1、可編程序控制器概述,可編程序控制器基礎,1.1 什么是可編程序控制器？,它是一種在繼電器控制和計算機控制基礎上開發(fā)出來的工業(yè)自動控制裝置。,廣泛應用在各種機械和生產(chǎn)過程的自動控制中為工業(yè)自動化提供了有力的工具。,可編程邏輯控制器（即Programmable Logic Controller ，簡稱 PLC ）用軟件來取代傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等低壓電器，使整個設計、安裝、接線等工作量大大減少，有效縮短施工周期。PLC通過檢查輸入點的狀態(tài)，執(zhí)行用戶輸入的程序（通常通過軟件編輯），PLC給出相應的執(zhí)行結(jié)果，從而控制輸出點的輸出狀態(tài)（閉合與斷開）。,PLC技術

2、之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，主要是因為它具有許多獨特的優(yōu)點。它較好地解決了工業(yè)領域中普遍關心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。, 可靠性高、抗干擾能力強, 編程簡單、使用方便, 功能完善、通用性強, 設計安裝簡單、維護方便, 體積小、重量輕、能耗低,1.2 PLC的特點,可靠性高、抗干擾能力強,可靠性高、抗干擾能力強是PLC最重要的特點之一。PLC的平均無故障時間可達幾十萬個小時 。 硬件方面：I/O接口采用采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源的影響；對供電電源及線路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾；對CPU等重要部件采用良好的導電、導磁材料進行屏蔽，以減少空間

3、電磁干擾；對有些模塊設置了聯(lián)鎖保護、自診斷電路等。 軟件方面：采用掃描工作方式，減少了外界的干擾；設有故障檢測和自診斷程序，能對系統(tǒng)硬件電路等故障實現(xiàn)檢測和判斷；當由干擾引起故障時，能立即將當前重要信息加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫操作，一旦正常后，便可恢復到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作。, 編程簡單、使用方便,目前，各種PLC都采用梯形圖語言為第一編程語言，它是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程語言。梯形圖與電器控制線路圖相似，形象、直觀，不需要掌握計算機知識，很容易讓廣大工程技術人員掌握。當生產(chǎn)流程需要改變時，可以現(xiàn)場改變程序，使用方便、靈活。 同時，PLC編程器的操作和使用也很簡單。這也是

4、PLC獲得普及和推廣的主要原因之一。 許多PLC還針對具體問題，設計了各種專用編程指令及編程方法，進一步簡化了編程。, 功能完善、通用性強,現(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制等功能，而且還具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運算、數(shù)據(jù)處理、PID控制、通信聯(lián)網(wǎng)以等許多功能。 同時，由于PLC產(chǎn)品的系列化、模塊化，有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。, 設計安裝簡單、維護方便,由于PLC用軟件代替了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的硬件，控制柜的設計、安裝接線工作量大為減少。 PLC的用戶程序大部分可在實驗室進行模擬調(diào)試，縮短了應用設計和調(diào)試周期。 在維修方面，由于PLC的

5、故障率極低，維修工作量很?。欢襊LC具很強的自診斷功能，如果出現(xiàn)故障，可根據(jù)PLC上指示或編程器上提供的故障信息，迅速查明原因，維修極為方便。,體積小、重量輕、能耗低,PLC結(jié)構緊湊、體積小、能耗低，因而是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備,1.3 PLC的應用領域,1、開關量的邏輯控制,2、模擬量控制,3、機械運動控制,4、通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制,5、數(shù)據(jù)處理,1.4 PLC發(fā)展趨勢,1、方便靈活和小型化,2、高功能和大型化,所謂小型化發(fā)展指：向體積小、價格低、速度快、功能強、標準化和系列化發(fā)展。,所謂大型化發(fā)展指：向大容量、高可靠性、高速度、高功能、網(wǎng)絡化發(fā)展。,PLC的一般結(jié)構和基本工作原理,

