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第三章可编程控制器概述河南延龙机电设备有限公司★抗干扰能力强，可靠性高★控制系统结构简单、通用性强★编程方便，易于使用★功能完善★设计、施工、调试的周期短★体积小，维护操作方便§3-2可编程控制器的特点缺点：●PLC的硬件体系是封闭的：如I/O模板、机柜、电源模板不通用，专用总线、专用通信网络及协议。●的软件体系结构也是封闭的：编程语言的组态、寻址等均不同，互不兼容。3.PLC的应用领域●顺序控制（逻辑控制）进行逻辑控制、定时控制、顺序控制。●运动控制用运动控制模块或指令，对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制。●闭环过程控制用PID指令或专用的PID模块来实现对连续变化的模拟量的闭环控制。●数据处理用PLC的数据处理能力，完成数据的采集、分析和处理。●通信联网PLC与可以与能远程I/O、PLC之间、PL与其它智能控制器之间实现通讯。今后可编程序控制器的发展趋势是：2.可编程序控制器的发展趋势高性能、高速度、大容量发展向小型化、专用化、低成本方向发展大力开发智能I/O模块PLC编程语言标准化PLC通信的易用化和“傻瓜化”PLC的软件化大力发展组态软件PLC与现场总线（Fieldbus）相结合增强通信联网能力基于现场总线的现场级与车间级自动化系统PLC著名品牌世界几大PLC生产厂家：美国A－B公司（Allen－Bradley）德国西门子公司（Siemens）美国GE－Fanuc公司美国的莫迪康（Modicon）和法国的TE电器公司日本欧姆公司（OMRON）日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI）日本富士电机株式会社（FujiElectric）日本东芝公司（TOSHIBA）日本松下电工株式会社（MEW）：MatsushitaElectricWorksLtd）▲按I／O点数和存储器容量来分●小型PLCI／O总点数在256点以下，用户程序存储器容量在4K字以下为小型PLC。以开关量控制为主，有少量的模拟量处理能力和一定的通讯功能。§3-4可编程控制器的分类●中型PLCI/O总点数在256～2048点之间，用户程序存储器容量在2～8K字，为中型PLC。具有很强的逻辑处理能力、数据运算、数据处理、模拟量处理及通讯能力。●大型PLCI/O总点数在2048点以上，用户程序存储器容量在8～16K字为大型PLC。大型PLC的功能与工业控制计算机相当，具有计算、控制和调节功能，还具有很强的网络结构和通讯联网等功能。●整体式：特点：将PLC的基本部件集中地安装在一个机壳内，可以完成一定控制任务的PLC基本单元。小型PLC都采用整体式结构。▲按照结构形式来分●模块式特点：把组成PLC的基本部件都作成标准模块，将这些模块插接在基板上，构成PLC控制系统。§3-5可编程控制器的系统组成各种PLC的组成结构和工作原理基本相同，主要由CPU﹑电源﹑存储器、输入输出单元等组成。编程器或其它编程设备SBSQSAHLYVKM微处理器存储器输入单元输出单元电源1.中央处理单元（CPU）中央处理单元存储器数据存储器输出接口地址总线控制总线数据总线输入接口PLC▲CPUCPU通过数据、地址和控制总线与存储单元、输入输出接口电路相连接,对整个PLC的工作进行控制.▲作用●接收编程器输入用户程序，送存储器存储;●用扫描方式接收现场输入设备的状态和数据，并存入输入映像寄存器中;●监视电源、PLC内部电路的工作状态；●诊断编程过程中的语法错误，对用户程序进行编译；●完成用户程序中规定的逻辑运算、算术运算和数据处理等任务；●根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，实现输出控制、制表打印或数据通讯等功能；●响应各种外部设备的请求。2.存储器存储器用来存放系统程序、用户程序、系统组态以及用户程序运行过程中产生的各种工作数据。多数都直接集成在CPU单元内部。1）存储器的类型PLC的存储器分类：★系统存储器★用户存储器系统程序包括：●系统管理程序●用户指令解释程序●标准程序模块与系统调用▲系统存储器用来存放由PLC厂家编写的系统程序，固化在ROM中，用户不能直接更改。运行管理存储空间管理系统自检｛▲用户存储器●用户程序存储器●用户数据存储器●用户程序存储器：存放针对具体对象用各种编程语言编写的用户程序。●用户数据存储器：存放用户程序用到的数据，用户程序运行过程中产生的状态信息及工作数据。▲PLC存储单元的类型●随机存取存储器（RAM）●只读存储器（ROM）●电可擦写式存储器（E2PROM）●快闪存储器（FEPROM）（1）输入/输出单元的组成●与被控设备相连的接口电路●输入和输出映像寄存器（2）输入/输出信号的类型PLC的I/O信号分为：开关量、模拟量。