1、第5章 PLC系統(tǒng),本章要點(diǎn) 1.了解PLC結(jié)構(gòu)與工作原理,本章目錄,5.1 PLC的簡述 5.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 5.3 PLC的指令與編程 5.4 應(yīng)用舉例,5.1.1 可編程序控制器的產(chǎn)生和現(xiàn)狀 第一臺PLC是美國數(shù)字設(shè)備公司研制生產(chǎn)的，并成功地應(yīng)用到美國通用汽車公司(GM)的生產(chǎn)線上。它既具有繼電控制系統(tǒng)的外部特性，又具有計(jì)算機(jī)的可編程性、通用性和靈活性， 并開創(chuàng)了自動控制設(shè)備的新局面。 20世紀(jì)80年代， 國外工業(yè)界把引進(jìn)了微處理器的可編程序邏輯控制器正式命名為可編程序控制器(programmable controller，簡稱PC)。在我國，一部分技術(shù)人員為了將其與個人

2、計(jì)算機(jī)(personal computer，簡稱PC)區(qū)別開來，仍把可編程序控制器簡稱為PLC。,輸入/輸出為40個點(diǎn)的PLC。 上端為輸入端，有二排接點(diǎn)，共24個輸入點(diǎn)。 下端為輸出端，二排接點(diǎn)，共16個輸出點(diǎn)。,1985年1月， 國際電工委員會對可編程序控制器給出如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出， 控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備， 都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體，易于擴(kuò)充的原則設(shè)計(jì)”。,

3、5.1.2 可編程序控制器的特點(diǎn) 可編程序控制器專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，以用戶需要為主，又采用了先進(jìn)的微型計(jì)算機(jī)技術(shù)，具有以下顯著特點(diǎn)： （1） 可靠性高。 （2） 編程簡單、 使用方便。 （3）通用性好，具有在線修改能力。 （4） 縮短設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)試制周期，維護(hù)容易。 （5） 體積小。 PLC作為通用自動控制設(shè)備，可用于單一機(jī)電設(shè)備的控制，也可用于工藝過程的控制，而且控制精度相當(dāng)高，操作簡便，又具有很大的靈活性和可擴(kuò)展性。因此，PLC廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、化工、交通、電子、電力、 紡織、 印刷及食品等幾乎所有工業(yè)行業(yè)。,5.1.3 PLC的應(yīng)用 （1） 開關(guān)邏輯控制，這是PLC最

4、初也是最基本的應(yīng)用范圍。 可以用PLC取代繼電控制用于機(jī)床電氣、自動生產(chǎn)線、 高爐上料系統(tǒng)、電梯及自動生產(chǎn)線等控制系統(tǒng)中。 （2） 閉環(huán)控制PLC可用于閉環(huán)的位置控制和速度控制， 如軋鋼機(jī)、自動焊機(jī)等。大型PLC都配有PID調(diào)節(jié)功能， 能完成諸如鍋爐、冷凍、反應(yīng)堆、水處理及釀酒等閉環(huán)系統(tǒng)的過程控制。 （3） 機(jī)械加工的數(shù)字控制。 （4） 機(jī)器人控制。目前，機(jī)器人在工廠自動化網(wǎng)絡(luò)中和生產(chǎn)線上得到越來越多的普遍使用。 （5） 組成多級分布式控制系統(tǒng)。 PLC控制技術(shù)已在世界范圍內(nèi)廣為流行，國際市場競爭相當(dāng)激烈，產(chǎn)品更新也很快。 ,5.1.4 可編程序控制器的分類 1 按照點(diǎn)數(shù)、 功能不同分類 根據(jù)

5、輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)、 存儲器容量和功能， PLC分為小型、中型和大型三類。 2 按照結(jié)構(gòu)形狀分類 根據(jù)PLC各組件的組合結(jié)構(gòu)，可將PLC分為整體式和機(jī)架模塊式兩種 3 按照使用情況分類 根據(jù)使用情況又可將PLC分為通用型和專用型兩類。,本章目錄,5.1 PLC的發(fā)展概況和主要特點(diǎn) 5.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 5.3 PLC的指令與編程 5.4 應(yīng)用舉例,5.2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu),CPU模塊 I/O模塊 編程器 電源 接口,PLC 編程器,7-1,1、中央處理單元CPU CPU是PLC的核心部件，由運(yùn)算器和控制器組成。主要用于：接收并存儲從編程器輸入的用戶程序；檢查編程過程是否

