plc可编程序控制器及其工作原理

2020/6/18第五章可编程序控制器及其工作原理本章主要内容：第六节可编程序控制器的主要性能指标第五节可编程序控制器的工作原理第四节可编程序控制器的软件组成第三节可编程序控制器的硬件组成第二节PLC控制与继电器控制的比较第一节可编程序控制器概述2020/6/18第一节可编程序控制器概述（一）可编程序控制器的产生1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM），为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为编程序控制器（ProgrammableController），简称PC。2020/6/18(二)、可编程序控制器的发展1.1969年美国研制出世界上第一台PLC以后，日本、德国、法国等国相继研制了各自的PLC。2.70年代中期，PLC进入了实用化阶段。3.70年代末和80年代初，PLC进入了成熟阶段。2020/6/18美国PLC发展得最快：1.1984年有48家，生产150多种PLC；2.1987年有63家，生产243种PLC；3.1996年有70余家，生产近300种PLC。4.著名厂家有A—B（Allen－Bradley）艾伦一布拉德利公司，MODICON莫迪康公司，GE－FSNUC公司，TI（TexasInstrument）德州仪器公司，WESTHOUSEElectric西屋电气公司，IPM（InternationalParallelMachines）国际并行机器公司等。2020/6/18欧洲PLC的厂家有60余家:1.西门子（Siemens）于1973年研制出第一台PLC。2.金钟默勒（KlocknerMoellerGmbh），AEG，3.法国的TE(Telemecanique）(施耐德）4.瑞士的Selectron公司等。2020/6/181971年，日本从美国引进PLC技术，由日立公司研制成功日本第一台PLC。日本生产PLC的厂家有40余家：1.三菱电机(MITSUBISHI),欧姆龙(OMRON),2.富士电机（FujiElectric）,东芝（TOSHIBA）,3.光洋（KOYO),松下电工（MEW）,4.和泉（IDEC）,夏普(SHARP）,5.安川等公司。2020/6/18我国在70年代末和80年代初开始引进PLC。我国早期独立研制PLC的单位有：1.北京机械工业自动化研究所，2.上海工业自动化仪表研究所，3.大连组合机床研究所，4.成都机床电器研究所，5.中科院北京计算机所及自动化所，6.长春一汽，7.上海起重电器厂，8.上海香岛机电公司，9.上海自力电子设备厂等单位。以上诸单位都没有形成规模化生产。2020/6/181.辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC；2.无锡电器和日本光洋合资生产的PLC;3.中美合资的厦门A—B公司生产的PLC；4.上海香岛机电公司引进技术生产的PLC;5.上海OMRON公司;6.西安Siemens公司等。2020/6/18在PLC的发展历程中，有过几个不同的名称：1.可编程序矩阵控制器PMC（ProgrammableMatrixController）2.可编程序顺序控制器PSC（ProgrammableSequenceController）3.可编程序逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController）2020/6/18国际电工委员会（IEC）于1982年11月对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程序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。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。2020/6/18PLC的发展趋势（1）向高速度、大存储容量方向发展（CPU处理速度nS级；内存2M字节）（2）向多品种方向发展和提高可靠性（超大型和超小型）（3）产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的PLC）（4）分散型、智能型、与现场总线兼容的I／0（5）加强联网和通信的能力（6）控制的开放和模块化的体系结构OMAC（openModularArchitectureforControl）2020/6/18PLC著名品牌1993年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家：美国A－B公司（Allen－Bradley）德国西门子公司（Siemens）美国GE－Fanuc公司美国的莫迪康（Modicon）和法国的TE电器公司日本欧姆龙公司（OMRON）日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI）日本富士电机株式会社（FujiElectric）日本东芝公司（TOSHIBA）日本的光洋电子（KOYO）和中国的华光电子(CKE）日本松下电工株式会社（MEW）：MatsushitaElectricWorksLtd）2020/6/18PLC著名品牌根据美国AutomationResearchCo．（ARC）的商情调查，在1994年PLC市场上，最大的5家PLC制造商是:SIEMENS，Allen－Bradly，（Rockwell)AEGSchneider，三菱电机,OMRON(立石电机）2020/6/18二、可编程序控制器的用途与特点（一）可编程序控制器的用途1、PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广泛应用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、交通等行业。经验表明，80％以上的工业控制可以使用PLC来完成。2、在日本，凡8个以上中间继电器组成的控制系统都已采用PLC来取代。2020/6/18二、可编程序控制器的用途与特点（一）可编程序控制器的用途PLC的应用通常可分为五种类型：顺序控制运动控制闭环过程控制数据处理通信和联网2020/6/18（二）可编程序控制器的特点抗干扰能力强，可靠性高控制系统结构简单、通用性强、应用灵活编程方便，易于使用功能完善，扩展能力强PLC控制系统设计、安装、调试方便维修方便，维修工作量小PLC具有完善的自诊断，履历情报存储及监视功能。