1、,可编程控制器 PLC应用技术,编程软元件的性能和使用,11 PLC的发展历史 1969年，美国的通用汽车公司（GM）公开招标；同一年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程控制器。 1971年日本引进这项技术，很快研制出日本第一台PLC。 欧洲于1973年研制出第一台PLC， 我国从1974年开始研制，1977年国产PLC 正式投入工业应用。,1. 概 述,PLC的原理、功能和外部接线,第一部分 PLC的原理、功能和外部接线,12 PLC的命名,可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC），国际电工委员会（IEC）于1985年对可编程控制器
2、作了如下定义：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。,13 PLC的著名厂商,西门子（德） 欧姆龙（日） 三菱（日） 松下（日） 施耐德（法） 通用（美）等 我国应用的小型PLC主要以日本为主；大中型主要以欧美为主。,14 PLC的分类 （1）从组成结构形式分类 可以将PLC分为两类：一类是整体式PLC（也称单元式）；另一类是标准模板式结构化的PLC（也称组合式）。 （2）按输入/输出（I/O）点数分类 小型PLC。 I/O点数一般在128点以下。 中型PLC。 I/O点数一般在2561 024点之间。 大型PLC。 1 024点以上的称为大型PLC。,2PL
3、C的主要特点和功能2.1其主要特点如下。 （1）抗干扰能力强、可靠性高 （2）程序简单易学 （3）系统的设计调试周期短 （4）安装简单，维修方便 （5）采用模块化结构，丰富的I/O接口模块，扩展能力强,2.2 PLC的功能 （1）逻辑控制 （2）计数和定时控制 （3）步进顺序控制 （4）模拟量处理 （5）数据处理 （6）通信连网,2.3 PLC的性能指标 （1）输入/输出（I/O）点数 （2）存储容量 （3）扫描速度 （4）指令系统 （5）内部寄存器（继电器） （6）扩展能力,2.4 PLC与继电器系统的比较两者的性能比较见表5-1。,2.5 PLC与计算机的比较两者的性能比较见表5-2。,2
4、.6 PLC的发展趋势PLC的发展趋势如下。 向高性能、高速度、大容量的方向发展。 网络化。 小型化、低成本、简单易用。 不断提高编程软件的功能。 适合PLC应用的新模块。 PLC的软件化与PC化。,2.7 PLC在我国的应用目前PLC在我国得到了广泛的应用，几乎所有知名厂家的PLC产品在我国都有应用。我国自主品牌的PLC生产厂家有近30余家。,3. PLC的硬件组成可编程控制器种类繁多，但其基本结构和工作原理相同。可编程控制器的功能结构区（物理结构）由CPU（中央处理器）、存储器和输入/输出模块三部分组成，如图1-1所示。,图1-1 PLC结构框图,图5-11 S7-200 PLC,3.1
5、CPU（中央处理器）CPU的功能是完成PLC内所有的控制和监视操作。中央处理器一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储器、输入/输出接口电路连接。,3.2 存储器在PLC中使用两种类型的存储器：一种是只读类型的存储器，如EPROM和EEPROM，另一种是可读/写的随机存储器RAM。PLC的存储器分为5个区域，如图1-2所示。,图1-2 存储器的区域划分,用户存储器的类型可以是随机存储器、可擦除存储器（EPROM）和电擦除存储器（EEPROM），高档的PLC还可以使用Flash ROM（闪速存储器）。用户编程存储器主要用于存放用户编写的程序。存储器的关系如图
6、1-3所示。,图5-3 存储器的关系,3.3 输入/输出接口可编程控制器的输入和输出信号可以是开关量或模拟量。输入/输出接口是PLC内部弱电（Low Power）信号和工业现场强电（High Power）信号联系的桥梁。,输入/输出接口主要有两个作用，一是利用内部的电隔离电路将工业现场和PLC内部进行隔离，起保护作用；二是调理信号，可以将把不同的信号（如强电、弱电信号）调理成CPU可以处理的信号（5V、3.3V或2.7V等），如图1-4所示。,图1-4 输入/输出接口,输入/输出接口模块是PLC系统中最大的部分，输入/输出接口模块需要电源，输入电路的电源可以由内部或外部提供，对于模块化的PLC
