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PLC仰恩大学计算机与信息学院本课程的基本情况•专业课先修课程：电路基础、继电器—接触器控制系统等软件基础：程序语言、计算机基础等后续课程：数控技术•教材：《可编程控制器原理及应用》，王庭有等编著，国防工业出版社•本课程安排期中考试、期末考试PLC仰恩大学计算机与信息学院课程主要内容与学习方法•初识可编程控制器（6学时）•软电器与基本逻辑指令（8学时）•工作原理与电路分析和设计（6学时）•可编程控制器与顺序控制（8学时）•可编程控制器的高级程序指令（6学时）•主机扩展（2学时）•编程器和编程软件的基本使用方法（实验课中进行）PLC仰恩大学计算机与信息学院第1章初识可编程控制器可编程控制器（ProgrammableController，简称PC）是一种工业控制计算机可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicComputer,简称PLC）个人计算机（PersonalComputer,简称PC）由于可编程控制器的简称与个人计算机的英文简称一样，同时现在的可编程控制器又是由可编程逻辑控制器发展而来的，为了避免混淆，一般称为可编程控制器为PLC。PLC仰恩大学计算机与信息学院•可编程控制器起源于继电器—接触器控制系统（亦称机床电器控制系统），是该系统的智能化，但其功能得到极大的扩展，已成为一种广泛使用的工业控制器。世界上几大著名的PLC生产公司美国AB公司、通用电气公司、哥德公司德国西门子公司日本三菱公司、东芝公司PLC仰恩大学计算机与信息学院PLC的应用领域•开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制是PLC的最基本控制功能。（路灯，电梯，十字路口红绿灯）•模拟量的闭环控制PLC具有A/D、D/A转换及算术运算等功能，因此可以实现模拟量控制。PLC仰恩大学计算机与信息学院•数字量的智能控制•数据采集与监控（电厂车间，矿车间中的粉尘）•通信、联网及集散控制•典型的应用例子•电梯•数控机床•厂矿控制•生产流水线控制•红绿灯控制•机器人PLC仰恩大学计算机与信息学院1.1可编程控制器的物理结构及其系统的组成•可编程控制器的基本组成和普通的计算机相同，都包含CPU、存储器、I/O接口和系统总线四大部分，但外型上有很大差异。三菱FXON-60MRPLC仰恩大学计算机与信息学院PLC仰恩大学计算机与信息学院PLC仰恩大学计算机与信息学院PLC仰恩大学计算机与信息学院PLC仰恩大学计算机与信息学院1.2可编程控制器控制系统与继电器—接触器控制系统一、PLC的起源•继电器控制系统•明显缺点：体积大，可靠性低，查找故障困难，接线复杂，对生产工艺变化的适应性差。•优点：简单易懂、操作方便、价格便宜•计算机系统的优点：功能完备、灵活性、通用性PLC仰恩大学计算机与信息学院二、两种系统常用元件简介•1、继电器—接触器系统常用元件按钮——输入控制的命令常开、常闭继电器——用于控制回路接触器——用于执行输出，控制被控对象，如上电或断电（常用元件动画演示由其它软件提供）PLC仰恩大学计算机与信息学院•线圈不通电时处于断开状态的触点就是常开触点•线圈不通电时处于闭合状态的触点就是常闭触点•真实的继电器中与电路有关的部分是触点系统和线圈。电气结构=线圈+触点PLC仰恩大学计算机与信息学院•2、PLC中的常用元件•输入继电器：相当于真实系统的按钮或开关用X+数字编号表示，如X001，对应接线端子为X1•输出继电器：相当于真实系统的中间继电器，控制接触器的动作输出继电器的数字编号是在其对应的输出接线端子的数字编号前面加0。例如，输出接线端子Y1对应的输出继电器为Y001。