6、2.1 PLC的基本結(jié)構,輸,入,輸,出,數(shù),據(jù),存,儲,輸,入,接,口,中,央,處,理,單,元,存,儲,器,輸,出,接,口,數(shù)據(jù)總線,電源單元,編,程,單,元,地址總線,控制總線,地址總線,控制總線,開關或傳感器,繼電器觸點,行程開關,模擬量輸入,照明,電磁裝置,電動機,其他執(zhí)行裝,置或接觸器,1、中央處理單元（CPU）： 一般由控制電路、運算器、寄存器組成。,CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路進行連接。,CPU的主要功能： 1、從存儲器中讀取指令。 2、執(zhí)行指令。如：讀取輸入信號、取出操作數(shù)、進行邏輯運算或算術運算，將結(jié)果輸出給有關部分。 3、準備取下一條指

7、令。 4、處理中斷。,2、存儲器： 是具有記憶功能的半導體電路，用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他信息。,系統(tǒng)程序：用來控制和完成PLC各種功能的程序，是PLC廠家固化在只讀存儲器ROM中的程序。,用戶程序：指使用者根據(jù)工程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序，可通過編程器或計算機修改和增刪。,用戶程序存儲器：用來存放由編程器或計算機輸入的用戶程序。,存儲器類型： 1、只讀存儲器ROM。 內(nèi)容由廠家直接寫入的系統(tǒng)程序，并固化在其中。（系統(tǒng)失電后，內(nèi)容不會丟失） 2、隨機存儲器RAM。（可讀可寫存儲器） 讀出時，RAM內(nèi)容不會被破壞，寫入時，新內(nèi)容覆蓋原來的信息。,3、電源部件 為PL

8、C提供工作電壓的供電部分。多采用開關式穩(wěn)壓電源供電,4、輸入、輸出部分（I/O接口電路） PLC與被控設備相連接的接口電路。 輸入接口電路：由光電耦合電路和微電腦輸入接口電路組 成。 輸出接口電路：繼電器輸出型 晶閘管輸出型 晶體管輸出型,PLC的基本邏輯結(jié)構,中 央 處 理 器,C P U,輸 入 接 口,光 耦 合,輸入接線端子 輸出接線端子,EPROM,盒式存儲器,外,存,接,口,其,它,接,口,鍵,盤,與,顯,示,輸 出 接 口,繼 電 器 或,晶 體 管,ROM,RAM,A/D D/A,計算機,其他設備,內(nèi)存儲器,2.2 PLC工作原理,PLC的工作就是對一段程序連續(xù)掃描。我們可以把

9、這種掃描過程分為三個重要階段，即： 輸入采樣階段 程序執(zhí)行階段 輸出刷新階段,PLC執(zhí)行程序的過程,步驟1檢查輸入狀態(tài)：首先，PLC順次檢查每個輸入點狀態(tài)（閉合還是斷開）。將這些狀態(tài)數(shù)據(jù)存入內(nèi)存，以便在執(zhí)行下一步程序時使用。,PLC執(zhí)行程序的過程,步驟2執(zhí)行程序：然后，PLC執(zhí)行程序，每次執(zhí)行一步。 例如：如果輸入點X0閉合，那么輸出點M0閉合。因為PLC在上一步程序執(zhí)行中已知道輸入點的開關狀態(tài)，所以能夠根據(jù)輸入點X0的狀態(tài)，決定輸出點是否應該閉合。PLC將執(zhí)行結(jié)果存入內(nèi)存，為下一步程序執(zhí)行做準備。,PLC執(zhí)行程序的過程,步驟3刷新輸出結(jié)果：最后，PLC刷新輸出點的狀態(tài)。刷新的根據(jù)是第一步中讀

10、取的輸入點狀態(tài)和第二步中程序執(zhí)行的結(jié)果。,PLC執(zhí)行程序的過程,執(zhí)行完畢，PLC返回到步驟1，重復執(zhí)行以上步驟。一次掃描時間（one scan time）就是PLC執(zhí)行以上三個步驟所需的總的時間。,PLC工作方式, 當PLC運行時，需要進行眾多的操作 而 PLC的CPU不可能同時去執(zhí)行多個操作， 每一刻只能執(zhí)行一個操作 。, 解決的辦法：采用分時操作原理 由于CPU的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看， PLC外部出現(xiàn)的結(jié)果幾乎是同時完成的。 這種分時操作的方法稱為掃描工作方式,從0000首地址存放的第一條用戶程序開始，到用戶程序的最后一個地址，不停地周期性掃描，每掃描一次，用戶程序就執(zhí)行一次

