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1、可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用,第 1 章 PLC基礎(chǔ)知識(shí),主要內(nèi)容,1.1 PLC概述 1.2 PLC系統(tǒng)與繼電器系統(tǒng)比較 1.3 PLC組成 1.4 PLC工作原理 1.5 PLC特點(diǎn)與分類 1.6 PLC的發(fā)展趨勢 1.7 PLC的技術(shù)指標(biāo),FX-PLC,1.1 概述1.1.1 什么是PLC？,可編程序控制器（Programmble Controller）簡稱PC或PLC 是一種工業(yè)控制裝置 PLC是在電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為“以微處理器”為核心，將自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。,1.1 概述1.1.1

2、 什么是PLC？, 定義 國際電工委員會(huì)（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿。在草案中對(duì)可編程控制器定義如下： “可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和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。可編程控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)”。,1.1 概述1.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展, 世界上第一臺(tái)PLC 1969年由美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司（

3、GM）的要求研制成功。 背景： 1968年美國通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。,附：GM十大要求,通用汽車公司（GM）對(duì)PLC的十大要求：,（1）編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序 （2）維護(hù)方便，采用插件式結(jié)構(gòu) （3）可靠性高于繼電器控制柜 （4）體積小于繼電器控制柜 （5）成本可與繼電器控制柜競爭 （6）可將數(shù)據(jù)直接送入計(jì)算機(jī) （7）可直接使用115V交流輸入電壓 （8）輸出采用115V交流電壓，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、交流接

4、觸器等負(fù)載 （9）通用性強(qiáng)，擴(kuò)展方便 （10）能存儲(chǔ)程序，存儲(chǔ)器容量可擴(kuò)展到4KB,,返回,1.1 概述1.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展,設(shè)計(jì)思想：吸取繼電器和計(jì)算機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn) 繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復(fù)雜、不易更改、查找和排除故障困難，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差，但簡單易懂、價(jià)格便宜； 計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活（可編程）、通用性好。,1.1 概述1.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展,70年代初期： 僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller） 70年代中期： 微處理器技術(shù)應(yīng)用到P

5、LC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能 80年代以后：隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，同時(shí)可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能。,1.1 概述1.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展,近年來PLC發(fā)展迅速 PLC由于性價(jià)比高、高可靠性的特點(diǎn)，已成為自動(dòng)化工程的核心設(shè)備。 PLC成為具備計(jì)算機(jī)功能的一種通用工業(yè)控制裝置，其使用量高居首位。 PLC成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大技術(shù)支柱（

6、PLC、機(jī)器人、CAD/CAM）之一。,1.1 概述1.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展在各國的發(fā)展,1969年，美國數(shù)字公司（DEC）根據(jù)十項(xiàng)要求研制出世界上第一臺(tái)可編程序控制器PDP-14，并在GM公司自動(dòng)裝配線上試用，獲得成功。 1971年，日本從美國引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出日本第一臺(tái)可編程序控制器DSC-8。 1973年，西歐國家也研制出他們的第一臺(tái)可編程序控制器。 我國從1974年也開始研制，1977年開始工業(yè)應(yīng)用。 （遼寧無線電二廠、無錫華光電子公司、上海香島電機(jī)制造公司、廈門A-B公司等）,1.1 概述1.1.2 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展生產(chǎn)廠家,全世界PLC生產(chǎn)廠家約有200家,生產(chǎn)3

7、00多個(gè)品種,主要集中在美國、德國和日本。 (1)美國的PLC A-B（ALLEN-BRADLRY）公司：SLC-500系列、PLC-5系列、PLC-5/250系列 GE（通用）公司：GE-1、GE-1/J、GE-1P、GE-、GE-等。 (2)德國的PLC 西門子公司：S7-200、S7-300、S7-400系列PLC。 (3)日本的PLC 松下電工：FP0、FP1、FP2、FP3 立石電機(jī)公司(歐姆龍)：C20、C120、C500、C1000H等。 三菱公司：F1、F2、FX0、FX2、A系列等。 (4)無錫華光的PLC：SH、SU、SG系列。,FX-PLC,FX0S,FX0N