•辅助继电器和定时器相当于实际系统的中间继电器和时间继电器PLC仰恩大学计算机与信息学院表1.1物理继电器与可编程控制器软继电器的图形符号对比PLC仰恩大学计算机与信息学院三、典型应用举例继电器—接触器系统实现方案主回路控制回路正转反转热继电器停止按钮正转启动反转启动自锁互锁交流电动机正反转控制电路PLC仰恩大学计算机与信息学院可编程控制器实现方案PLC仰恩大学计算机与信息学院PLC等效电路图PLC仰恩大学计算机与信息学院I/O接线图PLC仰恩大学计算机与信息学院可编程控制器与其外设的连接图称为可编程控制器的I/O连接图。把选用的可编程控制器的等效电器连成的等效控制电路图称为可编程控制器的梯形图。PLC仰恩大学计算机与信息学院•梯形图中最左侧的一条竖线称为左母线或主左母线，最右侧的一条竖线则称为右母线。•在一些厂商的图形编程器或图形编程软件中，不画右母线。•母线相当于电源线。手工绘制梯形图时，右母线可以画也可以不画PLC仰恩大学计算机与信息学院•梯形图是使用可编程控制器时，面向使用者，用来描述可编程控制器的控制功能的一种形象的图形。•梯形图在可编程控制器内体现为程序，即用户程序。设计绘制梯形图的过程，也就是编写用户程序的过程。•通过设计绘制梯形图来实现用户程序的编写，是可编程控制器易用性的重要标志和体现。PLC仰恩大学计算机与信息学院1.3PLC梯形图的绘制规则•绘制梯形图时，输入继电器的线圈不能出现在梯形图中。•绘制梯形图时，软继电器的线圈不能直接与左母线相连，二者之间要加入触点，软继电器的线圈之后（线圈与右母线之间）不能出现任何其他元件，线圈不能串联，只能并联。•绘制梯形图时，同一个线圈不要出现两次或两次以上。同一个线圈出现两次或两次以上时，只有最后一次有效，有可能带来一些意想不到的后果。PLC仰恩大学计算机与信息学院•梯形图中不要出现混联电路（分不清串联和并联关系的电路），PLC没有处理混联电路的指令；•只有处理串联电路和并联电路的指令，梯形图中出现的电路要能分清串联或并联关系。如果有混联，应拆分成串联或并联的关系。PLC仰恩大学计算机与信息学院PLC仰恩大学计算机与信息学院梯形图的主要特点•（1）梯形图中的继电器不是物理继电器，每个继电器是映像寄存器中的一位，是“软继电器”。继电器状态可以反复读取，所以可以认为有无限个常开触点和常闭触点，程序中可反复引用。PLC仰恩大学计算机与信息学院•（2）梯形图图中并没有真实的电流，而仅只是“概念”电流，且只能从左向右流动。•（3）梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现输入继电器的线圈。•（4）输出继电器供PLC作输出控制用。驱动接触器、电磁阀等负载。•（5）当PLC运行时，PLC对梯形图是按扫描顺序执行程序。PLC仰恩大学计算机与信息学院1.4PLC的基本使用步骤•1、确定PLC系统的硬件配置•2、设计绘制梯形图•3、调试梯形图•4、连接PLC的外设•5、运行PLC系统PLC仰恩大学计算机与信息学院1、确定PLC系统的硬件配置•根据实际的控制选择PLC及其配套模块，配置PLC系统的硬件系统。•选择PLC，主要是PLC结构形式的选择、I/O点数的选择、输出形式的选择。PLC仰恩大学计算机与信息学院2、设计绘制梯形图分配I/O点，绘制I/O连接图，然后根据工艺要求和控制设计梯形图。3、调试梯形图运行PLC，观察输出指示灯的状态或监控、调试程序，或通过仿真软件调试程序，直至程序符合控制要求。PLC仰恩大学计算机与信息学院•4、连接PLC的外设•输入模块：汇点式（全部输入元件拥有一个公共端）；•输出模块：分组汇点式（每组输出元件拥有一个公共端）或汇点式；PLC仰恩大学计算机与信息学院PLC仰恩大学计算机与信息学院输出模块连接的所有控制对象的电压等级和类型都相同——汇点式；输出模块连接的控制对象的电压等级或类型不相同——分组汇点式。PLC仰恩大学计算机与信息学院•5、运行可编程控制器系统输入、输出及整个系统连接好，梯形图调试正确无误，整个系统即可开始工作。