电气与PLC控制技术 第5章

化学工业出版社电气与PLC控制技术第5章可编程控制器的结构与原理第5章可编程控制器的结构与原理5.1概论5.2可编程控制器的性能指标及分类5.3可编程控制器的硬件组成5.4可编程控制器的软件组成12345.5可编程控制器的工作原理55.1概论5.1.1、可编程序控制器的产生与发展（一）可编程序控制器的产生（二）可编程序控制器的发展一、发展概况ProgrammableLogicController(PLC)ProgrammableController(PC)可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上，逐步发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。PLC可编程控制器美国电气制造商协会（NEMA）DEC研制通用招标IEC标准化起源与发展1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司GM，为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。1982、1985、1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案。5.1.2可编程序控制器的特点编程方法简单易学功能完善、适应性强系统的设计、安装、调试工作量少、维修方便可靠性高、抗干扰能力强体积小、重量轻、功耗低、性价比高5.1.3可编程控制器的应用领域PLC的应用通常可分为五种类型：开关量的逻辑控制模拟量与过程控制运动控制数据处理通信和联网5.1.4发展趋势及对工业的影响1、发展趋势（1）在系统构成规模上，向大、小两个方向发展（2）开发各种智能模块，不断增加过程控制能力（3）通信网络功能不断增强（4）编程语言与编程工具向标准化和高级化发展（5）发展冗错技术2、对工业的影响5.2可编程控制器的性能指标及分类可编程控制器的性能指标1、编程语言及指令功能2、I/O总点数3、用户程序存储容量4、扫描速度5、内部寄存器的配置与容量6、其他功能按结构形式分整体式PLC将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。5.2.2可编程控制器的分类模块式PLC将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。叠装式PLC还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。按I/O点数分小型PLCI/O点数为256点以下的为小型PLC（其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC）中型PLCI/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC大型PLCI/O点数为2048以上的为大型PLC（其中I/O点数超过4000点的为超大型PLC）5.3可编程控制器的硬件组成硬件系统是由输入部分、逻辑部分和输出部分组成。1.中央处理单元CPU计算和控制中心。它的性能（位数和主频）决定了PLC的运算速度和信息处理量的大小。2.存储器系统程序存储区：存放系统软件，固化在ROM或EPROM等只读存储器中。用户程序存储区：存放用户程序变量（数据）存储区：存放内部变量或数据通常采用低功耗的CMOS-RAM存储器加备用电池，可读写是CPU连接工业现场设备的桥梁。CPU：标准电平弱电数字量外部设备：开关量、模拟量不同电压等级的交流、直流量高速、低速信号远程、本地信号输入/输出接口PC厂家为用户提供各种类型的I/O接口电路。3.输入/输出模块多种输出方式：晶体管晶闸管继电器4、智能接口模块PLC的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。5、电源PLC配有开关式稳压电源的电源模块，用来将外部供电电源转换成供PLC内部CPU、存储器和I/O接口等电路工作所需的直流电源。6、编程器简易编程器带有显示屏的编程器计算机编程7、其他部件EPROM写入器、外存储器、人/机接口装置等。5.4可编程控制器的软件组成系统程序运行管理生成用户元件系统内部自检管理程序编译程序标准程序模块、系统调用用户程序自动化系统控制程序数据表格软件系统用户程序用户程序的编程语言顺序功能流程图（SFC）梯形图（LD或LAD）功能块图（FBD）指令表（IL或STL，语句表）高级语言用户在PLC提供的编程环境下编制的完成控制功能的程序。（1）梯形图（LAD）编程符号对照典型的梯形图示意图（2）指令表（STL）编程指令表编程举例a）梯形图b）指令表（3）顺序功能图编程4、级式编程语言（Stage）5、逻辑图编程语言（LogicChart）6、高级编程语言5.5可编程控制器的工作原理PLC在确定了工作任务，装入了专用程序后便成为一种专用机，它采用循环扫描工作方式，系统工作任务管理及用户程序的执行都是用循环扫描方式来完成。5.5.1扫描工作方式PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式，每一次扫描所用的时间称为扫描周期。扫描从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无间断或跳转控制的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条扫描用户程序，也就是顺序逐条执行用户程序，直到程序结束，每扫描完一次程序就构成一个扫描周期，然后再从头开始扫描，并周而复始的重复。5.5.2、可编程序控制器的工作过程3）输出刷新阶段1）输入采样阶段2）程序执行阶段PLC系统正常时要完成以下任务：（1）计算机内部各工作单元的调度、监控；（2）计算机与外部设备间的通讯；（3）用户程序所要完成的工作。PLC执行扫描用户程序的过程分为：输入采样阶段程序执行阶段输出刷新阶段5.5.3扫描周期的计算扫描周期T=自检时间+读入一点时间×输入点数+程序步数×运算速度+输出一点时间×输出点数。【例5-1】解：扫描40点I/O所需要的时间为：T1＝0.03ms/8点×40点＝0.15ms扫描1000步用户程序所需要的时间为：T2＝0.74μs/步×1000步＝0.74ms自诊断所需要的时间为：T3＝0.96msPLC运行时不接外设，通信时间为：T4＝0扫描周期T＝T1＋T2＋T3＋T4＝1.85ms5.5.4PLC的I/O响应时间PLC的I/O响应时间又称I/O滞后时间，是指PLC外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻止之间地间隔。它主要由因扫描工作方式产生的滞后时间、输入电路的滤波和输出模块的滞后时间三部分组成。习题5-1PLC具有什么特点？为什么PLC具有高可靠性？5-2PLC硬件由哪几部分构成？各有什么特点？5-3PLC的应用领域由哪些？5-4简述PLC的扫描工作过程？5-5PLC是如何分类的？5-6简述PLC的发展趋势。5-7什么叫PLC的扫描周期？其长短与什么有关？5-8PLC为什么会产生输出响应滞后现象？如何提高I/O响应速度？化学工业出版社