第3章 可编程序控制器概述

第3章可编程序控制器概述3.1PLC的产生及定义3.2PLC的发展与应用3.3PLC的特点3.4PLC的分类3.5PLC的硬件结构和各部分的作用3.6PLC的工作原理3.1PLC的产生及定义3.1.1PLC的产生3.1.2PLC的定义3.1.1PLC的产生1)编程简单，可在现场修改程序。2)系统的维护方便，采用插件式结构。3)体积小于继电器控制柜。4)可靠性高于继电器控制柜。5)成本较低，在市场上可以与继电器控制柜竞争。6)可将数据直接送入计算机。7)可直接用交流115V输入(注：美国电网电压是110V)。8)输出采用交流115V，可以直接驱动电磁阀、交流接触器等。9)通用性强，扩展方便。10)程序可以存储，存储器容量可以扩展到4KB。3.1.2PLC的定义PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，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。PLC及其有关外部设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。3.2PLC的发展与应用3.2.1PLC的发展历程3.2.2PLC的发展趋势3.2.3PLC的应用领域3.2.1PLC的发展历程20世纪60年代末PLC产生于美国马萨诸塞州，MODICON084是世界上第一种投入生产的PLC。PLC崛起于20世纪70年代，首先在汽车流水线上大量应用。20世纪80年代PLC走向成熟，全面采用微电子处理器技术，得到大量推广应用，年销售始终以高于20%的增长率上升，奠定了其在工业控制中不可动摇的地位。20世纪90年代，随着工控编程语言IEC61131-3的正式颁布，PLC开始了它的第三个发展时期，在技术上取得新的突破。PLC在系统结构上，从传统的单机向多CPU和分布式及远程控制系统发展；在编程语言上，图形化和文本化语言的多样性，创造了更具表达控制要求、通信能力和文字处理的编程环境；从应用角度看，除了继续发展机械加工自动生产线的控制系统外，更发展了以PLC为基础的DCS、监控和数据采集(SCADA)系统、柔性制造系统(FMS)、安全联锁保护(ESD)系统等，全方位地提高了PLC的应用范围和水平.3.2.2PLC的发展趋势1.加强PLC通信联网的信息处理能力2.开放性和标准化3.体积小型化，运算速度高速化4.软PLC的出现3.2.3PLC的应用领域1.中小型单机电气控制系统2.制造业自动化3.运动控制4.过程控制3.3PLC的特点1.可靠性高、抗干扰能力强2.控制系统结构简单、通用性强3.丰富的I/O接口模块4.编程简单、使用方便5.设计安装简单、维修方便6.体积小、重量轻、能耗低3.4PLC的分类3.4.1按结构形式分类3.4.2按功能分类3.4.3按I/O点数分类3.4.1按结构形式分类1.整体式PLC2.模块式PLC3.叠装式PLC4.分布式PLC1.整体式PLC图3-1整体式固定I/O型PLC2.模块式PLC图3-2模块式PLC的示意图3.叠装式PLC1)叠装式PLC的基本单元本身具有集成、固定点数的I/O点，基本单元可独立使用。2)叠装式PLC自成单元，不需要安装基板(或机架)，因此，在控制要求变化时，可在原有基础上，很方便地对PLC的配置进行改变。3)叠装式PLC可以使用功能模块，由于基本单元具有扩展接口，因此可以连接其他功能模块。图3-3叠装式PLC4.分布式PLC图3-4分布式PLC的组成示意图3.4.2按功能分类1)低档PLC：具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能，主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。2)中档PLC：除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能，有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。3)高档PLC：除具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其他特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。3.4.3按I/O点数分类1)小型PLC：I/O点数在256点以下的为小型PLC。2)中型PLC：I/O点数在256～2048点之间的为中型PLC。3)大型PLC：I/O点数在2048点以上的为大型PLC。3.5PLC的硬件结构和各部分的作用1.中央处理器(CPU)2.存储器3.输入/输出单元4.通信接口5.智能接口模块6.编程设备7.电源8.其他外部设备图3-5整体式PLC的组成框图3.6PLC的工作原理3.6.1PLC控制系统的组成3.6.2PLC循环扫描的工作过程3.6.3PLC用户程序的工作过程3.6.4PLC工作过程举例说明3.6.5输入、输出延迟响应3.6.6PLC对输入、输出的处理规则3.6.1PLC控制系统的组成图3-6PLC控制系统的组成图3-7PLC控制系统与继电器-接触器控制系统的比较3.6.2PLC循环扫描的工作过程图3-8PLC的工作流程3.6.3PLC用户程序的工作过程1.输入采样阶段2.用户程序执行阶段3.输出刷新阶段图3-9PLC主要工作过程的中心内容3.6.4PLC工作过程举例说明图3-10PLC控制电动机起停外部接线图与梯形图3.6.5输入、输出延迟响应1)输入电路的滤波时间，它由RC滤波电路的时间常数决定。2)输出电路的滞后时间，它与输出电路的输出方式有关。3)PLC循环扫描的工作方式。4)用户程序中语句的安排。1.最短响应时间2.最长响应时间3.用户程序的语句安排影响响应时间1.最短响应时间图3-11PLC的最短响应时间2.最长响应时间图3-12PLC的最长响应时间3.用户程序的语句安排影响响应时间图3-13梯形图及各元件状态时序图3.6.6PLC对输入、输出的处理规则1)输入映像寄存器的数据，由上一个扫描周期输入端子板上各输入点的状态决定。2)输出映像寄存器的状态，由程序执行期间输出指令的执行结果决定。3)输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出映像寄存器中的数据决定。4)输出端子的接通和断开状态，由输出锁存器来决定。5)执行程序时所用的输入、输出状态值，取决于输入、输出映像寄存器的状态。1.PLC的定义是什么？2.简述PLC的发展概况和发展趋势。3.PLC有哪些主要功能？4.PLC有哪些基本组成部分？5.简述PLC输入接口、输出接口电路的作用。6.PLC开关量输出接口按输出开关器件的种类不同，有哪几种形式？7.PLC控制系统与传统的继电器控制系统有何区别？8.梯形图与继电器控制电路图存在哪些差异？9.PLC的工作原理是什么？简述PLC的扫描工作过程。10.PLC的输入、输出延迟响应时间由哪些因素决定？