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11 PLC的历史背景,可编程序控制器(Programmable Controller)简称为PC 可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Cntroller)。简称为PLC 一、可编程序控制器的历史 20世纪70年代前 继电器接触器控制系统 优点：结构简单、价格低廉 缺点：灵活性差、可靠性低、耗电多、 寿命短,1968年美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司(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，提出了研制可编程序控制器的基本设想，其核心为以下四点，即 (1) 用计算机代替继电器控制盘。 (2) 用程序代替硬件接线。 (3) 输入/输出电平可与外部装置直接连接。 (4) 结构易于扩展 美国数字设备公司（DEC）中标并于1969年研出 了世界上第一台可编程序控制器，型号为PDP-14并应用于通用汽车公司的生产线上。,小型机：一体机，有接口可扩展。,中、大型机：模块式，可按需要在主板上随意组合。,电源模块,CPU模块,底 板,IO模块,整体式PLC： 又称单元式或箱体式。整体式PLC是将电源、CPU、I0部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用这种结构。 模块式PLC：将PLC各部分分成若干个单独的模块，如 CPU模块、I0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。 有的PLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLC。,（1）按结构分类,缺点： 1.主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。 2.编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。 SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在Windows平台下，结合IEC11313国际标准的新一代开放体系结构的PLC。,14 PLC的组成,工业控制计算机，其硬件系统都大体相同，主要由中央处理器模块、存储器模块、输入输出模块、编程器和电源等几部分构成。,1.中央处理器,(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,PLC的中央处理器一般可分为： （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,只读存储器ROM：存放系统程序,2.存储器,随机存储器RAM：存放用户程序和中间运算数据,可电擦写存储器EEPROM：存放需要长期保存的重要数据,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。 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，如直流输入电路和交流输入电路。 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。 输出三种形式： 继电器 - 低速大功率 晶闸管 - 高速大功率 晶体管 - 高速小功率,3.输入/输出接口,直流输入电路,光电耦合,输入点状态显示,继电器输出电路,输入点状态显示,继电器,晶体管输出电路,光电耦合,晶闸管输出电路,（1）用三极管等有源元件作为无触点开关的输出设备，与PLC输入单元的连接时，由于三极管自身有漏电流存在，或者电路不能保证三极管可靠截止而处于放大状态，使得即使在截止时，仍会有一个小的漏电流流过，当该电流值大于1.3mA时，就可能引起PLC输入电路发生误动作。可在PLC输入端并联一个旁路电阻来分流，使流入PLC的电流小于1.3mA,输入/输出电路常见问题,（2）应在输出回路串联保险丝，避免负载电流过大，会损坏输出元件或电路板。,（3）由于输出端子漏电流和残余电压的存在，当驱动不同类型的负载时，需要考虑电平匹配和误动等问题。,（4）感性负载断电时产生很高的反电势，对输出单元电路产生冲击，对于大电感或频繁关断的感性负载应使用外部抑制电路，一般采用阻容吸收电路或二极管吸收电路,编程器是PLC的重要外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。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。,4.编程器,手持式编程器：不能直接输人和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。,编程软件编程：在屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。,电源的直流输电压多为直流5V和直流24V。直流5V电源供PLC内部使用，直流24V电源除供内部使用外还可以供输入/输出单元和各种传感器使用 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。,电源,其它,传感器,cpu,I/O接口,存储器,5.电源单元,（1）外部设备接口 外设接口电路用于连接编程器或其他图形编程器、文本显示器、触摸屏、变频器等并能通过外设接口组成PLC的控制网络。PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口与计算机连接，可以实现编程、监控、连网等功能 （2）I/O扩展接口 扩展接口用于扩展输入/输出单元，它使PLC的控制规模配置更加灵活，这种扩展接口实际上为总线形式，可以配置开关量的I/O单元，也可配置模拟量和高速计数等特殊I/O单元及通信适配器等。,6.其它,I/O扩展端口连接扩展器的示意图,STOP：创建和编辑用户程序，设置PLC的硬件功能，并可下栽到PLC。 RUN: 执行用户程序实现控制功能。 改变工作模式: 1.用模式开关 2.用编程软件 3.