lijx@fjut.edu.cn第3部分可编程序控制器基础知识学习说明:本章是学习PLC的入门知识,因此对初学者来说显得特别重要。重点掌握:什么是PLC?PLC与其它控制装置的区别?PLC的工作机制?本章内容:3.1概述3.2PLC系统与继电器系统比较3.3PLC组成3.4PLC工作原理3.5PLC分类lijx@fjut.edu.cn3.1概述3.1.1什么是PLC?可编程序控制器(ProgrammbleController)简称PC或PLC■是一种工业控制装置PLC是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的,并逐渐发展成为以微处理器为核心,将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置lijx@fjut.edu.cn1.1概述1.1.1什么是PLC?■定义国际电工委员会(IEC)于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下:“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。它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、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,都应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”。lijx@fjut.edu.cn3.1概述3.1.2PLC的产生与发展◆近年来PLC发展迅速PLC集三电(电控、电仪、电传)为一体、性能价格比高、高可靠性的特点,已成为自动化工程的核心设备。PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置,其使用量高居首位。PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱(PLC、机器人、CAD/CAM)之一。lijx@fjut.edu.cn3.1概述3.1.3PLC的应用领域目前,PLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业,随着PLC性能价格比的不断提高,其应用领域不断扩大。从PLC应用类型看,大致可归纳为以下几个方面:开关量逻辑控制运动控制过程控制(PID闭环控制)数据处理通信联网(构成DCS、FCS系统)lijx@fjut.edu.cn3.2PLC控制系统与电器控制系统的比较3.2.1电器控制系统组成lijx@fjut.edu.cn3.2PLC控制系统与电器控制系统的比较3.2.2PLC控制系统组成lijx@fjut.edu.cn3.2PLC控制系统与电器控制系统的比较3.2.3PLC等效电路例:三相异步电动机单向运行电器控制系统输入设备输出设备lijx@fjut.edu.cn3.2PLC控制系统与电器控制系统的比较3.2.3PLC等效电路三相异步电动机单向运行PLC控制系统lijx@fjut.edu.cn3.2PLC控制系统与电器控制系统的比较3.2.4PLC控制系统与电器控制系统的区别①控制方法上:硬:软②工作方式上:并行工作方式:串行工作方式③控制速度上:速度慢:快④定时和计数控制上:精度低:高⑤可靠性和可维护性上:可靠性低:高lijx@fjut.edu.cnFX-PLClijx@fjut.edu.cnFX0Slijx@fjut.edu.cnFX0Nlijx@fjut.edu.cnFX1S/FX1Nlijx@fjut.edu.cnFX2Nlijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.1PLC组成概述◆PLC的基本组成与一般的微机系统类似:是一种以微处理器为核心的、用于控制的特殊计算机◆PLC的基本组成包括硬件与软件两部分PLC的硬件:中央处理器(CPU)、存储器、输入接口、输出接口、通信接口、电源等PLC的软件:系统程序和用户程序lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.1PLC组成概述编程器写入器电源输入单元输出单元CPU通信接口扩展接口存储器lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.2PLC中的CPU及作用◆PLC中常采用的CPU有三类:1)通用微处理器(如Z80、8086、80286等)2)单片微处理器(如8031、8096等)3)位片式微处理器(如AMD29W等)◆小型PLC:大多采用8位通用微处理器和单片微处理器,中型PLC:大多采用16位通用微处理器或单片微处理器大型PLC:大多采用高速位片式微处理器(32位)小型PLC为单CPU系统,中、大型PLC则大多为双CPU或多CPU系统。对于双CPU系统,一般一个为字处理器,一般采用8位、16位或32位处理器;另一个为位处理器,采用由各厂家设计制造的专用芯片。lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.2PLC中的CPU及作用◆CPU的作用:按系统程序赋予的功能,指挥PLC有条不紊地进行工作。归纳起来主要有以下五个方面:1)接收并存储编程器或其它外设输入的用户程序或数据2)诊断电源、PLC内部电路故障和编程中的语法错误等3)接收并存储从输入单元(接口)得到现场输入状态或数据4)逐条读取并执行存储器中的用户程序,并将运算结果存入存储器中5)根据运算结果,更新有关标志位和输出内容,通过输出接口实现控制、制表打印或数据通讯等功能lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.3PLC中的存储器及作用◆存储器的作用:在PLC中,存储器主要用于系统程序、用户程序、数据◆存储器的类型:①可读/写操作的随机存储器RAM②只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROMlijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.3PLC中的存储器及作用◆系统程序:系统程序是完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用、管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能。系统程序由PLC的制造厂家编写的,在PLC使用过程中不会变动,它和PLC的硬件组成有关,它关系到PLC的性能。系统程序由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM或EPROM中,用户不能访问和修改。lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.3PLC中的存储器及作用◆用户程序:●用户程序是用户根据控制对象生产工艺及控制的要求而编制的应用程序。