7、还需要背板（安装机架）。,（1）输入接口电路 输入接口电路的组成和作用 输入信号的设备的种类,图1-5 输入接口的结构,图1-6 输入/输出接口,（2）输出接口电路 输出接口电路的组成和作用输出接口电路由多路选择开关模块、信号锁存器、电隔离电路、模块状态显示、输出电平转换电路和接线端子组成，如图1-7所示。,图1-7 输出接口的结构,可编程控制器有3种输出接口形式：继电器输出：负载电源交直流皆可；输出频率低晶体管输出：负载电源直流；输出频率较高晶闸管输出：负载电源交流；输出频率高, 输出信号的设备的种类输出信号可以是 离散信号：电磁阀线圈；指示灯；接触器线圈；继电器线圈；报警器等 模拟信号：流
8、量阀；交直流驱动器；温控仪；流量仪等,PLC形式,CPU 电源 基本单元 有 有 扩展单元 无 有 扩展模块 无 无,4. PLC接线三菱 西门子,CPU上标注“DC/DC/DC”的含义是：第一个DC表示供电电源电压为24V DC，第二个DC表示输入端的电源电压为24V DC，第三个DC表示输出为24V DC。CPU上标注“AC/DC/继电器”的含义是：AC表示供电电源电压为220V AC，DC表示输入端的电源电压为24V DC，“继电器”表示输出为继电器输出。,5 PLC的工作原理PLC是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求，编制好控制程序后，用编程器将程序输入到PLC（或用
9、计算机下载PLC）的用户程序存储器中寄存。PLC的控制功能就是通过运行用户程序来实现的。,5.1工作模式 RUN：运行模式，即执行程序状态；开关控制；信号指示STOP：停止模式，编程器输入程序在停止模式下；开关控制；信号指示,5.2运行模式工作原理,分时工作，循环扫描循环程序三个时段： 输入采样阶段 程序执行阶段 输出刷新阶段us 级 ms级 us级 PLC是串行工作，并非并行工作，读程序的顺序是从上到下，从左到右。（梯形图）,而PLC从0号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束。,然后再从头开始执行，并周而复
10、始地重复，直到停机或从运行（RUN）切换到停止（STOP）工作状态。PLC这种执行程序的方式被称为扫描工作方式，每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。其运行和信号处理示意图如图1-8所示。,图1-8 PLC内部运行和信号处理示意图,5.3扫描周期 输入输出滞后现象,扫描周期：完成一个循环所用的时间。与CPU的运行速度和程序长度有关。ms级 输入输出滞后现象：输出滞后于输入，但时间很短，在严格的实时控制中受影响。,PLC的立即输入、输出功能比较高档的PLC都有立即输入、输出功能。,1立即输出功能所谓立即输出功能就是输出模块在用户程序时，能立即被刷新。PLC临时挂起（中断）正常运行的程序，将输出映像
11、表中的信息输送到输出模块，立即进行输出刷新，然后再回到程序中继续运行。,立即输出的示意图如图1-9所示。注意，立即输出功能并不能立即刷新所有的输出模块。,图1-9 立即输出过程,2立即输入功能立即输入适用于要求对反映速度很严格的场合，例如，几毫秒的时间对于控制来说十分关键的情况下。,立即输入时，PLC立即挂起正在执行的程序，扫描输入模块，然后更新特定的输入状态到输入映像表，最后继续执行剩余的程序。立即输入的示意图如图1-10所示。,图1-10 立即输入过程,6.编程语言,1、梯形图：使用最多；与继电器控制逻辑最接近；软元件电器符号；想象内部有两条母线，左右母线，一般有母线省画；读图顺序从左到右，从上到下。 2、指令表:指令表程序；类似计算机汇编语言。 3、状态流程图：适用于步进顺控程序；方便编程。 4、功能块图 5、高级语言,重 点,1、编程输入模式，接口 2、接线 3、运行模式信号指示灯意义 4、了解工作原理,
