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1,第1章可编程控制器的结构及工作原理1-1概述可编程控制器的发展历程以前：在可编程控制器出现以前，工业控制主要由继电器完成。继电器按预先设定的条件或时间顺序地工作，若要改变控制内容往往要改变硬件接线，因此其通用性和灵活性很差。现在：20世纪的六十年代，计算机技术开始应用于工业控制领域，由于价格高、输入输出电路不匹配、编程难度大以及难于适应恶劣工业环境等原因，未能在工业控制领域获得推广。,2,1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM)为了适应生产工艺不断更新的需要，要求寻找一种比继电器更可靠，功能更齐全，响应速度更快的新型工业控制器，并从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件：编程简单，方便，易学，控制功能设计周期短；程序可修改；可靠性高于继电器控制装置；成本低，体积小，可与继电器控制盘竞争；可与计算机链接。,3,另外，作为提高性要求，最好应具备以下功能：输入、输出可为市电，输出容量要求在2A以上，可直接驱动接触器等；功能扩展时原系统改变最少；用户存储器大于4KB。这些条件实际上希望将继电器控制的简单易懂、使用方便、价格低的优点与计算机的功能完善、灵活性、通用性好的优点结合，将硬接线逻辑变为计算机的软件逻辑。1969年，美国数字设备公司(DEC公司)研制出了第一台可编程控制器，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，并取得了满意的效果，可编程控制器自此诞生。,4,可编程控制器从诞生到现在，经历了四次换代第一代1位微处理器，逻辑控制功能；第二代8位微处理器及存储器，产品系列化；第三代高性能8位微处理器，处理速度提高，向多功能及联网通信发展；第四代16位、32位微处理器及高性能位片式微处理器，具有逻辑、运动、数据处理、联网功能的名副其实的多功能控制器。,5,PLC名称演变1969年，美国DEC公司研制成满足GM公司要求的控制器之初，主要用于顺序控制，取名为“可编程序逻辑控制器”。即ProgrammableLogicController，简称为PLC。80年代后，PLC功能增强，不仅可以进行顺序控制，而且可以进行复杂的模拟控制，联网运行等，在工业控制领域几乎无所不能，所以又开始称为“可编程控制器”，即PC。但为了和PersonalComputer相区别，仍然沿用PLC的名称。,6,可编程控制器的专业定义（）可编程控制器一直在发展，目前为止，还未能对其下最后定义。1987年2月，IEC颁布了第三稿可编程控制器定义：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。它采用了可编程序的存储器，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入/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，都按易于工业控制，易于功能扩充的原则设计。,7,目前，各种PLC的功能日益增强，可进行数字量、模拟量控制，具有远程通讯功能的集散控制等。PLC以其超强的可靠性和灵活性，广泛应用于冶金、石油、矿业、机械、轻工等领域，为工业自动化提供了有力的工具，加速了机电一体化的实现。被称为现代工业控制的三大支柱之一（即PLC，机器人和CAD/CAM）。,8,1-2PLC的基本结构及工作原理一PLC的基本结构可编程控制器起与计算机的组成十分相似。主要包括CPU、RAM（随机存取存储器）、ROM（只读存储器）、输入/输出单元（I/O）、接口电路、电源等。,9,中央处理单元CPU（CentreProcessingUnit）常用芯片8031、8051、Z80A、8085等CPU是整个PLC的核心，它按系统程序赋予的功能指挥可编程控制器有条不紊地进行工作，其主要任务有：（1）将输入信号送入PLC中存贮起来；（2）编译用户指令，完成各种操作；（3）将结果送到输出端；（4）响应外围设备请求（编程器、打印机等）。2存贮器包括系统程序存贮器ROM（只读存储器）；数据、户程序存贮器可以是RAM（用鋰电池备份，掉电数据丢失）。,10,3输入接口：采用光电耦合输入采用光电耦合电路，可大大减少电磁干扰，输入响应时间一般在2ms以下。,11,4输出接口：采用光电隔离,输出采用光电隔离，避免外电路的影响。三种输出方式：继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出。继电器输出适用低频大功率负载（交直流电源输出），响应时间ONOFF10ms，OFFON8ms,12,晶闸管输出适用高频、大功率负载（交流电源输出），响应时间短，几百s几ms。