plc第一级,第二级,*,*,PLC原理与应用,主讲教师：侯益坤,houykmcu,,12/12/2024,1,本课程基本情况,专业课,先修课程：电子电路基础，计算机应用基础,后续课程：,教材,PLC原理与应用李树雄编,北京航空航天大学出版社 2006年10月第一版,12/12/2024,2,课程主要内容和学习方法,可编程控制器的基础知识：,类比；识记,FP1的指令系统：要求基本指令,熟悉,FP1可编程控制器、编程工具简介：,应用,PLC程序设计及应用：,方法,12/12/2024,3,目录,第一章 可编程控制器础知识第二章 FP1可编程控制器的规格、性能及系统构成第三章 FP1的指令系统第四章 FP1的特殊功能及高级模块第五章 PLC程序设计及应用举例第六章 编程工具,12/12/2024,4,第一章 可编程控制器基础知识,1.1 可编程序控制器(PLC)的历史与发展,1.2 PLC的特点及应用领域,1.3 PLC的一般构成和基本工作原理,1.4 PLC的编程语言,1.5 PLC的性能指标与分类,12/12/2024,5,第一章 可编程控制器基础知识,1.1 可编程控制器的,历史和发展,可编程控制器的产生与历史,继电器控制系统的特点,缺点：,体积大、可靠性低、查找故障困难、接线复杂、对生产工艺变化性的适应性差。
优点：,简单易懂、操作方便、价格便宜12/12/2024,6,20世纪60年代，由于小型计算机的出现和大规模生产及多机群控的发展，人们曾试图用小型计算机来实现工业控制，代替传统的继电接触器控制1968年美国General Motors公司，为了适应生产工艺不断更新的需要，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控制器，并提出,10项,招标指标这就是著名的GM 10条,12/12/2024,7,编程简单，可在现场修改程序；,可靠性高于继电器控制柜；,体积小于继电器控制柜；,维护方便，最好是插件式；,可将数据直接送入管理计算机；,在成本上可与继电器控制柜竞争；,输入可以是交流,115V,；,输出为交流,115V,、,2A,以上，能直接驱动电磁阀等；,在扩展时，原系统只需很小变更；,用户程序存贮器容量至少能扩展到,4K,GM10条是可编程序控制器出现的直接原因：,12/12/2024,8,可编程控制器的发展大体可分为以下几个阶段：,第1阶段：,可编程控制器刚问世时，功能十分简单，只有逻辑运算，定时，计数等功能第2阶段：,集成电路技术的发展及微处理器的产生，使PLC技术得到了较大的发展第3阶段：,单片计算机的出现，半导体存储器进入工业化生产以及大规模集成电路的使用，推进了PLC的进一步发展，使其演变成专用的工业计算机。
12/12/2024,9,可编程控制器的发展大体可分为以下几个阶段：,第4阶段：,计算机技术的飞速发展及超大规模集成电路、门阵列电路的使用、促使PLC完全计算机化第5阶段：,RISC(精简指令集计算机)芯片在计算机行业大量使用，表面贴装技术和工艺已成熟，这些使PLC整机的体积大大缩小，PLC开始大量使用16位和32位的微处理器芯片，有的PLC已使用RISC芯片12/12/2024,10,1.1.2,可编程控制器的发展及定义,1969年，美国数据设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器，并成功地应用在GM公司的生产线上这一时期它,主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称,PLC(Programmable Logic Controller)70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制领域，,真正成为一种电子计算机工业控制装置,，,故称为可,编程控制器,，简称PC(Programmable Controller)但由于PC容易和个人计算机(Personal Computer)相混淆，故人们仍,习惯地,用PLC作为可编程控制器的缩写。
12/12/2024,11,1985年1月,国际电工委员会的定义,：,“可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，,专为工业环境下应用而设计,它采用可编程序的存储器，用来在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、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序控制器及其有关设备，都应按,易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充的原则设计,”12/12/2024,12,1.1.3,PLC的发展趋势,1.方便灵活和小型化,2.高功能和大型化,3.,产品,规范化、标准化,12/12/2024,13,1.2 PLC的特点及应用领域,PLC的主要特点,可靠性高、抗干扰能力强主要有以下几个方面：,隔离,(,采用光电耦合器,),滤波,对,PLC,的内部电源采取了屏蔽、稳压、保护等措施设置了连锁、环境检测与诊断、,Watchdog,等电路利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测对用户程序及动态工作数据进行电池备份采用密封、防尘、抗振的外壳封装结构以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点采用循环扫描的工作方式,，,也提高了抗干扰能力。
12/12/2024,14,2.编程简单、使用方便、柔性好,易学易懂的梯形图语言,类似计算机汇编语言的助记符语言,3.通用性好,互换性好，扩展功能强,4.功能强大，可实现三电一体化,将电控(逻辑控制)、电仪(过程控制)和电结(运动控制)集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统5.体积小、重量轻、功耗低,12/12/2024,15,6.设计施工周期短,由于PLC用软件取代继电接触器控制系统中的大量中间继电器、时间继电器、计数器等低压电器，使整个的设计、安装、接线工作量大大减少程序设计和硬件施工可以同时进行，因而大大缩短了施工周期12/12/2024,16,1.2.2 PLC的应用领域,开关量的逻辑控制,：,可取代传统继电器系统和顺序控制器如各种机床、自动电梯、装配生产线、电镀流水线、运输和检测等的控制而且输入、输出的点数不受限制机械运动控制,：可用于精密金属切削机床、机械手、机器人等设备的控制过程控制（模拟量控制）,：,通过配用,A,D,、,D,A,转换模块及智能,PID,模块实现对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行闭环调节控制数据处理,：,很强的数学运算、数据传送等。
