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第五章 可编程逻辑控制器


第五章 可编程逻辑控制器概述
本章主要讲解…
一、可编程控制器的定义和特点 二、可编程控制器的发展历程 三、可编程控制器的性能指标与分类

四、可编程控制器的系统组成
五、可编程控制器的工作方式与编程语言 六、可编程控制器的应用领域
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一、可

编程控制器的定义和特点 1、PLC的定义:
? 是一种专门用于工业环境的、以开关量逻辑控制为主 ,具有存储控制程序的存储器,能够按照控制程序, 将输入的开关量(或模拟量)进行逻辑运算、定时、 计数和算术运算等处理后,以开关量(或模拟量)的 形式输出,控制各种类型的机械或生产过程的自动控 制装臵。

? 通用叫法
? 中文名称为可编程控制器; ? 英文名称为Programmable Logic Controller,简称 PLC ? 早期叫PC—Personnel computer。易混,现都称PLC
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一、 可编程控制器的定义和特点 2、 可编程控制器的特点
? 可靠性高,抗干扰能力强;
? 无触点免配线,采取了滤波、屏蔽、隔离等抗干扰措施,适应 于各种恶劣的工业环境 。

? 编程简单,容易掌握;
? 采用梯形图方式编写程序,与继电器控制逻辑的设计相似 。

? 功能完善,灵活方便;
? 不仅有开关量逻辑控制功能和步进、计数功能,还具有模拟量 处理、温度、位臵、通信等功能。

? 体积小,质量小,能耗低; 采用大规模集成电路芯片构成。
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? 因为继电器逻辑电路配线复杂

二、可编程控制器的发展历程

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? 背景:

二、可编程控制器的发展历程

? 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继 电器控制系统及接线,以降 低成本,缩短周期。
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? 1968年,GM公司提出十项设计标准:
? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

二、可编程控制器的发展历程

编程简单,可在现场修改程序; 维护方便,采用插件式结构; 可靠性高于继电器控制柜; 体积小于继电器控制柜; 成本可与继电器控制柜竞争; 可将数据直接送入计算机; 可直接使用115V交流输入电压; 输出采用115V交流电压,能直接驱动电磁阀、交流接触器等; 通用性强,扩展方便; 能存储程序,存储器容量可以扩展到4KB。

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? 1969年,美国数字设备公司研制第一台可编程控制器, 并应用于工业现场。

二、可编程控制器的发展历程

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二、可编程控制器的发展方向
? 高性能、高速度、大容量发展
? 为了提高PLC的处理能力,要求PLC具有更好的响应速 度和更大的存储容量。目前,有的PLC的扫描速度可 达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一 个性能指标。
? 在存储容量方面,有的PLC最高可达几十兆字节。为 了扩大存储容量,有的公司已使用了磁泡存储器或硬 盘。

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二、可编程控制器的发展方向
? 向小型化和大型化两个方向发展
? 小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展,使配臵 更加灵活,为了市场需要已开发了各种简易、经济的 超小型微型PLC,最小配臵的I/O点数为8~16点,以 适应单机及小型自动控制的需要。
? 大型化是指大中型PLC 向大容量、智能化和网络化发 展,使之能与计算机组成集成控制系统,对大规模、 复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/O点数达 14336点的超大型PLC,其使用32位微处理器,多CPU 并行工作和大容量存储器,功能强。
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二、可编程控制器的发展方向
? 智能模块,加强联网与通信能力
? 为满足各种控制系统的要求,不断开发出许多功能模 块,如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块 、通信和人机接口模块等。
? PLC的联网与通信有两类:① PLC之间联网通信,各 PLC生产厂家都有自己的专有联网手段;② PLC与计 算机之间的联网通信。 ? 为了加强联网与和通信能力,PLC生产厂家也在协商 制订通用的通信标准,以构成更大的网络系统。
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二、可编程控制器的发展方向
? 增强外部故障的检测与处理能力
? 据统计资料表明:在PLC控制系统的故障中,CPU占5% ,I/O接口占15%,输入设备占45%,输出设备占30%, 线路占5%。
? 前二项共20%故障属于PLC的内部故障,它可通过PLC本 身的软、硬件实现检测、处理。 ? 而其余80%的故障属于PLC的外部故障。PLC生产厂家都 致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块 ,进一步提高系统的可靠性。
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二、可编程控制器的发展方向
? 编程语言多样化
? 在PLC系统结构不断发展的同时,PLC的编程语言也越 来越丰富,功能也不断提高。
? 除了大多数PLC使用的梯形图、语句表语言外,为了适 应各种控制要求,出现了面向顺序控制的步进编程语 言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高 级语言(BASIC、C语言等)等。多种编程语言并存、 互补与发展是PLC进步的一种趋势。

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三、 可编程控制器的性能指标与分类 1、 可编程控制器的性能指标
?输入/输出点数(I/O点数); ?存储容量; ?扫描速度; ?功能扩展能力;

?指令系统;

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三、 可编程控制器的性能指标与分类 2、 可编程控制器的分类
? 按结构形式分
? 整体式PLC 将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在 一个机箱内,具有结构紧凑、体积小、价格低等特点 。

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三、 可编程控制器的性能指标与分类 2、 可编程控制器的分类
? 按结构形式分
? 模块式PLC 将PLC各组成部分分别作成若干个单独的 模块,如CPU模块、I/O模块、电源模块(有的含在CPU 模块中)以及各种功能模块。

