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Date:2020/5/7Page:1机电工程学院第四章PLC工作原理一、可编程控制器概述二、可编程控制器的基本原理三、可编程控制器的性能指标本章主要讲解…Date:2020/5/7Page:2机电工程学院什么是PLC？1.可编程控制器的定义是一种工业控制装置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。通用叫法中文名称为可编程控制器；英文名称为ProgrammableLogicController，简称PLC。一、可编程控制器概述Date:2020/5/7Page:3机电工程学院1.可编程控制器的定义1987年，国际电工委员会（IEC）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。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”。Date:2020/5/7Page:4机电工程学院2.可编程控制器的产生因为继电器逻辑电路配线复杂Date:2020/5/7Page:5机电工程学院2.可编程控制器的产生背景：1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。Date:2020/5/7Page:6机电工程学院1968年，GM公司提出十项设计标准：编程简单，可在现场修改程序；维护方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；成本可与继电器控制柜竞争；可将数据直接送入计算机；可直接使用115V交流输入电压；输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；通用性强，扩展方便;能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。2.可编程控制器的产生Date:2020/5/7Page:7机电工程学院1969年，美国数字设备公司研制第一台可编程控制器，并应用于工业现场。2.可编程控制器的产生Date:2020/5/7Page:8机电工程学院3.可编程控制器的特点无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强通用性强，控制程序可变，使用方便硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强编程简单，容易掌握系统的设计、安装、调试工作量少维修工作量小，维护方便体积小，能耗低.Date:2020/5/7Page:9机电工程学院4.可编程控制器的应用领域Date:2020/5/7Page:10机电工程学院4.可编程控制器的应用领域Date:2020/5/7Page:11机电工程学院4.可编程控制器的应用领域Date:2020/5/7Page:12机电工程学院4.可编程控制器的应用领域Date:2020/5/7Page:13机电工程学院4.可编程控制器的应用领域Date:2020/5/7Page:14机电工程学院4.可编程控制器的应用领域Date:2020/5/7Page:15机电工程学院4.可编程控制器的应用领域Date:2020/5/7Page:16机电工程学院4.可编程控制器的应用领域Date:2020/5/7Page:17机电工程学院4.可编程控制器的应用领域Date:2020/5/7Page:18机电工程学院4.可编程控制器的应用领域Date:2020/5/7Page:19机电工程学院5.可编程控制器的发展高性能、高速度、大容量发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。Date:2020/5/7Page:20机电工程学院向小型化和大型化两个方向发展小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要。大型化是指大中型PLC向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。5.可编程控制器的发展Date:2020/5/7Page:21机电工程学院大力开发智能模块，加强联网与通信能力为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。PLC的联网与通信有两类：①PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；②PLC与计算机之间的联网通信。为了加强联网与和通信能力，PLC生产厂家也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。5.可编程控制器的发展Date:2020/5/7Page:22机电工程学院增强外部故障的检测与处理能力据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理。而其余80%的故障属于PLC的外部故障。PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。5.可编程控制器的发展Date:2020/5/7Page:23机电工程学院编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图、语句表语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。5。可编程控制器的发展Date:2020/5/7Page:24机电工程学院按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8192点的为超大型PLC）6.可编程控制器的类型Date:2020/5/7Page:25机电工程学院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。6.可编程控制器的类型Date:2020/5/7Page:26机电工程学院6.可编程控制器的类型模块式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。Date:2020/5/7Page:27机电工程学院6.可编程控制器的类型紧凑式PLC还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。Date:2020/5/7Page:28机电工程学院按功能分低档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。中档PLC具有低档PLC功能外，增加模拟量输入/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。有些还增设中断、PID控制等功能。高档PLC具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能。6.可编程控制器的类型Date:2020/5/7Page:29机电工程学院二、PLC的基本原理•工作方式——周期循环扫描•工作过程——自诊断、输入采样、程序扫描、输出刷新几个阶段。•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。Date:2020/5/7Page:30机电工程学院PLC的工作过程示意图输入处理程序处理输出处理输入端子输入映像寄存器执行用户程序输出端子输出映像寄存器输入信号输出信号内部存储器刷新输入端子输入映像寄存器执行用户程序输出端子输出映像寄存器输入信号输出信号内部存储器刷新输入处理程序处理输出处理输入端子输入映像寄存器执行用户程序输出端子输出映像寄存器输入信号输出信号内部存储器刷新输入端子输入映像寄存器执行用户程序输出端子输出映像寄存器输入信号输出信号内部存储器刷新Date:2020/5/7Page:31机电工程学院型号及意义FX特殊品种输出形式单元类型I/O总点数系列序号D—DC电源A1—AC电源H—大电流输出扩展模块V—立式端子排的扩展模块C—接插口输入输出方式F—输入滤波器1ms扩展模块L—TTL输入扩展模块S—独立端子（无公共端）扩展模块R—继电器输出T—晶体管输出S—晶闸管输出M—基本单元E—输入输出混合扩展单元及扩展模块EX—输入专用扩展模块EY—输出专用扩展模块16~256点0、2、ON、2C、2N型号的命名方式三、PLC的组成Date:2020/5/7Page:32机电工程学院型号及意义I/O点数：16～256点单元类型M——表示基本单元E——表示扩展单元及扩展模块EX——扩展输入单元EY——扩展输出单元Date:2020/5/7Page:33机电工程学院型号及意义型号变化DS——24VDC，世界型ES——世界型（晶体管型为漏输出）ESS——世界型（晶体管型为源输出）输出形式R——继电器输出T——晶体管输出S——晶闸管输出Date:2020/5/7Page:34机电工程学院PLC硬件系统组成外部设备现场用户输出设备微处理器（CPU）运算器控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器I/O扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机打印机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器～110V/220V市电PLC基本单元PLC系统结构示意图Date:2020/5/7Page:35机电工程学院FX系列PLC的硬件配置图Date:2020/5/7Page:36机电工程学院FX系列PLC的网络通信能力Date:2020/5/7Page:37机电工程学院微处理器（CPU）接收并存储用户程序和数据；诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误；接收输入信号，送入数据寄存器并保存；运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户程序的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。PLC硬件系统组成Date:2020/5/7Page:38机电工程学院系统存储器——系统程序存储器+系统数据存储器存放系统工作程序（监控程序）；存放模块化应用功能子程序；存放命令解释程序；存放功能子程序的调用管理程序；存放存储系统参数。PLC硬件系统组成Date:2020/5/7Page:39机电工程学院用户存储器——RAM/EPROM/EEPROM存放用户工作程序；存放工作数据。PLC硬件系统组成Date:2020/5/7Page:40机电工程学院输入单元——带光电隔离电路多种辅助电源类型：AC电源DC24V输入DC电源DC24V输入DC电源DC12V输入接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）；接收模拟量信号（模拟量输入单元）；接收按钮或开关命令（数字量输入单元）；接收传感器输出信号。Date:2020/5/7Page:41机电工程学院输出单元——带光电隔离器及滤波器多种输出方式：晶体管晶闸管继电器驱动直流负载（晶体管输出单元）；驱动非频繁动作的交/直流负载（继电器输出单元）