8、,FX1S / FX1N,FX2N,AnS,QnA / AnA,QnS,1.1 概述1.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域,目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著PLC性能價(jià)格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。 從PLC應(yīng)用類型看，大致可歸納為以下幾個(gè)方面： 開關(guān)量邏輯控制 運(yùn)動(dòng)控制 過程控制（PID閉環(huán)控制 ） 數(shù)據(jù)處理 通信聯(lián)網(wǎng),1.1 概述1.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域,開關(guān)量邏輯控制 沖壓機(jī)械、包裝機(jī)械的控制，化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制，冶金系統(tǒng)的高爐上料系統(tǒng)的控制，各種生產(chǎn)線的控制。 運(yùn)動(dòng)控制 PLC使用專用的運(yùn)

9、動(dòng)控制模塊，對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度和加速度進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)單軸/雙軸/3軸位置控制，使運(yùn)動(dòng)控制和順序控制功能有機(jī)的結(jié)合在一起。如金屬切削機(jī)床、金屬成形機(jī)械、裝配機(jī)器人、電梯等。,1.1 概述1.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域,過程控制（PID閉環(huán)控制） 過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。 PLC通過模擬量I/O模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量實(shí)行閉環(huán)PID（比例積分微分）控制。 現(xiàn)代的大中型PLC一般都有PID閉環(huán)控制功能，廣泛應(yīng)用于塑料擠壓成形機(jī)、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備。,1.1 概述1.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域,數(shù)據(jù)處理

10、現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（包括四則運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、字邏輯運(yùn)算以及求反、循環(huán)、移位、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人柔性制造系統(tǒng)。 通信聯(lián)網(wǎng) PLC的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程I/O之間的通信、多臺(tái)PLC之間的通信、PLC與其它智能控制設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。PLC與其它智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。,1.2 P LC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較1.2.1 電器控制系統(tǒng)組成,1.2 P LC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較1.2.2 PLC控制系統(tǒng)組成

11、,1.2 P LC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較1.2.3 PLC等效電路,例：三相異步電動(dòng)機(jī)的啟?？刂?輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,,,,,1.2 P LC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較1.2.3 PLC等效電路,三相異步電動(dòng)機(jī)的PLC控制系統(tǒng),1.2 P LC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的比較1.2.4 PLC控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的區(qū)別,控制方法上： 硬 ： 軟 控制速度上： 速度 慢 ： 快 定時(shí)和計(jì)數(shù)控制上： 精度 低 ： 高 可靠性和可維護(hù)性上： 可靠性 低 ： 高,1.3 P LC組成1.3.1 PLC組成概述, PLC的基本組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)類似： 是一種以微處

12、理器為核心的、用于控制的特殊計(jì)算機(jī)。 PLC的基本組成包括硬件與軟件兩部分 PLC的硬件：CPU模塊（CPU和存儲(chǔ)器）、輸入/輸出模塊、 電源、編程器和通信接口等 PLC的軟件：系統(tǒng)程序和用戶程序,1.3 P LC組成1.3.1 PLC組成概述,編程器,寫入器,1.3 P LC組成1.3.2 PLC中的CPU, PLC中常采用的CPU有三類： 1) 通用微處理器（如80286、80386、80486、Pentium 系列等） 2) 單片微處理器（如Z80、8031、8051、8086等） 3) 位片式微處理器(如AMD2900) 小型PLC：大多采用8位通用微處理器和單片微處理器

13、， 中型PLC：大多采用16位通用微處理器或單片微處理器 大型PLC：大多采用高速位片式微處理器（32位）,PLC中CPU的作用： 它不斷的采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出。,1.3 P LC組成1.3.3 PLC中的存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)器的類型： 1）RAM 隨機(jī)存儲(chǔ)器?？勺x可寫，斷電不保存，讀寫速度快，價(jià)格低，改寫方便，不穩(wěn)定。一般為RAM配備一個(gè)鋰電池，以保證掉電時(shí)不會(huì)丟失信息。 2）ROM 只讀存儲(chǔ)器。可讀不可寫，斷電保存。 3）EPROM 可紫外線擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器?？勺x可寫，斷電保存，讀寫速度慢，改寫不方便，但穩(wěn)定。用紫外線照射芯片上的透鏡窗口，可以擦除已寫入