6、出錯；進(jìn)行系統(tǒng)診斷；解釋并執(zhí)行用戶程序；完成通信及外設(shè)的某些功能。 2、存儲器 存儲器有三種 。 系統(tǒng)程序存儲器。用于存放系統(tǒng)程序，這些程序在PLC出廠前就已經(jīng)固化到只讀存儲器ROM中。第一部分為系統(tǒng)管理程序；第二部分為用戶指令解釋程序；第三部分為標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序。 用戶程序存儲器。用于存儲PLC用戶的應(yīng)用程序，在調(diào)試階段，用戶程序存放在讀寫存儲器RAM中，可由備用電池（一般為鋰電池）保存23年。 工作數(shù)據(jù)存儲器 。工作數(shù)據(jù)存儲器用來存儲工作數(shù)據(jù)，即用戶程序中使用的 ON/OFF 狀態(tài)、數(shù)值數(shù)據(jù)等。,3 PLC的I/O模塊 輸入 / 輸出接口是 PLC 與外界連接的接口。 輸入接口用

7、來接收和采集兩種類型的輸入信號，一類是由按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)等的開關(guān)量輸入信號。另一類是由電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器等來的模擬量輸入信號。 輸出接口用來連接被控對象中各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）等。,輸入模塊,直流輸入接口單元電路,繼電器輸出 晶體管輸出 晶閘管輸出,輸出模塊,電源 一般市電（220） 直流24V PLC有24V（DC直流）輸出。 編程器 外圍設(shè)備 利用編程器將用戶程序送入PLC的存儲器，檢查程序。,5.2.2 PLC的工作原理,PLC有兩種工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)和停止

8、（STOP）狀態(tài)。 在運(yùn)行狀態(tài)，PLC通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時地響應(yīng)隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直到PLC停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。 除了執(zhí)行用戶程序外，每次循環(huán)過程中，PLC不還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5 個階段。 PLC的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。,掃描周期 在工作狀態(tài)下，執(zhí)行一次上圖所示的掃描操作所需的時間稱為掃描周期。其典型值為1-100ms。,1.輸入采樣階段。 PLC 首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入內(nèi)存中各對應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時，輸入映

9、像寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段，此時輸入影響寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。 2 程序執(zhí)行階段。 根據(jù) PLC 梯形圖程序”先左后右，先上后下”掃描原則進(jìn)行逐句掃描。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時， PLC 就從輸入映像寄存器“讀入”上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件 ( “軟繼電器” ) 的當(dāng)前狀態(tài)。然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。對元件映像寄存器來說，每一個元件 ( “軟繼電器” ) 的狀

10、態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而變化。 3 輸出刷新階段。 在所有指令執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通 / 斷開）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式輸出，驅(qū)動外部負(fù)載。,可編程控制器的主要性能指標(biāo) 1 I / O點(diǎn)數(shù) I / O點(diǎn)數(shù)是指可編程控制器組成控制系統(tǒng)時所能接入的輸入輸出信號的最大數(shù)量，即可編程控制器外部輸入、輸出端子數(shù)。通常，在總點(diǎn)數(shù)中，輸入點(diǎn)數(shù)大于輸出點(diǎn)數(shù)，且輸入與輸出點(diǎn)不能相互替代。 2 掃描速度 一般以執(zhí)行 1000 步指令所需的時間來衡量，單位為毫秒 / 千步。也有以執(zhí)行一步指令時間計(jì)，單位為微秒 / 步。 3 存儲器容量 可編程控制器中程序指令是按“

11、步”存放的，一“步”占用一個地址單元，一個地址單元一般占用兩個字節(jié)。如存儲容量為 1000 步的可編程控制器，其存儲容量為 2K 字節(jié)。 4 編程語言 可編程控制器采用梯形圖、布爾助記符、菜單圖、功能模塊圖和語言描述等編程語言。,本章目錄,5.1 PLC的發(fā)展概況和主要特點(diǎn) 5.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 5.3 PLC的指令與編程 5.4 應(yīng)用舉例,1. 梯形圖 2. 邏輯功能圖 3. 指令語句表 4. 邏輯代數(shù)式,本章目錄,5.1 PLC的發(fā)展概況和主要特點(diǎn) 5.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 5.3 PLC的指令與編程 5.4 應(yīng)用舉例,PLC在電動機(jī)控制中的應(yīng)用,異步電動機(jī)單方向運(yùn)行主電路與控制電路，其中： SB1：起動按鈕 SB2：停止按鈕 FR：熱繼電器 KM：接觸器 FU1、FU2：熔斷器 QS：刀開關(guān) L1、L2、L3：電源引入線,1.異步電動機(jī)控制電路,KM,Q0,繼電接觸器控制電路轉(zhuǎn)換成PLC梯形圖的形狀 SB1I0 SB2I1 KM Q0,2.