第一章 PLC原理及结构

硬件方面采取的主要措施有：
③在PLC内部对CPU供电电源采取屏蔽、稳压、 保护等措施，防止干扰信号通过供电电源进入 PLC内部，另外各个输入输出(I／O)接口电路的 电源彼此独立，以避免电源之间的互相干扰； ④内部设置连锁、环境检测与诊断等电路，一 旦发生故障，立即报警； ⑤外部采用密封、防尘、抗振的外壳封装结构， 以适应恶劣的工作环境。
1985年国际电工委员会给出的定义
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、 模拟式的输入和输出，控制各种类型的机 械或生产过程。
四、PLC控制何处来？到何处去？
第一章 PLC原理及结构
1.1概述
一、本课程的基本情况
1、前后续课程：电路基础、电子 后续课程：自动Байду номын сангаас制等 2、课程性质：选修
二、课程主要内容和学习方法
1、主要内容： PLC的原理及结构( 了解） 指令系统（熟练掌握） PLC编程（掌握） 编程软件的使用（掌握） PLC编程实例 变频器和组太王
硬件方面采取的主要措施有：
①隔离——PLC的输入、输出接口电路一 般都采用光电耦合器来传递信号，这种光 电隔离措施使外部电路与PLC内部之间完全 避免了电的联系，有效地抑制了外部干扰 源对PLC的影响，还可防止外部强电窜入内 部CPU； ②滤波——在PLC电路电源和输入、输出 (I/O)电路中设置多种滤波电路，可有效抑 制高频干扰信号；
目前，很多PLC都具有模拟量处理功能， 通过模拟量I／O模块可对温度、压力、 速度、流量等连续变化的模拟量进行 控制，而且编程和使用都很方便。大、 中型的PLC还具有PID闭环控制功能， 运用PID子程序或使用专用的智能PID 模块， 可以实现对模拟量的闭环过 程控制 .
3.运动控制
运动控制是指PLC对直线运动或圆周运 动的控制，也称为位置控制，早期PLC 通过开关量I／O模块与位置传感器和 执行机构的连接来实现这一功能，现 在一般都使用专用的运动控制模块来 完成。
1.3
PLC工作原理
一、基本工作原理 1、继电器控制的了解
2.采用PLC控制
3.PLC控制的等效电路图
二、PLC循环扫描工作过程
1.4 PLC性能指标和分类
一、PLC的性能指标 1、I/O点数 2、用户程序存储器容量 3、扫描速度 4、指令种类及条数 5、内部器件的种类和数量 6、智能单元
PLC的基本结构图
1.微处理器(CPU)
1) 接收从编程器输入的用户程序和数据，送入存储器
存储： 2) 用扫描方式接收输入设备的状态信号，并存入相应 的数据区(输入映像寄存器)； 3) 监测和诊断电源、PLC内部电路工作状态和用户程 序编程过程中的语法错误； 4) 执行用户程序，完成各种数据的运算、传递和存储 等功能： 5) 根据数据处理的结果，刷新有关标志位的状态和输 出状态寄存器表的内容实现输出控制、制表打印或数据 通信等功能。
三、PLC生产厂家介绍
德国西门子公司 日本ORMON公司 美国ROKWELL公司 法国施耐德公司 GE公司 日本三菱公司 日本松下电工公司 日本日立公司 日本东芝公司 日本富士公司
1.5 FP系列小型机介绍
一、外型结构
FP0
FP 2
FP-e
FP Σ
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2.编程简单易学
PLC采用与继电器控制线路图非常接近的 梯形图作为编程语言，它既有继电器电 路清晰直观的特点，又充分考虑到电气 工人和技术人员的读图习惯;对使用者来 说，几乎不需要专门的计算机知识，因 此，易学易懂，程序改变时也容易修改 。
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3.功能完善，适应性强
目前PLC产品已经标准化、系列化和模块化， 不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制 等功能，还具有A／D、D／A转换、算术运算 及数据处理、通信联网和生产过程监控等功 能。它能根据实际需要，方便灵活地组装成 大小各异、功能不一的控制系统：既可控制 一台单机、一条生产线，又可以控制一个机 群、多条生产线；既可以现场控制又可以远 程控制。
5．编程器
简易编程器功能较少，一般只能用 语句表形式进行编程，通常需要连机 工作。简易编程器使用时直接与PLC的 专用插座相连接，由PLC提供电源。它 体积小，重量轻，便于携带，适合小 型PLC使用。
插座
LCD 显示屏
6．I／O扩展单元
I/O扩展单元用来扩展输入、输出 点数。当用户所需的输入、输出 点数超过PLC基本单元的输入、 输出点数时，就需要加上I／O扩 展单元来扩展，以适应控制系统 的要求。
2．存储器
PLC配有两种存储器： 系统存储器、用户存储器 系统存储器存放系统程序； 用户存储器用来存放用户编制的控制 程序和逻辑变量。 工作数据存储器用来存放逻辑变量。 常用的存储器类型有CMOSRAM、 EPROM和EEPROM。
3. 输入／输出(I／O)部件