14、的內(nèi)容，再寫入新內(nèi)容。 4）EEPROM 可電擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器。與EPROM區(qū)別在于用高電壓就可擦除，改寫方便，但價(jià)格比ROM和EPROM都貴。,,1.3 P LC組成1.3.3 PLC中的存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)器的作用: 用來存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。,系統(tǒng)程序: 系統(tǒng)程序由PLC的制造廠家編寫的，在PLC使用過程中不會(huì)變動(dòng)，它和PLC的硬件組成有關(guān)，它關(guān)系到PLC的性能。 系統(tǒng)程序 由制造廠家直接固化在只讀存儲(chǔ)器ROM、EPROM或EEPROM中，用戶不能訪問和修改。,1.3 P LC組成1.3.3 PLC中的存儲(chǔ)器, 用戶程序: 是用戶根據(jù)控制對(duì)象生產(chǎn)工藝及控制的要求而編制的應(yīng)用程序，它和PLC控

15、制對(duì)象的要求有關(guān)。 為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOS靜態(tài)RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時(shí)不會(huì)丟失信息。 為了防止干擾對(duì)RAM中程序的破壞，當(dāng)用戶程序經(jīng)過運(yùn)行正常，不需要改變，可將其固化在EPROM中。 現(xiàn)在有許多PLC直接采用EEPROM作為用戶存儲(chǔ)器。,1.3 P LC組成1.3.4 PLC中的輸入/輸出模塊, I / O模塊的作用： 傳遞信號(hào)：輸入模塊用來接收和采集輸入信號(hào)；輸出模塊將處理結(jié)果送給被控對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)控制目的。 電平轉(zhuǎn)換功能： PLC內(nèi)部CPU模塊的工作電壓一般是5V，而外部輸入輸出信號(hào)電壓一般較高，如直流24V和交流220V。 光電隔

16、離功能：用光電耦合器、光電可控硅、小型繼電器等器件來隔離外部輸入電路和負(fù)載。,輸入/輸出模塊：簡稱I / O 模塊，是聯(lián)系外部現(xiàn)場與CPU模塊的橋梁。,1.3 P LC組成1.3.4 PLC中的輸入/輸出模塊, I / O 接口的類型： 開關(guān)量輸入/輸出接口 1)常用開關(guān)量輸入接口： 直流輸入接口、交流輸入接口、 交/直流輸入接口 2)常用開關(guān)量輸出接口： 繼電器輸出接口：響應(yīng)速度慢、動(dòng)作頻率低，可驅(qū)動(dòng)交流或直流負(fù)載 晶體管輸出接口：響應(yīng)速度快、動(dòng)作頻率高，只能用于驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載 晶閘管輸出接口：響應(yīng)速度快、動(dòng)作頻率高，只能用于驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載 模擬量輸入/輸出接口,1.3

17、 P LC組成1.3.4 PLC中的輸入/輸出模塊, 輸入/輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)： PLC的I / O點(diǎn)數(shù)是指PLC的I/O接口所能接受的輸入信號(hào)個(gè)數(shù)和輸出信號(hào)個(gè)數(shù)的總和。 I/O點(diǎn)數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一 當(dāng)I/O點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，可通過PLC的I/O擴(kuò)展接口對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展,1.3 P LC組成1.3.5 PLC中的通信接口,PLC配有各種通信接口與外部設(shè)備連接 與打印機(jī)連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印 與監(jiān)視器連接，可將控制過程圖像顯示出來 與 P L C 連接，組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模控制 與計(jì)算機(jī)連接，組成多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，控制與管理相結(jié)合 與人機(jī)界