3）输入、输出单元（3）输入接口电路的作用●开关量：接收外部开关的通/断信号，经隔离、并转化为PLC内部的“0”、“1”信号，存入输入影像寄存器中。●模拟量：接收外部传感器、变送器送来的模拟量信号。通过接口电路进行A/D转换，变成数字量信号，存入模拟量输入影像寄存器中。（4）输出接口电路的作用●开关量：保存、隔离、将PLC内部的“1”、“0”信号转化为外部负载电路通断状态，驱动开关量执行元件。●模拟量：将PLC内部的数字量信号进行D/A转换，变成标准模拟量信号，驱动模拟量负载。（5)开关量输入接口电路▲直流输入接口电路工作原理开关量直流输入接口电路图限流电阻滤波电路发光二极管光敏三极管▲交流输入接口电路工作原理（6)开关量输出接口电路PLC的开关量输出类型有三种:●继电器输出型●晶体管输出型●晶闸管输出型4）输出接口电路继电器输出型特点●可带交流、直流负载;●输出点的容量较大,最大负载电流为2A/点。●输出响应速度慢，继电器输出型PLC的动作频率低。晶体管输出型特点●只能带直流负载;●输出点的容量较小,最大负载电流为0.75A/点。●输出响应速度快，晶体管输出型PLC的动作频率高(可达几十KHZ)。可控硅输出型特点●只能带交流负载;●输出点的容量较小,最大负载电流为1.2A/点。●输出响应速度快，晶闸管输出型PLC的动作频率高。光触发双向可控硅▲作用：把PLC外部工作电源变换成系统内部各单元所需的直流电源。PLC的电源一般采用开关式电源.4.电源单元5、通讯接口：与监视器、打印机、其他的PLC或计算机相连。6、扩展接口：将I/O扩展单元、功能模块与基本单元相连。通讯接口扩展接口▲作用:供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视▲编程器分类:●简易型●智能型编程器简易型编程器●用安装了编程软件的PC机7、编程设备可编程序控制器系统的组成中央处理单元CPU存储器I/O接口电路模拟量输入模块模拟量输出模块开关量输入模块开关量输出模块智能模块扩展接口和扩展模块电源编程工具专用编程软件软件系统§3-7PLC的工作原理继电器控制系统---1）PLC的工作方式并行工作方式PLC的工作方式串行方式----集中输入数据顺序执行程序集中输出数据循环扫描工作方式循环扫描工作方式PLC按集中输入数据、顺序执行用户程序、集中输出结果，周而复始地重复循环的方式工作。称为循环扫描工作方式。每一次循环扫描所用的时间称为扫描周期。扫描周期的长短与下列因素有关：●用户程序的长短●采用的指令类型●CPU的运行速度2.PLC的工作框图▲上电处理PLC的工作全过程包括:▲扫描过程：▲出错处理：PLC的主要工作过程●输入采样阶段输入采样阶段，PLC首先扫描所有输入端子，并将各输入端子的状态存入相对应的输入映像寄存器中，然后进入程序执行阶段。此后输入信号变化，必须保持到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新刷新输入映像寄存器的内容。故输入信号的宽度要大于一个扫描周期。PLC主要工作过程★★★●程序执行阶段PLC根据用户程序从输入映像寄存器中“读入”对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应软元件的当前状态，并按照从左到右、从上到下的步骤顺序执行用户程序。运算结果存入元件映像寄存器中。执行完最后一条指令后，转入输出刷新阶段。●输出刷新阶段将元件映像寄存器中所有输出继电器的状态通过输出锁存器，写到输出端子上，最后驱动外部负载。§3-8PLC的编程语言▲梯形图语言（LAD--Ladder）●触点：代表逻辑条件，是PLC内部元件的状态。●能流--假象信号流，能流只能从左向右流动，不能反向流动。●线圈：代表逻辑运算的结果，中间或最终结果。▲语句表（STL--Statementslist）LADSTL▲顺序功能流程图(SFC）—SequenceFunctionChartSFC2.PLC的程序结构1.PLC用户程序的构成：▲用户应用程序（必选项）●主程序●若干子程序●若干中断程序▲数据块（可选项）▲参数块（可选项）不同类型PLC，对各程序块的安排方法不同。本章小结PLC是专为工业环境下应用而设计的计算机，可靠性高，抗干扰能力强，控制功能丰富，使用方便，应用广泛。PLC的分类：●按容量分：小型、中型和大型PLC。●按结构分：整体式、模块式。PLC的系统组成：CPU、存储器、输入／输出接口电路、电源等。PLC的输入有：交流输入和直流输入PLC的输出有：继电器输出型、晶体管输出型、可控硅输出型PLC的工作方式：集中采样、顺序执行、集中输出的循环扫描工作方式。PLC的主要工作过程：输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC的编程语言和程序结构●梯形图（LAD）和语句表（STL）是两种最常用的PLC编程语言●PLC的用户程序由用户应用程序、数据块、参数块组成