体积小、重量轻，易于实现机电一体化。2020/6/18三、可编程序控制器的分类（一）按I∕O点数容量分类•I／O点数在256以下为微型PLC；•I／O点九在256～1024为中型PLC；•I／O点数大于1024为大型PLC；•I／O点数在4000以上为超大型PLC。以上划分不包括模拟量I／0点数，且划分界限不是固定不变的。2020/6/18（二）按结构形式分类1.整体式PLC：又称单元式或箱体式。整体式PLC是将电源、CPU、I／0部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用这种结构。2.组合式PLC：将PLC各部分分成若干个单独的模块，如CPU模块、I／0模块、电源模块和各种功能模块。模块式PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型PLC采用模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构。2020/6/181．整体式结构整体式PLC组成示意图2020/6/182．组合式结构组合式PLC组成示意图2020/6/18电源模块CPU模块IO模块底板2020/6/18第二节PLC控制与继电器控制的比较一、系统框图的比较继电器控制系统框图PLC控制系统框图2020/6/18二、PLC的等效电路图接触器控制电动机单向旋转控制电路PLC控制系统等效电路图2020/6/18第三节可编程序控制器的硬件组成一、中央处理器（CPU）二、存储器三、输入、输出接口2020/6/181.CPU1).中央处理单元（CPU）的作用：(1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令(2)将各种输入信号取入(3)把运算结果送到输出端(4)响应各种外部设备的请求2).CPU的类型：（1）通用处理器：8086、80286、80386（2）单片机芯片：8031、8096（3）位片式微处理器：AMD-2900小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU大型PLC多采用高速位片式微处理器2020/6/18RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。2.存储器2020/6/183.输入、输出接口：采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。2)输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。3)输出三种形式：继电器--低速大功率可控硅--高速大功率晶体管--高速小功率1)输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。2020/6/18（一）开关量输入接口电路(1)．直流输入接口电路直流输入接口电路2020/6/18(2)．交流输入接口电路交流输入接口电路2020/6/18(3)、交、直流输入接口电路交、直流输入接口电路2020/6/18（二）开关量输出接口电路(1)．晶体管输出接口电路晶体管输出接口电路2020/6/18(2)．晶闸管输出接口电路晶闸管输出接口电路2020/6/18(3)．继电器输出接口电路继电器输出接口电路2020/6/18四.电源单元1.把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。2.有的电源单元还向外提供24V隔离直流电源，可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。3.可编程序控制器的电源一般采用开关式电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。2020/6/18五、扩展接口六、通信接口七、智能I／O接口八、编程工具九、智能单元十、其他部件2020/6/18小型机：有接口可扩展。2020/6/18编程设备可以是专用的手持式的编程器；也可以是安装了专门的编程通讯软件的个人计算机。编程设备用户可以通过键盘输入和调试程序；另外在运行时，还可以对整个控制过程进行监控。PCFPPROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTLWLORRWRANYWYSTXWXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTCEVTMTSVACLRENTBAFEDC9832107654(DELT)CLR手持式的编程器2020/6/18第四节可编程序控制器的软件组成（三）标准程序模块及系统调用程序一、系统程序（一）系统管理程序（二）用户指令解释程序2020/6/18二、用户程序（一）梯形图（LAD）编程符号对照2020/6/18典型梯形图示意典型的梯形图示意图2020/6/18（二）指令表（STL）编程指令表编程举例a）梯形图b）指令表2020/6/18（三）状态流程图（功能图）编程钻孔顺序的状态流程图2020/6/18三、可编程序控制器的程序结构（一）用户程序（二）数据块（三）参数块2020/6/18第五节可编程序控制器的工作原理一、可编程序控制器的工作方式与运行框图图5-17继电接触器控制与PLC控制方式比较a）继电接触器控制系统控制b）PLC控制梯形图2020/6/18PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式，每一次扫描所用的时间称为扫描周期。CPU从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描工作的。图5-18PLC工作过程2020/6/18二、可编程序控制器的工作过程3）输出刷新阶段1）输入采样阶段2）程序执行阶段2020/6/18三、可编程序控制器对输入/输出的处理原则1）输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入点在上一刷新周期的接通和断开状态。2）程序执行结果取决于用户所编程序和输入/输出