18、面（觸摸屏）連接 與智能接口模塊連接。智能接口模塊是一獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲(chǔ)器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口 ，PLC的智能接口模塊種類很多，如：高速計(jì)數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、中斷控制模塊等。 與編程器連接,1.3 P LC組成1.3.6 PLC中的擴(kuò)展接口,擴(kuò)展接口（是用于連接護(hù)展單元的接口）。 當(dāng)PLC基本單元I/O點(diǎn)數(shù)不能滿足要求時(shí)，可通過擴(kuò)展接口連接擴(kuò)展單元以增加系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù),1.3 P LC組成1.3.6 PLC中的擴(kuò)展接口,通信與擴(kuò)展接口的連接實(shí)例,1.3 P LC組成1.3.7 PLC中的電源, PLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源，以

19、提供內(nèi)部電路使用。 與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)。因此，對(duì)于電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值15%的范圍內(nèi)波動(dòng)。 許多PLC還向外提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于對(duì)外部傳感 器供電。,1.3 P LC組成1.3.8 PLC編程器,編程器的作用：是編輯、調(diào)試、輸入用戶程序，也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。它是開發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)PLC不可缺少的設(shè)備。 簡易編程器 專用編程器 編程器 智能編程器 （圖形編程器） 通用編程系統(tǒng)：PC上配專用編程軟件包,,,（計(jì)算

20、機(jī)輔助編程）,1.3 P LC組成1.3.8 PLC編程器,1.3 P LC組成1.3.8 PLC寫入器,寫入器:是用來將用戶程序固化到EPROM存儲(chǔ)器中的一種PLC外部設(shè)備。 為了使調(diào)試好用戶程序不易丟失，經(jīng)常用EPROM寫入器將PLC內(nèi)RAM保存的程序保存到EPROM中。,1.4 PLC工作原理1.4.1 掃描工作方式,PLC的工作方式是掃描工作方式 例如：用戶程序的執(zhí)行（用戶程序的掃描工作過程） 從第一條程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)順序的先后，逐條執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，并周而復(fù)始地重復(fù)進(jìn)行。,1.4 PLC工作原理1.4.2 PLC的

21、掃描工作過程,檢查CPU等內(nèi)部硬件，對(duì)監(jiān)視定時(shí)器（WDT）復(fù)位以及其它工作。,與其它智能裝置（如編程器、計(jì)算機(jī)等）實(shí)現(xiàn)通信。,,將所有輸入端的狀態(tài)進(jìn)行采樣，存入相應(yīng)元件的輸入映像寄存器。,對(duì)用戶程序掃描執(zhí)行 ，并將結(jié)果存入相應(yīng)的元件映像寄存器。,將輸出映像寄存器中的狀態(tài)，轉(zhuǎn)到輸出鎖存器，輸出驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。,1.4 PLC工作原理1.4.2 PLC的掃描工作過程, 整個(gè)過程包括內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理五個(gè)階段, 整個(gè)過程掃描執(zhí)行一遍所需的時(shí)間稱為掃描周期, 掃描周期與CPU運(yùn)行速度、PLC硬件配置及用戶程序長短有關(guān)。, 典型值為1100ms,1.4 PLC工作原理1.4.

22、3 PLC執(zhí)行程序的過程,,,,,,1.4 PLC工作原理1.4.3 PLC執(zhí)行程序的過程,輸入采樣階段 作用是收集被控設(shè)備的信息或操作命令，由外部輸入電路、PLC輸入接線端子和輸入繼電器組成。輸入繼電器由接到輸入端口的外部信號(hào)來驅(qū)動(dòng)。 程序執(zhí)行階段 按照程序規(guī)定的邏輯關(guān)系，對(duì)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)算、處理和判斷，得出相應(yīng)的輸出。 輸出刷新階段 是驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載用的，由輸出繼電器的外部常開觸點(diǎn)、輸出接線端子和外部電路組成。,1.4 PLC工作原理1.4.4 PLC掃描工作方式的特點(diǎn), 集中采樣： 在一個(gè)掃描周期中，對(duì)輸入狀態(tài)的采樣只在輸入處理階段進(jìn)行。當(dāng)PLC進(jìn)入程序處理階段后輸入端將