11、。,PLC一個掃描工作周期,與編程器,計算機等通信,PLC完成這五個階段工作過程稱一個掃描周期。 T=（讀入一點時間輸入點數(shù)）+（運算速度程序步數(shù)）+（讀出一點時間輸出點數(shù)） 掃描時間的長短取決于程序的長短,PLC掃描工作方式的特點,集中采樣： 在一個掃描周期中，對輸入狀態(tài)的采樣只在輸入處理階段進行。當PLC進入程序處理階段后輸入端將被封鎖，直到下一個掃描周期的輸入處理階段才對輸入狀態(tài)進行重新采樣。,集中輸出： 在用戶程序中如果對輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個掃描周期內(nèi)，只在輸出處理階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對輸出接口進行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存

12、器中。,PLC掃描工作方式的特點(集中采樣、集中輸出的優(yōu)點), 提高了抗干擾能力，增強了系統(tǒng)可靠性 PLC工作時大多數(shù)時間與外部輸入/輸出設備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強了系統(tǒng)的可靠性。,PLC掃描工作方式的特點(集中采樣、集中輸出的缺點), 降低了系統(tǒng)的響應速度,PLC輸入輸出響應滯后：當PLC輸入端輸入信號發(fā)生變化到PLC輸出端對該輸入變化作出反應，需要一段時間。對一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。, 對于小型PLC: I/O點數(shù)較少、用戶程序較短 一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式, 而對于大中型PLC: I/O點數(shù)較多，控制功能強，用戶程序較長，為提高系統(tǒng)響應速度，

13、采用定期采樣、定期輸出方式或中斷輸入、輸出方式以及采用智能I/O接口等多種方式,PLC掃描工作方式的特點,3 PLC的編程語言,幾種常見的PLC編程語言 1.梯形圖語言 2.助記符語言 3.邏輯圖語言,松下電工FP型PLC的編程方法,商用個人計算機,NPST-GR,軟件,(IBM PC-AT或100兼容機),RS232C,接口,控制單元,外設電纜,適配器,電纜,背面外觀,RS232C,RS232C/RS422,FP1,FP1,松下電工FP型PLC的編程方法,控制單元,外設電纜,FP1,FP1,FP,編程器,1.梯形圖語言 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

14、上演變而來的。它與電器控制線路圖相似，繼承了傳統(tǒng)電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構、邏輯運算方式和輸入輸出形式，具有形象、直觀、實用的特點。因此，這種編程語言為廣大電氣技術人員所熟知，是應用最廣泛的PLC的編程語言，是PLC的第一編程語言。,例如：,2. 助記符語言 這種編程語言是一種與匯編語言類似的助記符編程表達方式。在PLC應用中，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。,例如：,ST X 1；邏輯行開

15、始 OR Y 0；并聯(lián)，或 AN/ X 2；串聯(lián)，與 OT Y 0；輸出 ST X 3；邏輯行開始 OT Y 1；輸出,3.邏輯圖語言 邏輯圖是一種類似于數(shù)字邏輯電路結(jié)構的編程語言，由與門、或門、非門、定時器、計數(shù)器、觸發(fā)器等邏輯符號組成。有數(shù)字電路基礎的電氣技術人員較容易掌握,例如：,X1,Y0,X2,Y0,4 PLC的性能指標,1、存儲容量 存儲容量是指用戶程序存儲器的容量。用戶程序存儲器的容量大，可以編制出復雜的程序。一般來說，小型PLC的用戶存儲器容量為幾千字，而大型機的用戶存儲器容量為幾萬字。 2、I/O點數(shù) 輸入/輸出（I/O）點數(shù)是PLC可以接受的輸入信號和輸出信號的總和，是衡量