多级控制,：,利用,PLC,的网络通信功能模块及远程,I,O,控制模块实现多台,PLC,之间、,PLC,与上位计算机的链接，以完成较大规模的复杂控制12/12/2024,17,1.PLC的一般构成和基本工作原理,1.3.1 PLC的系统结构,电磁阀,电磁,线圈,指示灯,电 源,I/O扩展接口,I/O扩展单元,CPU,存储器,用户程序,系统程序,输入设备,输出设备,输出接口,外部设备接口,输入接口,编程器,数据,打印机,磁带机,计,算机,扫描仪,主机,PLC,按钮,行程开关,触点,外部设备,12/12/2024,18,PLC各部分的作用,CPU,诊断,PLC,电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误采集现场的状态或数据，并送入,PLC,的寄存器中存储起来读入数据指令）,按存放指令的顺序，逐条读取指令，完成各种运算和操作指令翻译）,执行指令规定的操作，并将处理结果送至输出端指令执行）,响应各种外部设备的工作请求中断输入,）,12/12/2024,19,PLC各部分的作用,存储器,系统程序存储器,：,用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据PLC,出厂前已将其固化在只读存储器,ROM,或,PROM,中，用户不能更改。
用户存储器：,包括,用户程序存储区及工作数据存储区这类存储器一般由低功耗的,CMOS-RAM,构成，其中的存储内容可读出并更改注意：,PLC,产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的12/12/2024,20,PLC各部分的作用,输入、输出接口电路,（）输入接口电路,：,采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的,控制信号转换,成,CPU,所能接受和处理的,数字信号,PLC的输入接口电路（直流输入型）,12/12/2024,21,PLC各部分的作用,（）输出接口电路：,采用光电耦合电路，,将CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，,以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电有三种类型,：,（a)继电器输出型,继电器输出型,：,为有触点输出方式，用于接通或断开,开关频率较低的,直流负载,或,交流负载,回路,12/12/2024,22,（b）晶闸管输出型,（c）晶体管输出型,（NPN集电极开路,）,（d）,晶体管输出型,（PNP集电极开路,）,晶体管输出型,：,为无触点输出方式，用于接通或断开,开关频率较高的,直流,电源负载晶闸管输出型：,为无触点输出方式，用于接通或断开,开关频率较高的,交流,电源负载。
12/12/2024,23,电源,PLC,的电源,是指将外部输入的交流电处理后转换成满足,PLC,的,CPU,、,存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的,直流电源电路或电源模块,许多,PLC,的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压,供内部电路使用,，,而且,还可为输入设备提供标准电源12/12/2024,24,手持编程器（外设接口）,手持编程器采用,助记符语言编程,，,具有编辑、检索、修改程序、进行系统设置、内存监控等功能可一机多用，具有使用方便、价格低廉的特点外设接口还可以连接多种设备诸如：打印机、扫描仪等缺点：,不够直观,可通过,PLC,的,RS232,外设通讯口,(,或,RS422,口配以适配器,),与计算机联机,，,利用专用工具软件,（,NPST,GR,、,FPSOFT,、,FPWIN,GR,）,对,PLC,进行编程和监控,利用计算机进行编程和监控比手持编程工具更加直观和方便12/12/2024,25,I,0,扩展接口,若主机单元的,I,O,点数不能满足需要时,，,可,通过此接口用扁平电缆线将,I,O,扩展单元与主机相连，以,增加,I,O,点数,PLC,的最大扩展能力主要受,CPU,寻址能力和主机驱动能力,的限制。
12/12/2024,26,1.3.PLC基本工作原理,PLC与普通微机在许多方面有相似之处，但其工作方式却与微机有很大的不同微机：,等待命令,的工作方式如在常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式下，有键按下或I/O动作，则转入相应的子程序;无键按下或IO不动作,则处于等待状态PLC：,循环扫描,的工作方式CPU从第一条指令开始按指令步序号作周期性的循环扫描，如果,无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，周而复始不断循环，,每一个循环称为,一个扫描周期如下图所示：,12/12/2024,27,图 PLC循环扫描工作示意图,12/12/2024,28,一个扫描周期主要分为三个阶段：,输入采样阶段,程序执行阶段,输出刷新阶段,输入刷新,程序执行,输出刷新,一个扫描周期,输入刷新,PLC的扫描工作过程,用,户,输,出,设,备,输,入,端,子,输,入,锁,存,器,输,入,映,象,寄,存,器,输,出,映,象,寄,存,器,输,出,锁,存,器,输,出,端,子,程序,执行,用,户,输,入,设,备,写,读,读,12/12/2024,29,图 PLC工作过程框图,第1阶段：自诊断。
第2阶段：PLC检查是否有与编程器或计算机的通信请求第3阶段：PLC的中央处理器对各个输入端进行扫描，将输入端的状态送到输入状态寄存器中，这一阶段也称为输入信号采样阶段第4阶段：中央处理器CPU将指令逐条调出并执行，以对输入和原输出状态(这些状态统称为数据)。