23、被封鎖，直到下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行重新采樣。,集中輸出： 在用戶程序中如果對(duì)輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，只在輸出處理階段才將輸出狀態(tài)從輸出映像寄存器中輸出，對(duì)輸出接口進(jìn)行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映像寄存器中。,1.4 PLC工作原理1.4.4 PLC掃描工作方式的特點(diǎn),集中采樣、集中輸出的優(yōu)缺點(diǎn)： 1）提高了抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)可靠性 PLC工作時(shí)大多數(shù)時(shí)間與外部輸入/輸出設(shè)備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。 2） 降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度,1.4 PLC工作原理1.4.4 PLC掃描工作方式的特點(diǎn),輸

24、入輸出滯后時(shí)間 又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指PLC的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻，至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔。 它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分組成。 對(duì)一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。, 對(duì)于小型PLC: I/O點(diǎn)數(shù)較少、用戶程序較短 一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式, 對(duì)于大中型PLC: I/O點(diǎn)數(shù)較多，控制功能強(qiáng)，用戶程序較長，為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度,1.4 PLC工作原理1.4.4 PLC掃描工作方式的特點(diǎn),采用定期采樣、定期輸出方式或中斷輸入、輸出方式以及采用智能I/O接口等多種方式 。,1.5 P LC的分類及

25、特點(diǎn) 1.5.1 PLC的分類,PLC一般可從其I/O點(diǎn)數(shù)、結(jié)構(gòu)形式和功能三方面進(jìn)行分類：,1.5 P LC的分類及特點(diǎn) 1.5.1 PLC的分類（按I/O點(diǎn)數(shù)分類）,根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，PLC分為小型、中型和大型三類。,1）小型PLC I/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以下的為小型PLC （其中I/O點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的為超小型或微型PLC）,2）中型PLC I/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以上、2048點(diǎn)以下的為中型PLC,,3）大型PLC I/O點(diǎn)數(shù)為2048以上的為大型PLC （其中I/O點(diǎn)數(shù)超過8192點(diǎn)的為超大型PLC）,這個(gè)分類界限不是固定不變的，它隨PLC的發(fā)展而變化。,1.5 P LC的分類及特

26、點(diǎn) 1.5.1 PLC的分類（按結(jié)構(gòu)形式分類）,根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式、模塊式和疊裝式PLC。,,1）整體式PLC 將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。（小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。）,1.5 P LC的分類及特點(diǎn) 1.5.1 PLC的分類（按結(jié)構(gòu)形式分類）,2）模塊式PLC 將PLC各組成部分分別作成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊以及各種功能模塊。 模塊插在模塊插座上，模塊插座焊在框架中的總線連接板上，各框架之間用I/O擴(kuò)展電纜相連。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。,1.5 P

27、LC的分類及特點(diǎn) 1.5.1 PLC的分類（按結(jié)構(gòu)形式分類）,3）疊裝式PLC 疊裝式PLC是由基本單元、擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊通過扁平電纜連接而成。,1.5 P LC的分類及特點(diǎn) 1.5.1 PLC的分類（按功能分類）,1）低檔PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)系統(tǒng) 。,2）中檔PLC 具有低檔PLC功能外，具有較強(qiáng)的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還增設(shè)中斷、PID控制等功能。,3）高

28、檔PLC 具有中檔機(jī)功能外，增加帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)運(yùn)算、制表及表格傳送等。高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。,1.5 P LC的分類及特點(diǎn) 1.5.2 PLC的特點(diǎn),PLC技術(shù)之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需要外，主要是因?yàn)樗哂性S多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好地解決了工業(yè)領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。, 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng), 編程簡單、使用方便, 功能完善、通用性強(qiáng), 設(shè)計(jì)安裝簡單、調(diào)試維護(hù)方便, 體積小、重量輕、能耗低,可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 可靠性高、

29、抗干擾能力強(qiáng)是PLC最重要的特點(diǎn)之一。PLC的平均無故障時(shí)間可達(dá)幾十萬個(gè)小時(shí) 。 硬件方面：I/O接口采用采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源的影響；對(duì)供電電源及線路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾；對(duì)CPU等重要部件采用良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料進(jìn)行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對(duì)有些模塊設(shè)置了聯(lián)鎖保護(hù)、自診斷電路等。 軟件方面：采用掃描工作方式，減少了外界的干擾；設(shè)有故障檢測和自診斷程序，能對(duì)系統(tǒng)硬件電路等故障實(shí)現(xiàn)檢測和判斷；當(dāng)由干擾引起故障時(shí)，能立即將當(dāng)前重要信息加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫操作，一旦正常后，便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作。,1.5 P LC的分類及特點(diǎn)

