1-PLC工作原理介绍

2.1概述2.2PLC的硬件组成2.3PLC的软件系统2.4PLC的工作原理2.5PLC的主要指标2.6PLC的分类2.1概述PLC的分类4PLC的应用领域51PLC产生和发展2PLC定义11PLC的特点3PLC的生产厂家6PLC的定义可编程序逻辑控制器简称为PLC（ProgrammableLogicalController），也常称为可编程序控制器即PC(ProgrammableController)，它是微机技术与继电接触器常规控制概念相结合的产物，即采用了微型计算机的基本结构和工作原理，融合了继电接触器控制的概念构成的一种新型电控器，它专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC的产生和发展在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是以继电器控制占主导地位的。对生产工艺多变的系统适应性差，一旦生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构。20世纪60年代，美国的汽车生产技术相对成熟，汽车制造业竞争激烈，导致汽车产品不断更新，生产线也随之频繁改变。而当时的自动控制装置是继电接触器控制系统，要改变工艺十分困难，这不仅阻碍了产品更新换代周期，而且可靠性不高。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（GM十条）：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。1969年美国数字设备公司(DEC公司)研制出了第一台可编程控制器PDP-14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功并取得了满意的效果，可编程控制器自此诞生。美国从1971年开始输出这种技术，1973年以后，西德、日本、英国、法国相继开发了各自的PLC，并广泛应用。廿余年来，PLC的发展迅猛异常，它的应用领域可谓是各行各业。PLC的出现和发展，是工业控制技术上的一个飞跃。PLC在我国机械、冶金、化工、轻工的大多数工业部门已开始得到广泛应用。PLC的应用在工业界产生了巨大的影响。PLC的产生和发展PLC的产生和发展PLC的发展经历了五个重要时期：（1）从产生到20世纪70年代初期。CPU由中小规模数字集成电路组成，存储器为磁芯存储器，控制功能比较简单。（2）20世纪70年代末期。采用CPU微处理器，存储器采用半导体存储器，体积减小，数据处理能力有很大提高。（3）20世纪70年代末到80年代中期。PLC开始采用8位和16位微处理器，使数据处理能力和速度大大提高。（4）20世纪80年代中期到90年代中期。超大规模集成电路促使PLC完全计算机化，CPU已经开始采用32位微处理器。（5）20世纪90年代中期至今。PLC使用16位和32位微处理器，出现了智能化模块，可以实现对各种复杂系统的控制。PLC的产生和发展PLC经过30多年的发展，现已形成了完整的产品系列，其功能与昔日的初级产品不可同日而语，强大的软、硬件功能已接近或达到计算机功能。PLC自问世以来，经过几十年的发展，PLC的功能越来越强大，应用范围也越来越广泛，其足迹已遍及国民经济的各个领域，但PLC的主要应用领域是自动化。不同的企业对自动化程度的要求都不相同。不仅需要发展适合于大、中型企业的高水准的PLC网络系统，而且也要发展适合小型企业性能价格比高的小型PLC控制系统。所以PLC控制系统将朝着两个方向发展：一是向小型化、微型化方向发展。作为控制系统的关键设备，PLC将朝着体积更小、速度更快、功能更强、价格更低的方向发展。二是向大型化、网络化、多功能方向发展。PLC的特点1．通用性强：由于采用了微型计算机的基本结构和工作原理，而且接口电路考虑了工业控制的要求，输出接口能力强，因而对不同的控制对象，可以采用相同的硬件，只需编制不同的软件，就可实现不同的控制。2．接线简单：只要将用于控制的接线、限位开关和光电开关等接入控制器的输入端，将被控制的电磁铁、电磁阀、接触器和继电器等功率输出元件的线圈接至控制器的输出端，就完成了全部的接线任务。3．编程容易：一般使用与继电接触器控制电路原理图相似的梯形图或用面向工业控制的简单指令形式编程。因而编程语言形象直观，容易掌握，具有一定的电工和工艺知识的人员可在短时间学会并应用自如。4．抗干扰能力强、可靠性高：PLC的输入输出采取了隔离措施，并应用大规模集成电路，故它能适应各种恶劣的环境，能直接安装在机器设备上运行。5．容量大，体积小，重量轻，功耗少，成本低，维修方便：例如一台具有128个输入输出点的小型PLC，其尺寸为216×127×110mm3，重约2.3Kg，空载功耗为1.2W，它可以完成相当于400～800个继电器组成的系统的控制功能，而其成本仅相当于相同功能继电器系统的（10～20）％；PLC一般采用模块结构，又具有自诊断功能，判断故障迅速方便，维修时只需更换插入式模块，因而维修十分方便。PLC的分类1.按结构形式分类,可分为整体式和模块式两类。(1)整体式PLC：将电源、CPU、存储器及I/O等各个功能集成在一个机壳内。其特点是结构紧凑、体积小、价格低，小型PLC多采用这种结构，如三菱FX系列的PLC。整体式PLC一般配有许多专用的特殊功能模块，如模拟量I/O模块、通信模块等。(2)模块式PLC：将电源模块、CPU模块、I/O模块作为单独的模块安装在同一底板或框架上的PLC是模块式PLC。其特点是配置灵活、装配维护方便，大、中型PLC多采用这种结构，例如西门子S7-300系列的PLC。PLC的分类2.按I/O点数和存储容量分类◆大型PLC：I/O点数在2048点以上，存储器容量8K以上。◆小型PLC：I/O点数在256点以下，存储器容量2K；◆中型PLC：I/O点数在256～2048点之间，存储器容量2K～8K;PLC的应用领域随着微电子技术的快速发展，PLC的制造成本不断下降，而功能却不断增强。