第1章 可编程控制器的概述1

第1章可编程控制器的概述本章要点可编程控制器的产生、特点、分类与发展可编程控制器的定义和基本含义可编程控制器的基本组成及各部分的作用可编程控制器的工作原理可编程控制器的技术指标1.1可编程控制器的产生用户角度提出新一代控制器应具备以下十大条件（1）编程简单，可在现场修改程序；（2）维护方便，更好是插件式；（3）可靠性高于继电器控制柜；（4）体积小于继电器控制柜；（5）可将数据直接送入管理计算机；（6）在成本上可与继电器控制柜竞争；（7）输入可以是交流115V（即用美国的电网电压）；（8）输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀；（9）在扩展时，原有系统只需要很小的变更；（10）用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。：1.2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，专为在工业环境下应用而设计。他采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，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围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。1.3可编程控制器的基本组成1.3.1控制组件可编程控制器主要由CPU、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、编程装置、电源等组成。连接文件夹第一章\图1.doc1.CPU单元:CPU是可编程控制器的控制中枢，相当于人的大脑。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成2.存储器:可编程控制器的存储器由只读存储器ROM、随机存储器RAM和可电擦写的存储器EEPROM三大部分构成，主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。3.I/O单元及I/O扩展接口（1）I/O单元:可分为模拟量I/O单元、数字量I/O单元两大类。根据输入单元形式的不同，可分为基本I/O单元、扩展I/O单元两大类（2）I/O扩展接口：可编程控制器利用I/O扩展接口使I/O扩展单元与PLC的基本单元实现连接，当基本I/O单元的输入或输出点数不够使用时，可以用I/O扩展单元来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。4.外设接口外设接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，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。5.电源电源单元的作用是：把外部电源（220V的交流电源）转换成内部工作电压。外部连接的电源，通过PLC内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（直流5伏、正负12伏、24伏），并为外部输入元件（如接近开关）提供24V直流电源（仅供输入端点使用），而驱动PLC负载的电源由用户提供。1.3.2输入输出接口电路1.输入接口电路如图1-2所示连接文件夹第一章\图11.doc，输入接口电路提高抗干扰能力的方法主要有：（1）利用光电耦合器提高抗干扰能力。（2）利用滤波电路提高抗干扰能力。2.输出接口电路（1）小型继电器输出形式，如图1-3所示连接文件夹第一章\图12.doc（2）大功率晶体管或场效应管输出形式，如图1-4所示连接文件夹第一章\1-4.doc（3）双向晶闸管输出形式，如图1-5所示连接文件夹第一章\图13.doc3.I/O电路的常见问题1、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。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、晶体管、双向晶闸管型输出端子漏电流和残余电压的存在。4、感性负载断电时产生很高的反电势。1.3.3编程器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。常见的给PLC编程的装置有手持式编程器和计算机编程方式。1.4可编程控制器的工作原理及主要技术指标1.4.1可编程控制器的工作原理PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描，并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的。扫描周期主要可分为（1）读输入阶段每次扫描周期的开始，先读取输入点的当前值，然后写到输入映像寄存器区域。（2）执行程序阶段。用户程序执行阶段，PLC按照梯形图的顺序，自左而右，自上而下的逐行扫描。（3）处理通信请求阶段。（4）执行CPU自诊断测试阶段。（5）写输出阶段。1.4.2可编程控制器主要技术指标1.输入/输出点数可编程控制器的I/O点数指外部输入、输出端子数量的总和。它是描述的PLC大小的一个重要的参数。2.存储容量PLC的存储器由系统程序存储器，用户程序存储器和数据存储器三部分组成。PLC存储容量通常指用户程序存储器和数据存储器容量之和，表征系统提供给用户的可用资源，是系统性能的一项重要技术指标。3.扫描速度可编程控制器采用循环扫描方式工作，完成1次扫描所需的时间叫做扫描周期。影响扫描速度的主要因素有用户程序的长度和PLC产品的类型。PLC中CPU的类型、机器字长等直接影响PLC运算精度和运行速度。4.指令系统指令系统是指PLC所有指令的总和。可编程控制器的编程指令越多，软件功能就越强，但掌握应用也相对较复杂。用户应根据实际控制要求选择合适指令功能的可编程控制器。5.通信功能通信有PLC之间的通信和PLC与其他设备之间的通信。通信主要涉及通信模块，通信接口，通信协议和通信指令等内容。PLC的组网和通信能力也已成为PLC产品水平的重要衡量指标之一。1.5可编程控制器的分类、特点、应用及发展1.5.1可编程控制器的分类1.按I/O点数和功能分类：由I/O点数的多少可将PLC的I/O点数分成小型、中型和大型。2.按结构形式分类：PLC可分为整体式结构和模块式结构两大类。1.5.2可编程控制器的特点可编程控制器的特点：（1）编程简单，使用方便。（2）控制灵活，程序可变，具有很好的柔性。（3）功能强，扩充方便，性能价格比高。（4）控制系统设计及施工的工作量少，维修方便。（5）可靠性高，抗干扰能力强。（6）体积小、重量轻、能耗低，是“机电一体化”特有的产品。2.可编程控制器PLC与个人计算机PC的主要差异。3.PLC与继电器控制的区别。1.5.3可编程控制器的应用1.逻辑控制可编程序控制器具有“与”、“或”、“非”等逻辑运算的能力，可以实现逻辑运算，用触点和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制，定时控制与顺序逻辑控制。2.运动控制可编程序控制器使用专用的运动控制模块，或灵活运用指令，使运动控制与顺序控制功能有机地结合在一起。3.过程控制可编程序控制器可以接收温度、压力、流量等连续变化的模拟量，通过模拟量I/0模块，实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换和D/A转换，并对被控模拟量实行闭环PID（比例-积分-微分）控制。4.数据处理可编程序控制器具有数学运算、数据传送、转换、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。5.构建网络控制可编程序控制器的通信包括主机与远程I/0之间的通信、多台可编程序控制器之间的通信、可编程序控制器和其他智能控制设备(如计算机、变频器)之间的通信。可编程序控制器与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。1.5.4可编程控制器的发展1.向高集成、高性能、高速度，大容量发展。2.向普及化方向发展。3.向模块化、智能化发展。4.向软件化发展。5.向通信网络化发展。1.6习题1.简述可编程序控制器的定义。2.可编程控制器的基本组成有哪些？3.输入接口电路有哪几种形式？输出接口电路有哪几种形式？各有何特点？4.PLC的工作原理是什么？工作过程分哪几个阶段？5.PLC的工作方式有几种？如何改变PLC的工作方式？6.可编程序控制器有哪些主要特点?7.与一般的计算机控制系统相比可编程序控制器有哪些优点?8.与继电器控制系统相比可编程序控制器有哪些优点?9.可编程序控制器可以用在哪些领域?