PLC 简介第1章

可编程控制器（PLC）自动化专业杨晋萍返回首页第1章PLC概述§1.1PLC的产生§1.2PLC的定义和分类§1.3PLC的功能和特点§1.4PLC的结构与工作过程§1.5思考与练习返回首页传统的生产机械自动控制装置→继电器控制系统优点→结构简单、价格低廉、容易操作。缺点→体积庞大、生产周期长、接线复杂、故障率高、可靠性及灵活性差。应用→比较适用于工作模式固定，控制逻辑简单等工业应用场合。§1.1PLC的产生返回本章用户迫切需要一种先进的自动控制装置继电器控制系统先进自动控制系统返回本节对先进自动控制装置提出设想：把计算机的功能完善、通用、灵活等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置。把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，采用面向控制过程、面向对象的语言编程。工业控制单板机（计算机）继电器控制系统先进控制装置返回本节1968年美国通用汽车公司提出的替代继电器控制系统的新型控制器的十项指标：1）编程简单、现场可修改程序；2）维护方便、采用插件式结构；3）可靠性高于继电器控制系统；4）体积小于继电器控制系统；5）数据可以直接送入计算机；6）成本可与继电器系统竞争；7）输入可为市电；8）输出可为市电，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；9）通用性强、易于扩展；10）用户存储器大于4K。可编程序逻辑控制器的产生美国数字设备公司（DEC）根据这一设想，于1969年研制成功了第一台可编程序控制器。由于当时主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）。返回本节§1.2PLC的定义和分类PLC的定义经历：可编程逻辑控制器（PLC）→可编程控制器（PC）通用叫法：可编程序控制器（ProgrammableController，PC），是一台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，所以人们还沿用PLC作为可编程控制器的英文缩写。返回本章国际电工委员会（IEC）对可编程控制器的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”返回本节PLC的分类一体化紧凑型PLC：电源、CPU中央处理系统、I/O接口都集成在一个机壳内。如西门子S7-200系列。CPU（基本单元）+扩展模块返回本节标准模块式结构化PLC：各种模块相互独立，并安装在固定的机架（导轨）上，构成一个完整的PLC应用系统。如：西门子S7-300、S7-400系列。PS(电源模块)CPUIM(接口模块)SM:DISM:DOSM:AISM:AOCP:-点-到-点-PROFIBUS-工业以太网返回本节§1.3PLC的功能和特点PLC的功能控制功能逻辑控制定时控制计数控制顺序控制返回本章PLC的功能数据采集、存储与处理功能数学运算功能数据处理模拟数据处理返回本节PLC的功能输入/输出接口调理功能具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节。位数和精度可以根据用户要求选择。具有温度测量接口，直接连接各种热电阻或热电偶。返回本节PLC的功能通信、联网功能PROFIBUSDPPROFIBUSPA(Ex)PROFIBUSPA返回本节PLC的功能人机界面功能返回本节PLC的功能编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，进行编程、调试、监视、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。MPIcable有MPI接口的PG或PC返回本节PLC的特点高可靠性丰富的I/O接口模块采用模块化结构运行速度快功能完善编程简单，易于使用系统设计、安装、调试方便维修方便，维修工作量小总价格低返回本节§1.4PLC的结构和工作过程PLC的基本结构BUS中央处理单元（CPU）系统程序存储器RAM输入单元输出单元I/O扩展接口设备通讯接口电源适配器PLC按钮继电器触点传感器接触器电磁阀指示灯-+I/O扩展单元交流电源编程器计算机其他设备返回本章1、CPU•ＣＰＵ通过输入装置读入外设的状态，由用户程序去处理，并根据处理结果通过输出装置去控制外设。•一般的中型可编程控制器多为双微处理器系统，一个是字处理器，它是主处理器，由它处理字节操作指令，控制系统总线，内部计数器，内部定时器，监视扫描时间，统一管理编程接口，同时协调位处理器及输入输出。另一个为位处理器，也称布尔处理器，它是从处理器，它的主要作用是处理位操作指令和在机器操作系统的管理下实现ＰＬＣ编程语言向机器语言转换。•ＣＰＵ处理速度是指ＰＬＣ执行１０００条基本指令所花费的时间。