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1、 可編程控制器應(yīng)用主講教師：陽(yáng)若寧2008 年上期第1章 可編程控制器的概述 學(xué)習(xí)要求:n掌握可編程控制器的基本概念、硬件結(jié)構(gòu)、基本工作原理、性能指標(biāo);n熟悉可編程控制器的分類及常用產(chǎn)品n了解可編程控制器的發(fā)展、應(yīng)用、特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)預(yù)備知識(shí):PLC中數(shù)的表示n:二進(jìn)制數(shù)的表示:n一般地，任意一個(gè)二進(jìn)制數(shù)均可表示成:n n-1nS=k02+k12+kn-12n其中ki取或兩個(gè)值之一，n為正整數(shù)n 例:1101:十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)n除倒取余法 (215)10=(11010111)2 n n :二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)n例 :十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)n十六進(jìn)制數(shù)的基數(shù)為16,每位上的數(shù)碼Ki有0、
2、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F共16個(gè)符號(hào),n運(yùn)算規(guī)則是逢十六進(jìn)一n十六進(jìn)制數(shù)的每一位數(shù)需要四位二進(jìn)制數(shù)表示n例:(A85.EF)162:二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)碼對(duì)照表1.1 可編程控制器的產(chǎn)生n用戶角度提出新一代控制器應(yīng)具備以下十大條件n（1）編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；n（2）維護(hù)方便，更好是插件式；n（3）可靠性高于繼電器控制柜；n（4）體積小于繼電器控制柜；n（5）可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；n（6）在成本上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)；n（7）輸入可以是交流115V（即用美國(guó)的電網(wǎng)電壓）；n（8）輸出為交流115V、2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥；n（9）在擴(kuò)展時(shí)
3、，原有系統(tǒng)只需要很小的變更；n（10）用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4KB。：1.2 可編程控制器的定義 n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)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)和執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作命令，并通過(guò)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(guò)程。可編程控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(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)?！?.3 可編程控制器的基本1.3.1 控制組件n可編程控制器主要由CPU、存儲(chǔ)器、基本I/O接口電路、外設(shè)接口、編程裝置、電源等組成。n 1.CPU單元:n CPU是可
4、編程控制器的控制中樞，相當(dāng)于人的大腦。CPU一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成 n2.存儲(chǔ)器:n 可編程控制器的存儲(chǔ)器由只讀存儲(chǔ)器ROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM和可電擦寫的存儲(chǔ)器EEPROM三大部分構(gòu)成，主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù).3.I/O單元及I/O擴(kuò)展接口 n（1）I/O單元:可分為模擬量I/O單元、數(shù)字量I/O單元兩大類。根據(jù)輸入單元形式的不同，可分為基本I/O單元、擴(kuò)展I/O單元兩大類 n（2）I/O擴(kuò)展接口：可編程控制器利用I/O擴(kuò)展接口使I/O擴(kuò)展單元與PLC的基本單元實(shí)現(xiàn)連接，當(dāng)基本I/O單元的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)不夠使用時(shí)，可以用I/O擴(kuò)展單元來(lái)擴(kuò)充開關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)和增加模
5、擬量的I/O端子 4.外設(shè)接口 n外設(shè)接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能通過(guò)外設(shè)接口組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。PLC通過(guò)PC/PPI電纜或使用MPI卡通過(guò)RS-485接口與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、連網(wǎng)等功能。5.電源 n電源單元的作用是把外部電源（220V的交流電源）轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。外部連接的電源，通過(guò)PLC內(nèi)部配有的一個(gè)專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電路需要的工作電源（直流5伏、正負(fù)12伏、24伏），并為外部輸入元件（如接近開關(guān)）提供24V直流電源（僅供輸入端點(diǎn)使用），而驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的電源由用戶提供。1.3.2 輸入輸出接口電路
6、1.輸入接口電路n輸入接口電路提高抗干擾能力的方法主要有（1）利用光耦合器提高抗干擾能力 光耦合器中的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動(dòng)元件，要有足夠的能量才能驅(qū)動(dòng)（2）利用濾波電路提高抗干擾能力 2.輸出接口電路（1）小型繼電器輸出形式:承受過(guò)電壓過(guò)電流能力強(qiáng)，但動(dòng)作速度較慢（2）大功率晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管輸出形式:只可驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載可靠性強(qiáng)，速度快，但過(guò)載能力差（）雙向晶閘管輸出形式:適合驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載可靠性強(qiáng)，速度快，但過(guò)載能力差3.I/O電路的常見問(wèn)題n1、當(dāng)PLC輸入單元的漏電流值大于mA時(shí)，就可能引起PLC輸入電路發(fā)生誤動(dòng)作。（在輸入端并聯(lián)旁路電阻即可)n 2、應(yīng)在輸出回路串聯(lián)保險(xiǎn)絲，避免負(fù)載電流過(guò)大，