16、PLC性能的重要指標。I/O點數(shù)越多，外部可接的輸入設備和輸出設備就越多，控制規(guī)模就越大。,3、掃描速度 掃描速度是指PLC執(zhí)行用戶程序的速度，是衡量PLC性能的重要指標。一般以掃描1K字用戶程序所需的時間來衡量掃描速度，通常以ms/K字為單位。PLC用戶手冊一般給出執(zhí)行各條指令所用的時間，可以通過比較各種PLC執(zhí)行相同的操作所用的時間，來衡量掃描速度的快慢。 4、指令的功能與數(shù)量 指令功能的強弱、數(shù)量的多少也是衡量PLC性能的重要指標。編程指令的功能越強、數(shù)量越多，PLC的處理能力和控制能力也越強，用戶編程也越簡單和方便，越容易完成復雜的控制任務。,5、內(nèi)部元件的種類與數(shù)量 在編制PLC程序

17、時，需要用到大量的內(nèi)部元件來存放變量、中間結(jié)果、保持數(shù)據(jù)、定時計數(shù)、模塊設置和各種標志位等信息。這些元件的種類與數(shù)量越多，表示PLC的存儲和處理各種信息的能力越強。 6、特殊功能單元 特殊功能單元種類的多少與功能的強弱是衡量PLC產(chǎn)品的一個重要指標。近年來各PLC廠商非常重視特殊功能單元的開發(fā)，特殊功能單元種類日益增多，功能越來越強，使PLC的控制功能日益擴大 。,7、可擴展能力 PLC的可擴展能力包括I/O點數(shù)的擴展、存儲容量的擴展、聯(lián)網(wǎng)功能的擴展、各種功能模塊的擴展等。在選擇PLC時，經(jīng)常需要考慮PLC的可擴展能力。,5 PLC的分類,1、按I/O點數(shù)劃分； 2、按結(jié)構形式劃分 3、按功能

18、劃分 ；,1、PLC的分類（按I/O點數(shù)分類）,根據(jù)PLC的I/O點數(shù)，PLC分為小型、中型和大型三類。,1）小型PLC I/O點數(shù)為256點以下的為小型PLC （其中I/O點數(shù)小于64點的為超小型或微型PLC）,2）中型PLC I/O點數(shù)為256點以上、2048點以下的為中型PLC,3）大型PLC I/O點數(shù)為2048以上的為大型PLC （其中I/O點數(shù)超過8192點的為超大型PLC）,這個分類界限不是固定不變的，它隨PLC的發(fā)展而變化。,2、PLC的分類（按結(jié)構形式分類）,根據(jù)PLC的結(jié)構形式，可將PLC分為整體式、模塊式疊裝式三類。,1）整體式 PLC 將電源、CPU、I/O接口等部件都

19、集中裝在一個機箱內(nèi)， 具有結(jié)構緊湊、體積小、價格低的特點。 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?；締卧獌?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CPU。基本單元和擴展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。 小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構。,整體式PLC,2）模塊式 PLC 將PLC各組成部分分別作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

20、式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)需要選配不同模塊組成一個系統(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。,模塊式PLC,3）疊裝式 PLC 還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來。 疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。,3、 PLC的分類（按功能分類）,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、算術運算、數(shù)據(jù)傳送和比較

21、、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系統(tǒng),2）中檔PLC 具有低檔PLC功能外，具有較強的模擬量輸入/輸出、算術運算、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。有些還增設中斷、PID控制等功能,3）高檔PLC 具有中檔機功能外，增加帶符號算術運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)運算、制表及表格傳送等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構成分布式網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。,PLC控制系統(tǒng)設計步驟,硬件設計,軟件設計,確定控制要求,輸入/輸出口分配（I/O分配）,PLC外部接線設計,編程,現(xiàn)場調(diào)試并修改,保存程序,確定控制要求,設計PLC控制系統(tǒng)之前，必須要了解該PLC系統(tǒng)需要完成什么樣的任務。系統(tǒng)的控制要求有時候很清楚，比如設計個三相交流異步電動機的星-三角啟動控制線路；有時候系統(tǒng)的控制要求不是很清楚，比如需要改造一臺舊設備時，可能要加入新的功能，那么這時候就需要重新確定系統(tǒng)的控制要求，知道整個系統(tǒng)有哪些輸入信號，有