返回本章2、存储器存储器主要存放系统程序，用户程序及工作数据。•ＰＬＣ所用的存储器基本上由ＰＲＯＭ，ＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ及ＲAM等组成。3、信号模块:输入／输出部件又称Ｉ／Ｏ模块。ＰＬＣ通过Ｉ／Ｏ接口可以检测被控对象或被控生产过程的各种参数，以这些现场数据作为ＰＬＣ对控对象进行控制的信息依据。同时ＰＬＣ又通过Ｉ／Ｏ接口将处理结果送给被控设备或工业生产过程，以实现控制返回本章4、功能模块用以完成某些对实时性和存储容量要求较高的控制任务5、接口模块用来实现中央机架与扩展机架之间的通讯。6、通信处理模块7、电源模块8、编程设备返回本章电源ON内部处理输入处理（输入传送、远程I/O）通信服务（外设、CPU、总线服务）更新时钟、特殊寄存器CPU运行方式？执行程序处理程序STOP执行自诊断PLC正常？YN存放自诊断错误结果致命错误？YCPU强制为STOPNRUNPLC的工作过程扫描过程扫描过程出错处理上电处理返回本节PLC的扫描过程信号输入端子输入映像寄存器I0.0Q4.1Q4.1Q4.2I0.1M10.0I0.1Q4.2M10.0输出映像寄存器输出锁存器输出端子驱动输入刷新输出刷新程序执行扫描周期输入刷新阶段输出刷新阶段返回本节•1输入刷新阶段将输入端子的状态存入暂存区，暂存区的数据取决于输入刷新阶段各个实际输入点的通/断状态。在一个扫描周期内，输入状态暂存区的数据不再随输入的变化而变化。•2用户执行阶段按用户程序顺序扫描执行每条指令，执行结果存入输出暂存区，输出暂存区的内容随程序执行结果的不同而随时改变，但输出锁存器的内容不变。•3输出刷新阶段将用户执行阶段的最终结果由输出暂存区一起集中送到输出锁存器中，并通过一定输出方式输出，推动外部相应的执行元件动•一个扫描周期的长短与下列因素有关。①CPUPLC的中断处理过程响应问题：一般微机系统的CPU，在每一条指令执行结束时都要查询有无中断申请。而PLC对中断的响应则是在相关的程序块结束后查询有无中断申请，或者在执行用户程序时查询有无中断申请，如有中断申请，则转入执行中断服务程序。如果用户程序以块式结构组成，则在每块结束或执行块调用时处理中断。返回本节PLC的中断处理过程中断源先后顺序及中断嵌套问题：在PLC中，中断源的信息是通过输入点而进入系统的，PLC扫描输入点是按输入点编号的先后顺序进行的，因此中断源的先后顺序只要按输入点编号的顺序排列即可。多中断源可以有优先顺序，但无嵌套关系。返回本节PLC的中断处理过程中断服务程序执行结果的信息输出问题：PLC按巡回扫描方式工作，正常的输入/输出在扫描周期的一定阶段进行，这给外设希望及时响应带来了困难。采用中断输入可解决对输入信号的高速响应问题。当中断申请被响应且中断子程序被执行后，有关信息应当尽早送到相关外设，而不希望等到扫描周期的输出传送阶段，就是说对部分信息的输入或输出要与系统CPU的扫描周期脱离。返回本节PLC的I/O系统第(n-1)个扫描周期第(n+1)个扫描周期输入采样输出刷新第n个扫描周期输入采样输出刷新用户程序执行最短I/O响应时间第n个扫描周期第n+1个扫描周期用户程序执行输入采样输出刷新最长I/O响应时间用户程序执行输入采样输出刷新返回本节§1.5思考与练习一、填空题1.美国数字设备公司于______年研制出世界第一台PLC。2.PLC从组成结构形式上可以分为______和_______两类。3.PLC是由___________逻辑控制系统发展而来的，它在____________、___________方面具有一定优势。4.PLC主要由____、____、_____、_____几部分组成。5.PLC所用存储器基本上由________、___、_____等组成。6.PLC常用编程语言有____、_______、________等。7.PLC是通过一种通过周期扫描工作方式来完成控制的，每个周期包括＿＿、＿＿＿、＿＿＿三个阶段。8.PLC控制系统分为_____、______、________三大类。返回本章二、判断题1.输入继电器只能由外部信号驱动，而不能由内部指令来驱动。2.输出继电器可以由外部输入信号或PLC内部控制指令来驱动。3.内部继电器既可以供内部编程使用，又可供外部输出。4.PLC内部的“软继电器”（即由PLC内部的存储单元构成的，包括定时器、计数器等）均可提供无数个常开、常闭触点供编程使用。返回本节三、思考题1.什么是可编程控制器？2.可编程控制器是如何分类的？简述其特点。3.简述可编程控制器的工作原理，如何理解PLC的循环扫描工作过程？4.简述PLC与继电接触器控制在工作方式上各有什么特点。5.PLC能用于工业现场的主要原因是什么？6.详细说明PLC在扫描的过程中，输入映像寄存器和输出映像寄存器各起什么作用。7.可编程序控制器的控制程序为串行工作方式，继电接触器控制线路为并行工作方式，相比之下，可编程序控制器的控制结果有什么特殊性？8.从应用角度出发，PLC、单片机系统主要区别在哪里？返回本节