电气控制PLC第四章可编程序控制器基础知识

电气控制与可编程序控制器主编黄净第四章可编程序控制器基础知识第一节概述第二节PLC控制系统与继电器控制系统的比较第三节PLC的基本组成第四节PLC的基本工作原理第五节PLC的分类第一节概述一、可编程序控制器的定义及发展史二、可编程序控制器的特点及基本功能三、PLC的应用领域和发展趋势一、可编程序控制器的定义及发展史1.可编程序控制器的定义2.可编程序控制器的发展史表4-1各代PLC的特点与应用范围二、可编程序控制器的特点及基本功能1.可编程序控制器的特点(1)编程简单，易于掌握PLC的设计者充分考虑到现场技术人员的技能和习惯，经常采用的是梯形图方式的编程语言，它与继电器控制原理图相似，具有直观、清晰、修改方便、易掌握等优点，即便未掌握专门计算机技术的人也能很快熟悉，因而受到了广大现场技术人员的欢迎。(2)可靠性高，抗干扰能力强PLC是专为工业控制而设计的，由于采取了一系列的措施，使之在恶劣的工业环境下仍能保证很高的可靠性，一般平均无故障时间可达到4～5万小时，远远超过以往继电器控制系统和计算机控制系统。(3)通用性好PLC品种多，档次高。二、可编程序控制器的特点及基本功能(4)功能强PLC运用了计算机、电子技术和集成工艺的最新技术，在硬件和软件两方面不断发展，使其具备很强的信息处理能力，可进行逻辑、定时、计数和步进等控制，能完成A/D与D/A转换、数据处理和通信联网等功能，随着PLC技术的不断发展，其功能也会不断增强。(5)开发周期短PLC在许多方面是以软件编程来取代硬件接线实现控制功能，大大减轻了繁重的安装接线工作，且编程简单，程序设计和调试修改也很方便安全，因此，大大缩短了PLC控制系统的开发周期。(6)体积小，使用方便由于PLC采用了半导体集成电路，其体积小、重量轻、结构紧凑、功耗低，是机电技术的理想控制器。2.PLC的基本功能二、可编程序控制器的特点及基本功能(1)逻辑控制PLC具有逻辑运算功能，它设置有“与”、“或”、“非”等逻辑指令，能够描述继电器触点的串联、并联、串并联、并串联等各种连接。(2)定时控制PLC具有定时控制功能。(3)计数控制PLC还具有计数功能。(4)步进控制PLC能完成步进控制功能。(5)A/D、D/A转换有些PLC还具有“模数”转换(A/D)和“数模”转换(D/A)功能，能完成对模拟量的控制与调节。(6)数据处理有的PLC还具有数据处理能力，并具有并行运算指令，如能对两个数据并行传送、比较和逻辑运算，进行数据检索、比较、数制转换等操作。二、可编程序控制器的特点及基本功能(7)通信与联网有些PLC采用了通信技术，可以进行远程I/O控制，多台PLC之间可以进行同位链接，计算机作为上位机可对其发布命令并返回执行结果。(8)监控控制PLC具有较强的监控功能。三、PLC的应用领域和发展趋势练习1.什么是可编程序控制器？它有哪些主要特点？其发展方向如何？2.PLC具有可靠性高、抗干扰能力强的主要原因是什么？第二节PLC控制系统与继电器控制系统的比较一、接线程序控制与存储程序控制的基本概念二、ＰLＣ的等效电路三、PLC控制系统与传统继电器控制系统的区别一、接线程序控制与存储程序控制的基本概念图4-3接触器控制单向旋转电路a)主电路b)接触器控制电路c)PLC输入输出接线二、ＰLＣ的等效电路图4-4PLC控制系统等效电路图三、PLC控制系统与传统继电器控制系统的区别1)继电器控制系统采用许多硬器件、硬触点和“硬”接线连接组成逻辑电路实现逻辑控制要求，而且易磨损、寿命短；而PLC控制系统内部大多采用“软”继电器、“软”接点和“软”接线连接，其控制逻辑由存储在内存中的程序实现，且无磨损现象，寿命长。2)继电器控制系统体积大、连线多，PLC控制系统结构紧凑、体积小、连线少。3)继电器控制系统功能改变需拆线、接线乃至更换元器件，比较麻烦；而PLC控制功能改变，一般仅修改程序即可，极其方便。4)继电器控制系统中硬继电器的触点数量有限，用于控制用的继电器触点数一般只有4～8对，而PLC每只软继电器供编程用的触点数有无限对，使PLC控制系统有很好的灵活性和扩展性。三、PLC控制系统与传统继电器控制系统的区别5)在继电器控制系统中，为了达到某种控制目的，要求安全可靠，节约触点用量，因此，设置了许多制约关系的联锁环节；在PLC中，由于采用扫描工作方式，不存在几个并列支路同时动作的因素，因此设计过程大为简化，可靠性增强。6)PLC控制系统具有自检功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。练习1.PLC控制系统与传统继电器控制系统的主要区别是什么？2.为什么PLC中“软”继电器的触点用于内部编程时可无限次使用？