,13,晶体管输出适用（更）高频、小功率负载（只能直流电源输出），响应时间几十s几百s。,14,二、PLC的工作原理PLC采用循环扫描工作方式。CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而复始不断循环。每一循环称为一个扫描周期。,15,循环扫描的过程=I(输入)+执行指令+O（输出）I(输入)刷新：PLC对输入数据进行一次读取，即将输入端各变量的状态读入PLC内的输入影像寄存器；执行指令：PLC进行运算，将输入影像寄存器内的数据读取，根据程序进行运算，新的运算结果送到PLC内的输出影像寄存器。O(输出)刷新：PLC根据输出影像寄存器的内容，更新PLC的输出内容。统观工作过程，实际上是将存放输入，输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为I/O刷新。,16,PLC举例：电动机的长动控制,17,PLC内部工作原理、编程示意图,18,外部响应问题：输入变量在I/O刷新(确切的说应该在I刷新)前发生变化，输出可以响应。在本次I/O刷新后变化，本次输出不响应，只能等下一个扫描周期来到才被刷新。响应是滞后的，不是即时的。滞后时间就是响应周期。它的长短主要取决于：CPU处理速度、每条指令占用时间、指令条数的多少（即程序的长短）等。,19,对于慢速控制系统，PLC这种循环扫描工作方式具有更高的可靠性，更强的抗干扰能力。对于快速控制系统，则要慎重考虑。应该精确计算响应时间，精心编排程序，尽量减少响应延迟的问题。循环扫描的工作方式是PLC的鲜明特点，明显区别微机的等待工作方式，编程时应引起足够注意。,20,1-3PLC技术性能指标1输入/输出点数（I/O点数）指PLC外部输入、输出端子数。根据I/O点数PLC可分为小型PLC（256点以下）、中型PLC（256-2048之间）、大型PLC（2048点以上）。输入输出点数是PLC最重要的一项技术指标。扫描速度执行一步指令的时间s/步，或执行1000条指令所需时间ms/k步。内存容量衡量PLC软件功能的强弱的主要指标。指令以步为单位，每步占用一个地址单元，一个地址单元占用2个字节。1000步内存容量对应2K字节。指令条数（种类）衡量PLC软件功能的指标。越多越好。,21,5内部寄存器、继电器用以存放中间结果、变量状态、数据等的寄存器；还有许多具有特殊功能的辅助继电器和寄存器，如定时器、计数器、系统寄存器等。它们反映硬件功能指标。6高功能模块高功能模块的多少，功能强弱是衡量PLC产品水平高低的一个重要标志。常用高功能模块有：A/D模块，D/A模块，高速计数模块，位置控制模块，智能PID模块，温度控制模块，速度控制模块，远程通讯模块等。7编程语言及编程手段如通用的梯形图语言、助记符语言、流程图语言。它们反映PLC的适用性。,22,1-4PLC的特点及主要功能一PLC的特点1、抗干扰能力强，可靠性高。主要采取了以下措施：a.输入输出均采用光电转换进行隔离，电源相互独立，提高了抗干扰能力。c.采用循环扫描工作方式，提高抗干扰能力。d.采用动态滤波措施，减少脉冲干扰。e.内部采用“监视器”电路，以保证CPU可靠工作。f.采用密封、防尘、抗震的外壳封装及内部结构，可适应各种环境。采用上述措施，实验表明一般产品可抗1kV，1s的窄脉冲干扰，平均无故障时间510万小时。,23,2采用模块化组合结构：使系统构成十分灵活，可根据需要任意组合，易于维修，易于实现分散式控制。3接口功能强：PLC电源可以是AC110V、220V，DC5V、12V、24V、48V等。负载能力以从0.5A2A范围内变化。可直接带生产设备或控制电器。模拟量输入输出有50mV、5V、10V、010mA、420mA、等多种规格，可以连接大部分的现场仪表。4编程语言简单易学，便于普及。5可进行在线修改，柔性好。6有较高的性能价格比。,24,7.自诊断功能8.高功能模块9.通讯联网功能10.显示、打印功能二PLC的主要功能开关量控制：取代传统继电器，完成开关量控制。模拟量控制：对许多连续变化量如温度、压力、流量、液位等的控制，如PID控制。数据处理：设置有四则运算指令，对生产过程中的数据进行处理。运动控制：控制步进电机或伺服电机实现速度和位置控制。另外还有如定时控制、计数控制等。,25,三PLC技术发展趋势“大的更大”：PLC大型化发展，为现代化大型工矿企业自动化提供条件；“小的更小”：PLC更加小巧，方便使用，为取代机械行业继电接触器控制提供条件。同时，逐步系列化、通用化和高性能化。,26,第一章作业,作业如何理解PLC的工作方式？PLC的工作方式对于一般慢速控制系统和高速控制系统带来的影响。PLC有哪三种输出形式？各适用什么负载？为什么PLC具有抗干扰能力强，可靠性高的特点？,
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