30、1.5.2 PLC的特點(diǎn),目前，各種PLC都采用梯形圖語言為第一編程語言，梯形圖與電器控制線路圖相似，形象、直觀，不需要掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)，很容易讓廣大工程技術(shù)人員掌握。當(dāng)生產(chǎn)流程需要改變時(shí)，可以現(xiàn)場改變程序，使用方便、靈活。 同時(shí)，PLC編程器的操作和使用也很簡單。這也是PLC獲得普及和推廣的主要原因之一。 許多PLC還針對(duì)具體問題，設(shè)計(jì)了各種專用編程指令及編程方法，進(jìn)一步簡化了編程。, 編程簡單、使用方便,1.5 P LC的分類及特點(diǎn) 1.5.2 PLC的特點(diǎn), 功能完善、通用性強(qiáng) 現(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，而且還具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)

31、處理、PID控制、通信聯(lián)網(wǎng)以等許多功能。 同時(shí)，由于PLC產(chǎn)品的系列化、模塊化，有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。,1.5 P LC的分類及特點(diǎn) 1.5.2 PLC的特點(diǎn), 設(shè)計(jì)安裝簡單、調(diào)試、維護(hù)方便 由于PLC用軟件代替了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的硬件，控制柜的設(shè)計(jì)、安裝接線工作量大為減少。 PLC的用戶程序大部分可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試，縮短了應(yīng)用設(shè)計(jì)和調(diào)試周期。 在維修方面，由于PLC的故障率極低，維修工作量很??；而且PLC具很強(qiáng)的自診斷功能，如果出現(xiàn)故障，可根據(jù)PLC上指示或編程器上提供的故障信息，迅速查明原因，維修極為方便。,1.5 P LC的

32、分類及特點(diǎn) 1.5.2 PLC的特點(diǎn),體積小、重量輕、能耗低 PLC結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、能耗低，因而是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備,1.5 P LC的分類及特點(diǎn) 1.5.2 PLC的特點(diǎn),1.6 PLC的發(fā)展趨勢 1.6.1 向高速度、高性能、大容量方向發(fā)展,為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)容量。目前，有的PLC的掃描速度可達(dá)0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個(gè)性能指標(biāo)。 模擬量控制方面出現(xiàn)了模糊控制、自適應(yīng)和參數(shù)自整定控制。在人機(jī)接口方面，出現(xiàn)了面象對(duì)象的組態(tài)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開發(fā)和管理工具軟件。 在存儲(chǔ)容量方面，有的PLC最高可達(dá)幾十兆字

33、節(jié)。,1.6 PLC的發(fā)展趨勢1.6.2 向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展,當(dāng)前中小型PLC比較多，為了適應(yīng)市場的多種需要，今后PLC要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個(gè)方向發(fā)展。 現(xiàn)已有I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)的超大型PLC，其使用32位微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲(chǔ)器，功能強(qiáng)。 小型PLC由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場需要已開發(fā)了各種簡易、經(jīng)濟(jì)的超小型微型PLC，最小配置的I/O點(diǎn)數(shù)為816點(diǎn)，以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要，如三菱公司系列PLC、西門子公司的LOGO系列PLC。,1.6 PLC的發(fā)展趨勢1.6.3 大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)與

34、通信能力,為滿足各種控制系統(tǒng)的要求，不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。這些帶CPU和存儲(chǔ)器的智能I/O模塊，既擴(kuò)展了PLC功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大了PLC應(yīng)用范圍。 加強(qiáng)PLC聯(lián)網(wǎng)與通信的能力，是PLC技術(shù)進(jìn)步的潮流。PLC的聯(lián)網(wǎng)與通信有兩類： PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信，各PLC生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段； PLC與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般PLC都有專用通信模塊與計(jì)算機(jī)通信。 為了加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)與和通信能力，PLC生產(chǎn)廠家之間也在協(xié)商制訂通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。,1.6 PLC的發(fā)展趨勢1.6.4 增強(qiáng)外部故障的檢測與處