第三节PLC的基本组成一、ＰLC的硬件结构二、PLC的软件系统一、ＰLC的硬件结构图4-5PLC硬件结构简化框图一、ＰLC的硬件结构1.主机(1)CPＵ1)接收从编程器、上位机或其他外围设备输入的用户程序、数据等信息。2)用扫描方式接收输入设备的状态或数据，并存入指定输入存储单元或数据寄存器中。3)诊断电源、PLC内部电路故障和编程过程中存在的语法错误。4)在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经指令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去开启关闭有关控制电路，分时、分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换动作，完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务。一、ＰLC的硬件结构5)根据运算结果，更新有关标志位数据寄存器和输出寄存器的内容，再由输出寄存器的位状态或数据寄存器的有关内容，实现输出控制、制表打印或数据通信等外部功能。(2)存储器PLC内部配有两种不同类型的存储器，一种是只读存储器ROM、PROM、EPROM、EEPROM，用来固化PLC生产厂家编写的系统工作程序，用户无法更改或调用。(3)输入/输出模块(I/O模块)I/O模块又称I/O接口电路，是PLC与工业现场被控对象之间的连接部件。1)输入模块：输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。一、ＰLC的硬件结构图4-6PLC的输入电路一、ＰLC的硬件结构2)输出模块：输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应管(MOSFET)，驱动交流负载的双向晶闸管，以及既可以驱动交流负载又可以驱动直流负载的小型继电器。图4-7PLC的输出电路2.编程器和其他外围设备(1)编程器编程器主要由键盘、显示器、工作方式选择开关和外存储器接插口等部件组成。一、ＰLC的硬件结构(2)其他外围设备根据系统软件控制需要，PLC还可以通过自身的专用通信接口连接一些其他外围设备，例如盒式磁带机、EPROM写入器、打印机、图形监控器等。3.电源4.I/O扩展机二、PLC的软件系统1.系统程序(1)系统管理程序由它决定系统的工作节拍，包括PLC运行管理(各种操作的时间分配安排)、存储空间管理(生成用户数据区)和系统自诊断管理(如电源、系统出错，程序语法、句法检验等)。(2)用户程序编辑和指令解释程序编辑程序能将用户程序变为内码形式以便于程序的修改、调试。(3)标准子程序与调用管理程序为提高运行速度，在程序执行中某些信息处理(如I/O处理)或特殊运算等是通过调用标准子程序来完成的。2.用户程序(1)梯形图这是目前PLC应用最广、最受电气技术人员欢迎的一种编程语言。二、PLC的软件系统(2)语句表这是一种与汇编语言类似的编程语言，它采用助记符指令，并以程序执行顺序逐句编写成语句表。(3)逻辑符号图逻辑符号图包括与(AND)、或(OR)、非(NOT)以及定时器、计数器、触发器等，如图4-8d所示。二、PLC的软件系统图4-8继电器控制电路图与PLC编程语言a)继电器控制电路图b)PLC梯形图c)语句表d)逻辑符号图(4)功能表图又称为状态转换图，简称SFC编程语言。二、PLC的软件系统(5)高级语言随着软件技术的发展，近来为了增加PLC的运算功能和数据处理能力，方便用户，许多大中型PLC已采用高级语言来编程，如BASIC、C语言等。练习1.PLC硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？2.开关量交流输入单元与直流输入单元各有什么特点？它们分别适用于什么场合？3.开关量输出单元有几种输出方式？各适合什么样的负载？4.PLC输入/输出有哪几种接线方式？5.PLC软件系统如何组成？常用的编程语言有哪几种？第四节PLC的基本工作原理一、扫描工作方式二、PLC执行程序的过程一、扫描工作方式图4-9PLC工作过程框图二、PLC执行程序的过程图4-10PLC的工作过程1.输入处理阶段二、PLC执行程序的过程2.程序执行阶段3.输出刷新阶段练习1.简述PLC的扫描工作过程。2.PLC扫描过程中输入映像寄存器和输出映像寄存器各起什么作用？一、按结构型式分类二、按I/O点数分类三、按功能分类第五节PLC的分类三、按功能分类练习1.PLC如何分类？2.整体式结构与模块式结构PLC各有什么特点？