PLC仰恩大学计算机与信息学院补充：•可编程控制器的整体结构1、主机扩展式；2、模块式•可编程控制器的输入输出端口结构开关量输入单元•直流输入单元•交流输入单元开关量输出单元•晶体管输出单元（T，只能驱动直流负载）•可控硅输出单元（S，只能驱动交流负载）•继电器输出单元（R，两者即可）PLC仰恩大学计算机与信息学院主机扩展式PLCPLC仰恩大学计算机与信息学院模块式PLCPLC仰恩大学计算机与信息学院各个部分的作用•中央处理器单元（CPU）•存储器•I/O单元•智能单元•电源（滤波，电磁电容方面的测试）•扩展口（增加功能）•编程工具（编程器）•其他外部设备PLC仰恩大学计算机与信息学院•现代PLC使用的CPU主要有以下几种：•通用微处理器，如8080，6800、Z80A、8086等：通用微处理器的价格便宜，通用性强。•单片机：如8051等，单片机由于集成度高，体积小，价格低和可扩充性好，和适合在小型PLC上实用，也广泛应用于PLC的智能I/O模块。•位片式微处理器，如AMD2900系列等，位片式微处理器是独立于微型机的另一个分支。运算速度快，以4位一片。用几个位片级联，可以组成任意字长的微处理器。PLC仰恩大学计算机与信息学院I/O单元常用的I/O单元（结合开关量）•开关量输入单元•直流输入单元•交流输入单元•开关量输出单元•晶体管输出单元（T，只能驱动直流负载）•可控硅输出单元（S，只能驱动交流负载）•继电器输出单元（R，两者即可）PLC仰恩大学计算机与信息学院•直流输入电路PLC仰恩大学计算机与信息学院•交流输入电路PLC仰恩大学计算机与信息学院•晶体管输出单元（无触点）PLC仰恩大学计算机与信息学院•双向晶闸管输出电路（无触点）PLC仰恩大学计算机与信息学院•继电器输出电路（有触点）PLC仰恩大学计算机与信息学院1.5PLC的特点1）以可编程控制器为核心构造控制所需周期短一般来说构造自动化控制装置时，有两种做法①开发控制装置（继电控制系统，难度大）②应用成品控制器构造控制系统（相对容易）不用自己设计制作硬件装置，只要确认接线安装，避免了大量的接线，工作量大大地减少；也无须开发系统软件，采用梯形图编程简单直观或采用顺序控制时有规律容易掌握，相比较花费的时间要少得多；同时可以不在现场调试，可以进行实验室模拟调试。进行修改也比较方便，若发现问题通过修改程序即可解决，比调试继电控制系统要省很多时间。PLC仰恩大学计算机与信息学院2）PLC易学易用•PLC的硬件系统和软件系统由厂家专业人员研制，即使没有电子技术基础，没有控制理论基础，不懂计算机原理、编程，也可以使用PLC，PLC采用的是面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握；•只要熟悉继电器控制系统即可掌握好PLC的使用；•只需根据实际控制，选用合适的PLC及外围设备，编制用户程序，连接好外部接线即可使用；•编制用户程序简单直观，编程器的使用操作和编程软件的使用也很简单，外部接线也十分容易。PLC仰恩大学计算机与信息学院3）PLC通用性和适用性强•功能强大•可以实现运动控制•可以实现过程控制•可以进行数据处理•可以实现闭环控制•可以组成控制网络•随机应变能力强•PLC已模块化和系列化，硬件配置灵活，可以根据实际需要增加或者减少模块，以满足各种特定控制要求•配置确定后，对同一硬件系统，可以通过修改用户程序，实现不同的控制功能当前，PLC已经成为主流的控制设备PLC仰恩大学计算机与信息学院4）PLC的可靠性高、抗干扰能力强•从硬件和软件两个方面采取措施硬件：•平均无故障工作时间长（30-50万小时）•能够很好地适应恶劣的工作现场•采用的元器件质量较高•采用冗余技术，使用双CPU或多CPU•内部电源采用了多级滤波和稳压技术•内部与外部输入输出之间采用了隔离措施（很好的消除空间的电磁干扰）•硬接线大大减少，简化控制电器的结构PLC仰恩大学计算机与信息学院软件•功能完善的自检模块，对系统的硬件运行和软件运行进行周期性的检测•监测程序定期监测外部环境，死循环报警，停电时利用后备电池供电•5）PLC的维护性好•技术成熟，具有完善的质量保证体系•6）PLC的体积小、能耗低，易于实现机电一体化•几何尺寸都不大，体积较小易于移植，3-5斤，同时工作电压为几伏到十几伏，能耗低PLC仰恩大学计算机与信息学院7）PLC与其他系统的比较•a.与继电器-接触器控制