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第四章 可编程序控制器概述,可编程控制器的定义,可编程控制器的产生,可编程控制器的特点,可编程控制器的应用,可编程控制器的发展,可编程控制器的分类,主要内容：,可编程控制器的基本组成,可编程控制器的工作原理,什么是PLC？,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Programmable Logic Controller，简称PLC。,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”。,可编程控制器的产生,因为继电器逻辑电路配线复杂,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。,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。,可编程控制器的产生,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。,可编程控制器的产生,可靠性高、抗干扰能力强,编程简单、使用方便,功能完善、通用性强,设计安装简单、维护方便,体积小、重量轻、能耗低,可编程控制器的特点,可靠性高、抗干扰能力强,可靠性高、抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。PLC的平均无故障时间可达几十万个小时。硬件方面：I/O接口采用采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。软件方面：采用扫描工作方式，减少了外界的干扰；设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。,编程简单、使用方便,目前，各种PLC都采用梯形图语言为第一编程语言，是，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。同时，PLC编程器的操作和使用也很简单。这也是PLC获得普及和推广的主要原因之一。许多PLC还针对具体问题，设计了各种专用编程指令及编程方法，进一步简化了编程。,功能完善、通用性强,现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网以等许多功能。同时，由于PLC产品的系列化、模块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成满足各种要求的控制系统。,设计安装简单、维护方便,由于PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。在维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小；而且PLC具很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。,体积小、重量轻、能耗低,PLC结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的理想控制设备,可编程控制器的应用领域,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）,可编程控制器的应用领域,可编程控制器的发展（趋势）,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。,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816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。,可编程控制器的发展,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：PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；PLC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。,可编程控制器的发展,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。,可编程控制器的发展,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。,可编程控制器的发展,按I/O点数分小型PLC I/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PLC I/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC大型PLC I/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）,可编程控制器的类型,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。,可编程控制器的类型,按结构形式分,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。,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。,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。,可编程控制器的类型,FX0S,FX0N,FX1S/FX1N,FX2N,S7-200,S7-300,S7-400,C,SP,C200H,CS,SLC500,PLC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,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,PLC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,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,PLC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：直流输入接口、交流输入接口、交/直流输入接口 常用开关量输出接口：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 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 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,PLC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,PLC中的输入/输出接口及作用,PLC中的输入/输出接口的外部连接方式,PLC中的输入/输出接口的外部连接方式,PLC中的输入/输出接口的外部连接方式,PLC软件系统组成,PLC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,PLC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,PLC编程器及作用,工作方式 周期循环的扫描工作方式 例如：用户程序的执行（用户程序的扫描工作过程）扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。,PLC的工作原理,整个过程包括内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段,整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期,扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配置及用户程序长短有关。,典型值为1100ms,PLC的扫描工作过程,PLC扫描工作方式的特点,集中采样 集中输出 提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性 降低了系统的响应速度,例1,对于小型PLC:I/O点数较少、用户程序较短 一般采用集中采样、集中输出的工作方式,而对于大中型PLC:I/O点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，采用定期采样、定期输出方式或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式,P LC控制系统与电器控制系统的比较1.继电器接触器控制系统组成,P LC控制系统与电器控制系统的比较2.PLC控制系统组成,P LC控制系统与电器控制系统的比较3.PLC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,P LC控制系统与电器控制系统的比较3.PLC等效电路,三相异步电动机单向运行PLC控制系统,PLC控制系统与电器控制系统的区别,控制方法上：硬：软工作方式上：并行工作方式：串行工作方式控制速度上：速度 慢：快 定时和计数控制上：精度 低：高 可靠性和可维护性上：可靠性 低：高,本章主要介绍了可编程控制器的定义、可编程控制器产生的背景、可编程控制器的特点、可编程控制器的应用领域、主要类型、发展趋势、基本构成及工作原理。,本章小结,谢谢!,