在程序中插入stop,2.1 PLC的工作模式,线圈,线圈,继电接触器与PLC控制方案的比较,QS,FR,FU,KM,M 3,工作原理: 合刀开关QS,按SB1KM线圈得电,按SB2KM线圈失电,M 3 ,KM辅助触头闭合自锁KM主触头闭合M运转,KM辅助触头解除自锁KM主触头断开M停转,KM,SB1,KM,SB2,FR,主电路,继电器控制,QS,FR,FU,KM,M 3,KM,FR,X0,X1,COM,Y0,COM1,Y0,X0,Y0, 220 V,SB1,SB2,PLC,X1,主电路,控制电路,用户程序,PLC控制方案,应用程软件编程语言,（1）梯形图（Ladder diagram）梯形图语言是一种以图形符号及图形符号在图中的相互关系表示控制关系的编程语言，是从继电接触器控制电路演变过来的。 （2）指令表 （Instruction list）指令表也叫做语句表。它和单片机程序中的汇编语言有点类似，由语句指令依一定的顺序排列而成。 （3）顺序功能图（Sequential function chart）顺序功能图常用来编制顺序控制类程序。它包含步、动作、转换三个要素。,（4）功能块图（Function block diagram）功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，熟悉数字电路的人比较容易掌握。该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入端、输出端的小圆点表示“非”运算，信号自左向右流动。就像电路图一样，它们被“导线”连接在一起，如下图所示。,PLC 可看成是由各种功能元器件（软元件）组成的工业控制器。利用编程语言，按照一定的逻辑关系对这些软元件进行编程（调用），就可实现某种控制要求。 PLC 的编程软元件实质上是存储器单元，每个单元都有惟一的地址。为了满足不同的功用，存储器单元作了分区，因此，也就有了不同类型的编程软元件。 在系统软件的安排下，不同的软元件具有不同的功能。FX2N系列PLC 编程软元件如下表所示。,FX2N系列PLC编程软元件一览表 （1）,FX2N系列PLC编程软元件一览表 （2）,FX2N系列PLC编程软元件一览表 （3）,编程软件的使用 （1）系统启动：双击桌面图标 打开的SWOPC-FXGPWIN-C窗口如下图所示。,选取文件菜单下的退出命令，即可退出SWOPC-FXGPWIN-C系统，如下图所示。,文件的管理图, 创建新文件 创建新的顺控程序的操作方法是：选择文件新文件 ，或者按CtrlN键，然后在PLC类型设置对话框中选择顺控程序的目标PLC类型，如选择FX2系列PLC后，单击确认，或者按O键即可，如图下图所示。, 打开文件 选择文件打开菜单或按Ctr1O键，在打开的文件菜单中选择一个所需的顺控指令程序后，单击确认即可，如下图所示。, 文件的保存和关闭 如果是第一次保存，屏幕显示如图所示的文件菜单对话框，可通过该对话框将当前程序赋名并保存。操作方法是：执行文件保存，或按Ctr1S键操作即可。,将已处于打开状态的顺控程序关闭，再打开一个已有的程序及相应的注释和数据。操作方法：执行文件关闭打开菜单操作即可，如图所示。,（3）梯形图编程 编辑操作 梯形图单元块的剪切、拷贝、粘贴、删除、块选择以及行删除和行插入，通过执行编辑菜单栏实现。元件名的输入、元件注释、线圈注释以及梯形图单元块的注释，也可通过执行编辑菜单栏实现，如图所示。, 元件输入 触点、线圈、特殊功能线圈和连接导线的输入，程序的清除，通过执行工具菜单栏实现，如图所示。 梯形图的转换 将创建的梯形图 转换格式存入计算机中，操作方法是： 执行工具转换菜单操作或 按F4键，如图所示。在转换过程中显 示梯形图转换信息，如果在不完成转 换的情况下关闭梯形图窗口，被创建 的梯形图被抹去！,查找 光标移到程序的顶、底和指定程序步显示程序，有关元件接点、线圈和指令的查找，元件类型和编号的改变，元件的替换，通过执行查找菜单栏实现，如图所示。,（4）指令表编程 执行视图指令表或按N键，可实现指令表状态下的编程；通过视图指令表或梯形图，可实现指令表程序与梯形图程序之间的转换，如图所示。,（5）程序的检查 执行选项程序检查，选择相应的检查内容，单击确认，可实现对程序的检查，如图所示。,（6）程序的传送功能 读入将PLC中的程序传送到计算机中。 写出将计算机中的程序发送到PLC中。 校验将计算机与PLC中的程 序加以比较校验，操作方法是执 行PLC 传送 读入、 写出、 校验菜单完成操作。 当选择读入时，应在PLC 模式设置对话框中将已经连接 的PLC模式设置好，操作菜单如 图所示。,输入采样信号 输入/输出模块电路是PLC与被控设备间传递输入/输出信号的接口部件。,当输入信号经过一些列处理后，通过输出端输出。,晶体管输出,继电器输出,PLC等效工作电路图,PLC的工作流程,PLC的工作原理 PLC虽然具有许多微型计算机的特点，但它的工作方式却与微型计算机有很多不同点，这主要是各自的操作系统和系统软件的不同造成的。 PLC的工作方式有两个显著特点： 一个是周期性顺序扫描； 一个是信号集中批处理。 PLC通电后，需要对软硬件都做一些初始化的工作。为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号，初始化后反复不停地分步处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为周期性顺序扫描工作方式。 PLC在运行过程中，总是处在不断循环的顺序扫描过程中，每次扫描所用的时间称为扫描时间，又称为扫描周期或工作周期。,上面提到过PLC通电后，首先要进行的就是初始化工作，这一过程包括对工作内存的初始化，复位所有的定时器，将输入/输出继电器清零，检查I/O单元是否完好，如有异常则发出报警信号。初始化之后，就进入周期性扫描过程。,小结：PLC工作过程的特点,3.输出对输入的响应有滞后现象。,2.工作过程就是循环扫描过程，循环扫描时间取决于指令执行速度、用户程序长短等。,1.集中采样、集中输出；减少外界干扰。,4.输出映像寄存器的内容取决于用户程序扫描执行的结果。,5.PLC当前实际的输出状态由输出锁存器的内容决定。,小结：PLC主要性能指标,1. 用户程序存储的容量大小；,2. 输入/输出点数的多少；,3. 循环扫描速度的快慢；,4. 编程指令的种类和条数的多少；,5. 内部器件的种类和数量的多少；,6. 功能及功能扩展的能力；,7. 智能单元数量的多少；,三菱FN2X,PLC产品实例,电源模块,CPU模块,扩展卡,输入输出模块,通讯接口,电源开关,西门子317T-2DP结构,断路器,熔断器,固态继电器,接触器,插座,开关电源,电抗器,伺服驱动器,开关电源,西门子PLC,