7、會(huì)損壞輸出元件或電路板n 3、晶體管、雙向晶閘管型輸出端子漏電流和殘余電壓的存在,需考慮誤動(dòng)等問(wèn)題n 4、感性負(fù)載斷電時(shí)產(chǎn)生很高的反電勢(shì),一般采用阻容吸收的方式.1.3.3 編程器 n編程器是PLC的重要外圍設(shè)備。利用編程器將用戶程序送入PLC的存儲(chǔ)器，還可以用編程器檢查程序，修改程序，監(jiān)視PLC的工作狀態(tài) n常見的給PLC編程的裝置有手持式編程器和計(jì)算機(jī)編程方式 1.4 可編程控制器的工作原理及主要技術(shù)指標(biāo) 1.4 可編程控制器的工作原理及 主要技術(shù)指標(biāo) 1.4.1 可編程控制器的工作原理 nPLC是采用周期循環(huán)掃描的工作方式，CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CPU對(duì)用戶程序
8、的執(zhí)行過(guò)程是CPU的循環(huán)掃描，并用周期性地集中采樣、集中輸出的方式來(lái)完成的 掃描周期主要可分為n（1）讀輸入階段 每次掃描周期的開始，先讀取輸入點(diǎn)的當(dāng)前值，然后寫到輸入映像寄存器區(qū)域。n（2）執(zhí)行程序階段。用戶程序執(zhí)行階段，PLC按照梯形圖的順序，自左而右，自上而下的逐行掃描，n（3）處理通信請(qǐng)求階段 n（4）執(zhí)行CPU自診斷測(cè)試階段。n（5）寫輸出階段 1.4.2 可編程控制器主要技術(shù)指標(biāo) 1.輸入/輸出點(diǎn)數(shù) n可編程控制器的I/O點(diǎn)數(shù)指外部輸入、輸出端子數(shù)量的總和。它是描述的PLC大小的一個(gè)重要的參數(shù)。2.存儲(chǔ)容量 nPLC的存儲(chǔ)器由系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器三部分組成。P
9、LC存儲(chǔ)容量通常指用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量之和，表征系統(tǒng)提供給用戶的可用資源，是系統(tǒng)性能的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。3.掃描速度 n可編程控制器采用循環(huán)掃描方式工作，完成1次掃描所需的時(shí)間叫做掃描周期。影響掃描速度的主要因素有用戶程序的長(zhǎng)度和PLC產(chǎn)品的類型。PLC中CPU的類型、機(jī)器字長(zhǎng)等直接影響PLC運(yùn)算精度和運(yùn)行速度 4.指令系統(tǒng) n指令系統(tǒng)是指PLC所有指令的總和?？删幊炭刂破鞯木幊讨噶钤蕉?，軟件功能就越強(qiáng)，但掌握應(yīng)用也相對(duì)較復(fù)雜。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際控制要求選擇合適指令功能的可編程控制器。5.通信功能 n通信有PLC之間的通信和PLC與其他設(shè)備之間的通信。通信主要涉及通信模塊，通信接口，通信
10、協(xié)議和通信指令等內(nèi)容。PLC的組網(wǎng)和通信能力也已成為PLC產(chǎn)品水平的重要衡量指標(biāo)之一。1.5 可編程控制器的分類、特點(diǎn)、應(yīng)用及發(fā)展 1.5.1 可編程控制器的分類 n1.按I/O點(diǎn)數(shù)和功能分類：由I/O點(diǎn)數(shù)的多少可將PLC的I/O點(diǎn)數(shù)分成小型、中型和大型 n2.按結(jié)構(gòu)形式分類：PLC可分為整體式結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)兩大類 1.5.2 可編程控制器的特點(diǎn) n可編程控制器的特點(diǎn) n（1）編程簡(jiǎn)單，使用方便 n（2）控制靈活，程序可變，具有很好的柔性 n（3）功能強(qiáng)，擴(kuò)充方便，性能價(jià)格比高 n（4）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工的工作量少，維修方便 n（5）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) n（6）體積小、重量輕、能耗低，是
11、“機(jī)電一體化”特有的產(chǎn)品 n2.可編程控制器PLC與個(gè)人計(jì)算機(jī)PC的主要差異 n3.PLC與繼電器控制的區(qū)別 1.5.3 可編程控制器的應(yīng)用 1.邏輯控制 n可編程序控制器具有“與”、“或”、“非”等邏輯運(yùn)算的能力，可以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，用觸點(diǎn)和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進(jìn)行組合邏輯控制，定時(shí)控制與順序邏輯控制 2.運(yùn)動(dòng)控制 n可編程序控制器使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，或靈活運(yùn)用指令，使運(yùn)動(dòng)控制與順序控制功能有機(jī)地結(jié)合在一起 3.過(guò)程控制 n可編程序控制器可以接收溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量，通過(guò)模擬量I/0模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換，
12、并對(duì)被控模擬量實(shí)行閉環(huán)PID（比例-積分-微分）控制 4.數(shù)據(jù)處理 n可編程序控制器具有數(shù)學(xué)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。5.構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)控制 n可編程序控制器的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程I/0之間的通信、多臺(tái)可編程序控制器之間的通信、可編程序控制器和其他智能控制設(shè)備(如計(jì)算機(jī)、變頻器)之間的通信?？删幊绦蚩刂破髋c其他智能控制設(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)。1.5.4 可編程控制器的發(fā)展 n1.向高集成、高性能、高速度，大容量發(fā)展 n2.向普及化方向發(fā)展 n3.向模塊化、智能化發(fā)展 n4.向軟件化發(fā)展 n5.向通信網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展”習(xí)題 n1.簡(jiǎn)述可編程序控制器的定義。n2.可編程控制器的基本組成有哪些？n3.輸入接口電路有哪幾種形式？輸出接口電路有哪幾種形式？各有何特點(diǎn)？n4.PLC的工作原理是什么？工作過(guò)程分哪幾個(gè)階段？n5.PLC的工作方式有幾種？如何改變PLC的工作方式？n6.可編程序控制器有哪些主要特點(diǎn)?n7.與一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相比可編程序控制器有哪些優(yōu)點(diǎn)?n8.與繼電器控制系統(tǒng)相比可編程序控制器有哪些優(yōu)點(diǎn)?n9.可編程序控制器可以用在哪些領(lǐng)域?
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