它是由PLC控制对象的要求而定的,●为了便于读出、检查和修改,用户程序一般存于CMOS静态RAM中,用锂电池作为后备电源,以保证掉电时不会丢失信息。为了防止干扰对RAM中程序的破坏,当用户程序经过运行正常,不需要改变,可将其固化在EPROM中。●现在有许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.3PLC中的存储器及作用PLC的编程语言(IEC61131-3中的5种PLC基本语言)●顺序功能图(SFC):不仅仅是一种语言,更是一种组织控制程序的图形化方式。●梯形图(LD):以图形方式表达触点和线圈以及特殊指令块的梯级。●指令表(IL):类似汇编程序的基于文本的语言与其相对应的是LD。●结构文本(ST):类似Pascal的基于文本的语言●功能块图(FBD):一种对应于线路图的图形语言。FBD广泛地用于过程工业。lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.3PLC中的存储器及作用◆工作数据:●工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。它们存放在RAM中,以适应随机存取的要求。●在PLC的工作数据存储器中,设有存放输入/输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区,这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的。根据需要,部分数据在掉电时用后备电池维持其现有的状态,这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.3PLC中的存储器及作用◆系统程序和工作数据与用户无直接联系◆在PLC产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是指用户程序存储器。◆当PLC提供的用户存储器容量不够用,许多PLC还提供有存储器扩展功能。lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.4PLC中的输入/输出接口及作用◆输入/输出接口通常也称I/O单元或I/O模块,是PLC与工业生产现场之间的连接通道。●PLC输入接口-----可以检测被控对象的各种数据,用这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据●PLC输出接口-----将处理结果送给被控制对象,以实现控制目的lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.4PLC中的输入/输出接口及作用◆I/O接口的作用:●电平转换功能:由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的,而PLC内部CPU的处理的信号是标准电平信号。●光电隔离和滤波功能,以提高PLC的抗干扰能力●通常还有状态指示,工作状况直观,便于维护◆I/O接口的类型:●开关量输入/输出接口●模拟量输入/输出接口lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.4PLC中的输入/输出接口及作用◆开关量输入/输出接口●常用开关量输入接口:①直流输入接口、②交流输入接口、③交/直流输入接口●常用开关量输出接口:①继电器输出接口:响应速度慢、动作频率低,可驱动交流或直流负载②晶体管输出接口:响应速度快、动作频率高,只能用于驱动直流负载③晶闸管输出接口:响应速度快、动作频率高,只能用于驱动交流负载lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.4PLC中的输入/输出接口及作用◆模拟量输入/输出接口●模拟量输入接口(A/D接口)分辨率(8位、10位、12位等)、量化误差、偏移误差、满刻度误差、线性度、精度等许多PLC还有与热电阻或热电偶配套使用的A/D接口●模拟量输出接口(D/A接口)分辨率(8位、10位、12位等)、精度、线性度、稳定时间等lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.4PLC中的输入/输出接口及作用◆输入/输出(I/O)点数:●PLC的I/O点数是指PLC的I/O接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数的总和。●I/O点数是选择PLC的重要依据之一●当I/O点数不够时,可通过PLC的I/O扩展接口对系统进行扩展lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.5PLC中的通信接口及作用◆PLC配有各种通信接口与外部设备连接●与打印机连接,可将过程信息、系统参数等输出打印●与监视器连接,可将控制过程图像显示出来●与PLC连接,组成多机系统或连成网络,实现更大规模控制●与计算机连接,组成多级分布式控制系统,控制与管理相结合●与人机界面(触摸屏)连接●与智能接口模块连接。智能接口模块是一独立的计算机系统,它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口,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。●与编程器连接lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.6PLC中的扩展接口及作用◆扩展接口(是用于连接护展单元的接口)。当PLC基本单元I/O点数不能满足要求时,可通过扩展接口连接扩展单元以增加系统的I/O点数lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.6PLC中的扩展接口及作用通信与扩展接口的连接实例lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.7PLC中的电源及作用◆PLC配有开关式稳压电源,以提供内部电路使用。与普通电源相比,PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。因此,对于电网提供的电源稳定度要求不高,一般允许电源电压在其额定值±15%的范围内波动。◆许多PLC还向外提供直流24V稳压电源,用于对外部传感器供电。◆电源的容量lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.8PLC编程器及作用◆编程器的作用:是编辑、调试、输入用户程序,也可在线监控PLC内部状态和参数,与PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可缺少的设备。简易编程器专用编程器◆编程器智能编程器通用编程系统:PC上配专用编程软件包lijx@fjut.edu.cn3.3PLC组成3.3.8PLC编程器及作用lijx@fjut.edu.cn3.3P