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三、 可编程控制器的性能指标与分类 2、 可编程控制器的分类
? 按结构形式分
? 紧凑式PLC 合起来。 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结

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三、 可编程控制器的性能指标与分类 2、 可编程控制器的分类
? 按结构形式分
? 整体式PLC 将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在 一个机箱内,具有结构紧凑、体积小、价格低等特点 ?。 模块式PLC 将PLC各组成部分分别作成若干个单独的

模块,如CPU模块、I/O模块、电源模块(有的含在CPU 模块中)以及各种功能模块。
? 紧凑式PLC 合起来。
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还有一些PLC将整体式和模块式的特点结

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三、 可编程控制器的性能指标与分类 2、 可编程控制器的分类
? 按功能分
? 低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控 等基本功能,还可有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传 送和比较、通信等功能。 ? 中档PLC 具有低档PLC功能外,增加模拟量输入/输出、算术运 算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网 等功能。有些还增设中断、PID控制等功能。 ? 高档PLC 具有中档机功能外,增加带符号算术运算、矩阵运算 、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表 格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能。
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四、PLC系统的组成
CPU 系统存储器

硬件系统

存储器

用户存储器 输入单元

输入输出接口 PLC系统 系统监控程序 软件系统 用户程序
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输出单元

四、PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
现场输入信号 输入电路 内 部 电 源 总 线 扩 展 接 口 输出电路 输出信号 现场输入信号 输入电路

EEPROM

CPU
RAM

编程器 打印机 计算机

外设 接口

输出电路 输出信号

基本单元
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扩展单元

四、PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
?微处理器(CPU)

?接收并存储用户程序和数据;
?诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误; ?接收输入信号,送入数据寄存器并保存; ?运行时顺序读取、解释、执行用户程序,完成用户 程序的各种操作;

?将用户程序的执行结果送至输出端。
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四、PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
?系统存储器——系统程序存储器+系统数据存储器
?存放系统工作程序(监控程序); ?存放模块化应用功能子程序; ?存放命令解释程序; ?存放功能子程序的调用管理程序;

?存放存储系统参数。

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四、PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
?用户存储器——RAM/EPROM/EEPROM
?存放用户工作程序;

?存放工作数据。

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四、PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
?通讯及编程接口——采用RS-485或RS-422串行总线

?连接专用编程器(FX-20P、FX-10P);
?连接个人电脑(PC),实现编程及在线监控; ?连接工控机,实现编程及在线监控; ?连接网络设备(如调制解调器),实现远程通讯; ?连接打印机等计算机外设。

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四、PLC系统的组成 1、硬件系统
PLC的输入接口电路

通常有干接触、直流输 入、交流输入三种形式。 干接触式由内部的直流 电源供电,小型PLC的 直流输入电路也由内部 的直流电源供电,交流 输入必须外加电源。

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四、PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
PLC的输出接口电路 输出形式有三种:继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。

继电器输出
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晶体管输出
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晶闸管输出

四、PLC系统的组成 1、PLC硬件系统组成
PLC的输出与实际负载连接举例

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四、PLC系统的组成 2、PLC软件系统组成
系统监控程序

存储在ROM中,有PLC厂家 开发的软件,通常不能被用 户读取的程序。

软件系统

用户程序

由用户根据需要,通过编程 软件(平台)用户自己编写 的梯形图程序。

编程软件

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五、PLC系统的工作方式与编程语言
1.可编程控制器PLC的工作方式

? PLC的扫描工作方式
? 包括五个阶断:内部处理、通 信处理、输入扫描、程序执行、 输出处理。 ? 扫描周期:PLC完成一次扫描 过程所需的时间。 ? 扫描周期的长短与用户程序的 长度和扫描速度有关

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五、PLC系统的工作方式与编程语言
1.可编程控制器PLC的工作方式 ? PLC的程序执行过程
PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新 三个阶段
输入采样阶段 程序执行阶段 输出刷新阶段

输 入 端 子 ①

输 入 映 像 寄 存 器

X 401 ② Y 430 读 读

Y 430

M 100



元 件 映 像 寄 存 器



输 出 锁 存 器



输 出 端 子

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PLC 用户程序扫描工作过程
①读 X0 X1 X2
输 入 端 子 输入 映象 寄存器

②读 X0

程序执行中读 X ③写
Y0 M0 元件 ④读 映象 寄存器

Y0

辅助继电器

⑤写

反复一个周期 称为扫描周期
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程序执行完写所有 Y Y0 ⑥输出 Y1 输 输出 出 Y2
锁存 存储器 端 子

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五、PLC系统的工作方式与编程语言
1.可编程控制器PLC的工作方式 ? PLC的扫描周期
指PLC从输入采样—程序执行—输出刷新所用的时间。

主要与I/O点数、程序的长短、指令的执行速度有关。

? PLC的I/O响应时间
当PLC的输入变化时,对应输出应随着变化,二者变化的时间间隔。 I/O响应时间的大小与扫描周期、输入滤波器的滞后、输出开关电路 的滞后有关。

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五、PLC系统的工作方式与编程语言
2.可编程控制器的编程语言 ? 梯形图语言 ? 助记符语言 ? 顺序功能图语言

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六、可编程控制器的应用领域

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六、可编程控制器的应用领域

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本章小结
本章主要介绍了可编程控制器的定义、可编程控制 器产生的背景、可编程控制器的特点、可编程控制器的 工作模式与编程语言、可编程控制器的应用领域、主要 类型、发展趋势及概况。

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