输入信号多种多样，信号电平各不相同，而 PLC所能处理的信号只能是标准电平，因此必 须通过输入模块将这些信号转换成CPU能够接 收和处理的标准电平信号。同样，外部执行元 亦必须通过输出模块将CPU输出的标准电平信 号转换成这些执行元件所能接收的控制信号。 输入／输出模块实际上是CPU与现场输入输出 设备之间的连接部件，起着PLC与被控对象间 传递输入输出信息的作用。
1）输入接口
2）输出接口
4．电源部件
PLC配有开关式稳压电源的电源模块，用 来将外部供电电源转换成供PLC内部的 CPU、存储器和I／O接口等电路工作所需 的直流电源。PLC的电源部件有很好的稳 压措施，因此对外部电源的稳定性要求不 高，一般允许外部电源电压的额定值在 +10％一-15％的范围内波动。小型PLC的 电源往往和CPU单元合为一体，大中型 PLC都有专用电源部件
二、存储器分配
80年代到90年代中期，PLC全面使用8位或16位 微处理器芯片，处理速度达到1us/步。 90年代中期至今，PLC全面使用16位或32位微处 理器芯片，也有使用RISC芯片处理器。 3、发展趋势 1）向高速度、大容量程序存储量方向发展 2）控制系统分散化，进行集中管理。 3）可靠性进一步提高 4）控制与管理一体化，提高通信组网能力
二、PLC的分类
1、按结构分： 1）整体式：CPU、存储器、I/O单元、电 源等都安装在同一机体内。 2）组合式：为总线结构，有若干个总线槽， 每个槽上可以安装一个模块。
2、按控制规模分 1）超小型机：I/O点数在64以内，内存容 量在256—10000字节。 2）小型机：I/O点数在64--256以内，内存 容量在1—3.6K字节。 3）中型机：I/O点数在256--2408以内，内 存容量在3.6—13K字节。 4）大型机：I/O点数在2408以上，内存容 量在13K字节以上。
在软件方面采取的主要措施有
①设置故障检测与诊断程序，每次扫描都对系 统状态、用户程序、工作环境和故障进行检测 与诊断，发现出错后，立即自动做出相应的处 理，如报警、保护数据和封锁输出等； ②对用户程序及动态数据进行电池后备，以保 障停电后有关状态及信息不会因此而丢失。采 用以上抗干扰措施后，一般PLC的抗电平干扰强 度可达峰值1000V，脉宽10us，其平均无故障时 间可高达30—50万小时以上。
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4.使用简单，调试维修方便
PLC的接线极其方便 PLC的用户程序可在实验室模拟调试 PLC的故障率很低 排除故障迅速
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5．体积小、重量轻、功耗低
由于PLC采用半导体大规模集成电路，因 此整个产品结构紧凑、体积小、重量轻、 功耗低，以三菱FXON一24M型PLC为例， 其外形尺寸仅为130mmx90mmX87mm，重量 只有600g，功耗小于50W。所以，PLC很 容易装入机械设备内部，是实现机电— 体化的理想的控制设备
PLC的控制功能
1.开关量控制 2.模拟量控制 3.运动控制 4.数据处理 5.通信联网
1.开关量控制
开关量控制是PLC最基本的应用领域， 可用PLC取代传统的继电器控制系统， 实现逻辑控制和顺序控制。在单机 控制、多机群控和自动生产线控制 方面都有很多成功的应用实例.
2.模拟量控制
4.数据处理
现代PLC都具有不同程度的数据处理功能， 能够完成数学运算(函数运算、矩阵运算、 逻辑运算)、数据的移位、比较、传递、数 值的转换和查表等操作，对数据进行采集、 分析和处理。数据处理通常用在大、中型 控制系统中，如柔性制造系统、机器人的 控制系统等。
5.通信联网
通信联网是指PLC与PLC之问、PLC与上位计算机 或其他智能设备间的通信，利用PLC和计算机的 RS一232或RS--422接口、PLC的专用通信模块， 用双绞线和同轴电缆或光缆将它们联成网络，可 实现相互间的信息交换，构成“集中管理、分散 控制” 的多级分布式控制系统，建立工厂的自 动化网络。
2、可编程控制器的产生和发展 1968年，美国通用汽车公司为适用汽车工业的激 烈竞争，满足汽车型号不断更新的，提出开发一 种取代传统继电器控制系统的新的控制装置。 1969年美国DEC公司研究出第一台可编程控制器。 PDP-14 70年代初期CPU由中小规模集成电路构成，存储器 为磁芯存储器。 70年代中期，CPU由微处理器构成，存储器采用 EPROM。 70年代末期到80年代中期， CPU由8位或16位微处 理器构成存储器采用EPROM、EEPROM、CMOSRAM等。
五、PLC有何特点
1.可靠性高，抗干扰能力强 2.编程简单易学 3.功能完善，适应性强 4.使用简单，调试维修方便 5．体积小、重量轻、功耗低
1.可靠性高，抗干扰能力强
现代PLC采用了集成度很高的微电子器件， 大量的开关动作由无触点的半导体电路来 完成，其可靠程度是使用机械触点的继电 器所无法比拟的。为了保证PLC能在恶劣的 工业环境下可靠工作，在其设计和制造过 程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干 扰措施