35、理能力,根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明：在PLC控制系統(tǒng)的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，輸入設(shè)備占45%，輸出設(shè)備占30%，線路占5%。 前二項(xiàng)共20%故障屬于PLC的內(nèi)部故障，它可通過PLC本身的軟、硬件實(shí)現(xiàn)檢測、處理； 而其余80%的故障屬于PLC的外部故障。PLC生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性,1.6 PLC的發(fā)展趨勢1.6.5 編程語言標(biāo)準(zhǔn)化,與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，PLC的硬件、軟件體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。 在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用，各公司的總線、通信網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議一般也是專用的。編程語言雖然多用梯形圖

36、，但具體的指令系統(tǒng)和表達(dá)方式并不一致，因此各公司的PLC互不兼容。 為了解決這一問題，1994年5月國際電工委員會(huì)IEC公布了PLC的編程語言標(biāo)準(zhǔn)IEC1131-3。 標(biāo)準(zhǔn)中共有5種編程語言：順序功能圖、梯形圖、功能塊圖、指令表和結(jié)構(gòu)文本。 幾乎所有的可編程控制器廠家都表示在將來完全支持IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)，但是不同廠家的產(chǎn)品之間的程序轉(zhuǎn)換仍有一個(gè)過程。,1994年5月國際電工委員會(huì)IEC公布了PLC的編程語言標(biāo)準(zhǔn)IEC1131-3。,(1) 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（SFC）,(2) 梯形圖（LD）,(3) 指令表（IL）,LD X0 OR Y0 ANI X1 OUT Y0,(4) 功能塊圖（F

37、BD）,(5) 結(jié)構(gòu)文本（ST）,1.6 PLC的發(fā)展趨勢1.6.5 編程語言標(biāo)準(zhǔn)化,1.7 PLC的技術(shù)指標(biāo),(1) 輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，即I/O總點(diǎn)數(shù) 輸入/輸出點(diǎn)數(shù)是PLC外部輸入、輸出端子數(shù)，是PLC的最重要的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。 (2) 用戶程序存儲(chǔ)容量 用戶程序存儲(chǔ)容量是以存放用戶程序的多少來衡量的，通常以字為單位表示，對(duì)于一般的邏輯操作指令，每條指令占1個(gè)字，定時(shí)/計(jì)數(shù)指令每條占2個(gè)字；有些PLC是以編程的步數(shù)來表示用戶程序存儲(chǔ)容量的，一條指令包含若干步，一步占用一個(gè)地址單元，一個(gè)地址單元為兩個(gè)字節(jié)。 (3) 掃描速度 掃描速度是指掃描1K字用戶程序所需的時(shí)間，通常以ms/K字

38、為單位表示。有些PLC以執(zhí)行1000步指令所需時(shí)間來衡量，單位為ms/K步或s/步。,1.7 PLC的技術(shù)指標(biāo),(4)指令種類 指令種類是衡量PLC軟件功能強(qiáng)弱的重要技術(shù)指標(biāo)，PLC具有的指令種類越多，說明其軟件功能越強(qiáng)。 (5)內(nèi)部寄存器的配置及容量 PLC內(nèi)部寄存器是用來存放變量狀態(tài)、中間結(jié)果、定時(shí)計(jì)數(shù)等數(shù)據(jù)，其數(shù)量的多少、容量的大小，直接關(guān)系到用戶編程的靈活方便與否。 (6)特殊功能 PLC除了基本功能外，還有很多特殊功能，例如自診斷功能、高速計(jì)數(shù)功能，聯(lián)網(wǎng)通信功能等等。特殊功能越多，PLC 配置越靈活，適應(yīng)性越強(qiáng)。,思考,在一個(gè)掃描周期中,如果在程序執(zhí)行期間輸入狀態(tài)發(fā)生變化,輸入映像寄存器的狀態(tài)是否也隨之變化?為什么? PLC為什么會(huì)產(chǎn)生輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象?如何提高I/O響應(yīng)的速度?,