plc课件

可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页目录PLC的产生与发展§1PLC的结构与特点§2PLC的工作原理可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页第一章可编程序控制器概论可编程序控制器(ProgrammableLogicController,简称PLC)是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。简称PC或PLC世界上第一台PLC1969年由美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）的要求研制成功。PLC的产生与发展可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页◆背景：1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。◆设计思想：吸取继电器和计算机两者的优点☆继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但简单易懂、价格便宜；☆计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程困难；☆采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页70年代初期：仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）◆70年代中期：微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能◆80年代以后：随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页◆近年来PLC发展迅速PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，已成为自动化工程的核心设备。PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。就全世界自动化市场的过去、现在和可以预见的未来而言，PLC仍然处于一种核心地位。•尽管PC（通用工业控制计算机）控制有了较大进展，但只能对高端的PLC产品形成竞争；小型、超小型PLC的发展势头仍然主导；PLC和PC控制在今后可能相互融合。可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页PLC的产家呈现出多元化的特点，目前主要是跨国公司占主导地位，尽管控制方法类似，但没有统一的语言系统。PLC三大流派自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。各国PLC都有自己的特色。●欧洲：西门子（Siemens）；法国的TE（Telemecanique）●美国：A-B（Allen-Bradly）、GE（GeneralElectric）●日本：三菱电机（MitsubishiElectric）、欧姆龙（OMRON）、FUJI（日本主要发展中小型PLC，其小型机性能先进，结构紧凑，价格便宜）目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页S7-200S7-300S7-400LOGO可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页SLC500可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页■我国PLC发展情况目前，国内PLC生产厂家有30余家，并有迹象显示，更多的来自于原PLC应用的技术人员准备加入到小型PLC开发的行列。但在目前上市的众多PLC产品中，还没有形成规模化的生产和名牌产品。从技术角度来看，国内外的小型PLC差距正在缩小。如无锡信捷、兰州全志等公司生产的微型PLC已经比较成熟，有些国产PLC（如和利时、科迪纳）已经拥有符合IEC标准的编程软件、支持了现场总线技术等。面对国际厂商数十年的规模化生产和市场管理经验，国内厂商更多地只停留在小批量生产和维系生存的起步阶段，离真正批量生产、市场化经营乃至创建品牌还有很长的路要走。与此同时，国产PLC的低价优势也正在受到新的挑战。可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页PLC的定义：1987年国际电工委员会（IEC）颁布的可编程控制器标准草案中对PLC作了如下的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等指令，并通过数字式和和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计”。§1PLC的结构与特点可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页一、PLC的基本结构PLC从电气控制演化而来，实际上是利用专用的工业控制计算机实现电控柜的功能，实现控制手段的柔性化。电器控制系统结构PLC控制系统结构作为计算机，具备计算机常用的硬件基本构成：可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页PLC的基本组成包括硬件与软件两部分PLC的硬件：中央处理器（CPU）、存储器、输入接口、输出接口、通信接口、电源等PLC的软件：系统程序和用户程序PLC的硬件结构如下图所示：可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页（一）PLC中的CPU及作用PLC中常采用的CPU有三类：1)通用微处理器（如Z80、8086、80286等）2)单片微处理器（如8031、8096等）3)位片式微处理器(如AMD29W等)可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页小型PLC：大多采用8位通用微处理器和单片微处理器，中型PLC：大多采用16位通用微处理器或单片微处理器大型PLC：大多采用高速位片式微处理器（32位）小型PLC为单CPU系统，中、大型PLC则大多为双CPU或多CPU系统。对于双CPU系统，一般一个为字处理器，一般采用8位、16位或32位处理器；另一个为位处理器，采用由各厂家设计制造的专用芯片。CPU的作用：按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作。归纳起来主要有以下五个方面：1）接收并存储编程器或其它外设输入的用户程序或数据。2）诊断电源、PLC内部电路故障和编程中的语法错误等3）接收并存储从输入单元（接口）得到现场输入状态或数据可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页4）逐条读取并执行存储器中的用户程序，并将运算结果存入存储器中。5）根据运算结果，更新有关标志位和输出内容，通过输出接口实现控制、制表打印或数据通讯等功能。（二）PLC中的存储器及作用存储器的作用：在PLC中，存储器主要用于系统程序、用户程序、数据存储器的类型：①可读/写操作的随机存储器RAM②只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页1、系统程序:系统程序是完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用、管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能。系统程序由PLC的制造厂家编写的，在PLC使用过程中不会变动，它和PLC的硬件组成有关，它关系到PLC的性能。系统程序由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中，用户不能访问和修改。2、用户程序:●用户程序是用户根据控制对象生产工艺及控制的要求而编制的应用程序。它是由PLC控制对象的要求而定的。PLC的编程语言（IEC61131-3中的5种PLC基本语言）在第三章讨论。可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页●为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在EPROM中。现在有许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。3、工作数据:●工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。它们存放在RAM中，以适应随机存取的要求。●在PLC的工作数据存储器中，设有存放输入/输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的。根据需要，部分数据在掉电时用后备电池维持其现有的状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页注：系统程序和工作数据与用户无直接联系◆在PLC产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是指用户程序存储器。◆当PLC提供的用户存储器容量不够用，许多PLC还提供有存储器扩展功能。（三）PLC中的输入/输出接口及作用输入/输出接口通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接通道。●PLC输入接口-----可以检测被控对象的各种数据，用这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据●PLC输出接口-----将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页1、I/O接口的作用：●电平转换功能：由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU的处理的信号是标准电平信号。●光电隔离和滤波功能，以提高PLC的抗干扰能力●通常还有状态指示，工作状况直观，便于维护2、I/O接口的类型：●开关量输入/输出接口●模拟量输入/输出接口3、开关量输入/输出接口◆常用开关量输入接口：①直流输入接口、②交流输入接口、③交/直流输入接口可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页◆常用开关量输出接口：①继电器输出接口（R）：响应速度慢、动作频率低，可驱动交流或直流负载②晶体管输出接口（S）：响应速度快、动作频率高，只能用于驱动直流负载③晶闸管输出接口（T）：响应速度快、动作频率高，只能用于驱动交流负载◆开关量I/O的接线方式按公共端子的不同连接方式，有三种基本形式：分隔式、汇点式、组合式，如图所示：可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页4、模拟量输入/输出接口●模拟量输入接口（A/D接口）分辨率（8位、10位、12位等）、量化误差、偏移误差、满刻度误差、线性度、精度等；许多PLC还有与热电阻或热电偶配套使用的A/D接口●模拟量输出接口（D/A接口）分辨率（8位、10位、12位等）、精度、线性度、稳定时间等5、输入/输出（I/O）点数：●PLC的I/O点数是指PLC的I/O接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数的总和。●I/O点数是选择PLC的重要依据之一●当I/O点数不够时，可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页（四）PLC中的通信接口及作用PLC配有各种通信接口与外部设备连接●与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印●与监视器连接，可将控制过程图像显示出来●与PLC连接，组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制●与计算机连接，组成多级分布式控制系统，控制与管理相结合●与人机界面（触摸屏）连接●与智能接口模块连接。智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口，PLC的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。●与编程器连接可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页（五）PLC中的扩展接口及作用◆扩展接口（是用于连接护展单元的接口）。当PLC基本单元I/O点数不能满足要求时，可通过扩展接口连接扩展单元以增加系统的I/O点数可编程控制器华侨大学电气工程与自动化系‹#›页（六）PLC中的电源及作用◆PLC配有