目前在先进工业国家PLC已成为工业控制中的标准设备，应用的领域已覆盖整个工业企业。概括起来主要应用在以下几个方面：1.开关量逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域2．运动控制PLC可用于直线运动或圆周运动的控制3．闭环过程控制PLC通过模拟量模块实现模拟量与数字量的A/D、D/A转换，能够实现对模拟量的控制4．数据处理现代的PLC具有数学运算（包括矩阵运算、函数运算、逻辑运算），数据传递、排序和查表、位操作等功能；可以完成数据的采集、分析和处理，可以与存储器中存储的参考数据相比较，也可以传送给其它智能装置或传送给打印机打印制表5．联网通信PLC的通讯包括PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间和其它的智能设备之间的通讯PLC的生产厂家当今世界上PLC生产厂家按地域可分为三大流派：美国、欧洲和日本。美国和欧洲以大中型PLC而闻名，但产品的差异性很大，这是由于它们是在相互隔离的情况下独立开发出来的；日本以小型PLC著称，它的技术是从美国引进的，因此对美国的产品有一定的继承性。美国是PLC生产大国，有100多家PLC厂商，著名的有A-B公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州仪器（TI）公司、西屋电气公司等。欧洲著名的PLC生产厂商有德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司，法国的TE公司等。日本有许多PLC制造商，如：三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、东芝等。我国的PLC生产厂家规模一般不大，主要有无锡华光电子工业有限公司、上海香岛机电制造有限公司、杭州机床电器厂、天津中环自动化仪表公司等。2.2PLC的硬件组成PLC生产厂家很多，产品的结构也各不相同，但其基本构成是一样的，都采用计算机结构，如下图所示，都以微处理器为核心，通过硬件和软件的共同作用来实现其功能。PLC主要有六部分组成：CPU(中央处理器)、存储器、输入/输出（I/O）接口电路、电源、外设接口、输入/输出（I/O）扩展接口。整体式组合式PLC的基本分类小型机常采用整体式中、大型机常采用组合式整体式PLC的基本组成框图输出设备输入设备I/O扩展单元特殊功能单元主机输出单元输入单元电源外设接口I/O扩展口存储器系统程序存储器CPU用户程序存储器盒式磁带机打印机EPROM写入器上位计算机PLC编程器可编程终端PT…组合式PLC的基本组成框图系统总线通信单元控制系统现场过程CPU单元输出单元编程器PLC或上位计算机……智能I/O单元输入单元★输入并存储用户程序、显示输入内容和地址；CPU指挥PLC完成各种预定的功能★检查、校验用户程序，发现错误即报警；★执行用户程序、驱动外部输出设备动作；★诊断故障、记忆故障信息并报警。2.2.1CPU单元2.2.1CPU单元1.中央处理单元（CPU）：(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中所采用的CPU通常有三种：（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系统程序存储器——存储系统系统程序用户程序存储器——存储系统用户程序工作数据存储器——存储工作数据2.2.2存储器RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。2.2.3I/O单元PLC与外部设备联系的桥梁开关量输入单元开关量输出单元直流输入单元交流输入单元晶体管输出单元晶闸管输出单元继电器输出单元2.2.3I/O单元输入、输出接口：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。输出接口电路按照PLC的类型不同一般分为继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型3类以满足各种用户的需要。其中继电器输出型为有触点的输出方式，可用于直流或低频交流负载；晶体管输出型和晶闸管输出型都是无触点输出方式，前者适用于高速、小功率直流负载，后者适用于高速、大功率交流负载。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。2.2.3I/O单元（1）输入接口电路：采用光电耦合器，防止强电干扰。COM光电三极管发光二极管直流电源输入端子+–PLCIn+24V–内内内内3.3k1000PF470内内内内3.3k1000PF470发光二极管2.2.3I/O单元COM+5VLEDSR3R1AR2C→→T内部电路滤波光电耦合外部开关输入点的状态显示输入点公共端直流输入电路2.2.3I/O单元交流输入电路LED+5VA→→R2～COMSCR1内部电路R3滤波光电耦合输入点的状态显示外部开关输入点2.2.3I/O单元继电器输出（2）输出接口电路：以继电器形式为例：PLC内部电路内部电路K+交流电源或直流电源QCOM-2.2.3I/O单元晶体管输出电路COMT2LED→→DFU+5V内部电路T1R1R2R3负载光电耦合输出点的状态显示公共端输出点2.2.3I/O单元晶闸管输出电路COMLEDR2C→→TFU～内部电路R1负载光电耦合输出点的状态显示公共端输出点2.2.3I/O单元继电器输出电路COMLEDK～R内部电路负载输出点的状态显示继电器机械触点公共端输出点2.2.4电源单元PLC一般采用AC220V电源，经整流、滤波、稳压后可变换成供PLC的CPU、存储器等电路工作所需的直流电压，有的PLC也采用DC24V电源供电。为保证PLC工作可靠，