頁返回3.2 PLC的基本組成3.2.2 PLC的軟件系統(tǒng)1.系統(tǒng)程序 系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設(shè)計編寫的，并存人PLC的系統(tǒng)存儲器中，用戶不能直接讀寫與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等。2.用戶程序 PLC的用戶程序是用戶利用PLC的編程語言，根據(jù)控制要求編制的程序。在PLC的應(yīng)用中，最重要的是用PLC的編程語言來編寫用戶程序，以

14、實現(xiàn)控制目的。上一頁下一頁返回3.2 PLC的基本組成PLC編程語言是多種多樣的，對于不同生產(chǎn)廠家、不同系列的PLC產(chǎn)品采用的編程語言的表達方式也不相同，但基本上可歸納兩種類型:一是采用字符表達方式的編程語言，如語句表等;二是采用圖形符號表達方式的編程語言，如梯形圖等。(1)梯形圖梯形圖語言是在傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達符號的基礎(chǔ)上演變而來的。它繼承了傳統(tǒng)電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運算方式和輸入輸出形式，具有形象、直觀、實用的特點，是PLC的第一編程語言，如圖3-8 (b)所示。上一頁下一頁返回3.2 PLC的基本組成(2)語句表這種編程語言是一種與匯編語言類似的

15、助記符編程表達方式。在PLC應(yīng)用中，經(jīng)常采用簡易編程器，而這種編程器中沒有CRT屏幕顯示，或沒有較大的液晶屏幕顯示。因此，就用一系列PLC操作命令組成的語句表將梯形圖描述出來，再通過簡易編程器輸入到PLC中。雖然各個PLC生產(chǎn)廠家的語句表形式不盡相同，但基本功能相差無幾。如圖3-8(c)所示。(3)邏輯圖邏輯圖包括與(AND)、或(OR)、非(NOT)以及定時器、計數(shù)器、觸發(fā)器等，如圖3-8 (d)所示。上一頁下一頁返回3.2 PLC的基本組成(4)功能表圖功能表圖語言(SFC語言)是一種較新的編程方法，又稱狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語言。它將一個完整的控制過程分為若干階段，各階段具有不同的動作，階段間有一定

16、的轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件滿足就實現(xiàn)階段轉(zhuǎn)移，上一階段動作結(jié)束，下一階段動作開始。(5)高級語言隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，近來為了增加PLC的運算功能和數(shù)據(jù)處理能力，方便用戶，許多大中型PLC已采用高級語言來編程，如BASIC ,C語言等。上一頁返回3.3 PLC的基本工作原理3.3.1掃描工作方式PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號(或地址號)作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。圖3-9所示為PLC工作過程框圖

17、。下一頁返回3.3 PLC的基本工作原理在執(zhí)行用戶程序前，PLC還應(yīng)完成內(nèi)部處理、通信服務(wù)與自診檢查。在內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊內(nèi)部硬件是否正常，監(jiān)視定時器復(fù)位以及完成其他一些內(nèi)部處理。在通信服務(wù)階段，PLC應(yīng)完成與一些帶處理器的智能模塊或與其他外設(shè)的通信，完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送任務(wù)、響應(yīng)編程器鍵人命令、更新編程器顯示內(nèi)容、更新時鐘和特殊寄存器內(nèi)容等工作。當(dāng)PLC處于停止(STOP)狀態(tài)時，只完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作。當(dāng)PLC處于運行狀態(tài)時，除完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)的操作外，還要完成輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理工作。上一頁下一頁返回3.3 PLC的基本工作原理3.3.2 PLC執(zhí)行程

18、序的過程PLC執(zhí)行程序必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段，如圖3-10所示。PLC在輸入采樣階段:首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段:按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。上一頁下一頁返回3.3 PLC的基本工作原理輸出刷新階段:當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式(繼電器、晶體

19、管或晶閘管)輸出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。PLC執(zhí)行程序的過程分三個階段，即輸入采樣(輸入處理)階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新(輸出處理)階段。上一頁返回3.4 PLC的分類3.4.1按結(jié)構(gòu)形式分類 根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。 整體式PLC是將電源,CPU,I/O接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式PLC由不同I/O點數(shù)的基本單元(又稱主機)和擴展單元組成。基本單元內(nèi)有cPU, I/O接口、與I/O擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內(nèi)只有I/O和電源等，沒有

20、CPU。下一頁返回3.4 PLC的分類模塊式PLC是將PLC各組成部分，分成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊(有的含在CPU模塊中)以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。上一頁下一頁返回3.4 PLC的分類3.4.2 按功能分類根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。 (1)低檔PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入/輸出、算術(shù)運算

21、、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。上一頁下一頁返回3.4 PLC的分類 (2)中檔PLC除具有低檔PLC的功能外，還具有較強的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程I/O 、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。 (3)高檔PLC除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其他特殊功能函數(shù)的運算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。上一頁下一頁返回3.4 P

22、LC的分類3.4.3按I/O點數(shù)分類按I/O點數(shù)可分為小型、中型和大型三類。.型PLC的I/O點數(shù)在256點以下，其中小于64為超小型或微型PLC;中型PLC的I/O點數(shù)在256-2 048點之間;.大型PLC的I/O點數(shù)在2 048點以上，其中I/O點數(shù)超過8 192點為超大型PLC。上一頁返回3.5常用PLC及其性能3.5.1三菱系列PLC組成及性能1. F1系列PLC組成及其功能 F1系列可編程序控制器由日本三菱公司生產(chǎn)，目前有多種機型。其中F1系列PLC屬于小型低檔機，整體式結(jié)構(gòu)，包括基本單元、擴展單元、特殊功能單元。每個PLC控制系統(tǒng)必須要有一臺主機，若要增加輸入輸出點數(shù)，應(yīng)連接擴展

23、單元;若要增加控制功能，則可連接特殊功能單元，如高速計數(shù)單元、位置控制單元、模擬量單元等。 F1系列PLC的芯片為8039單片機芯片，執(zhí)行速度平均為12 us/步。程序容量為 1000步。其基本單元和擴展單元的型號規(guī)格見表3-2。下一頁返回3.5常用PLC及其性能擴展單元的外形與基本單元基本一樣，但擴展單元內(nèi)部沒有CPU,ROM,RAM等，所以不能單獨使用，只能與基本單元一起使用，作為基本單元輸入輸出點數(shù)的擴充。通過選用不同的基本單元與擴展單元連接使用，可方便地構(gòu)成12-120點輸入輸出的PLC系統(tǒng)。例如:F1 -60MR與F1-40ER配接，可構(gòu)成I/O為100點的PLC系統(tǒng)。 F1系列PLC編程器主要有F1-20P-E簡易編程器，GP-20F-E便攜式圖形編程器，GP-80-F2A-E大型多功能圖形編程器。另外F1系列PLC還可使用MEDOC軟件包，與個人計算機通信，利用個人計算機編程，程序用梯形圖表達?？芍苯语@示在屏幕上，操作方便。F1系列PLC的性能指標(biāo)見表3-3。上一頁下一頁返回3.5常用PLC及其性能 2. FX2系列PLC FX2系列是1991年推出的一種整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式小型PLC，由基本