第3章 可编程控制器基础(4学时 27页)

通信信息处理；
输入刷新； 用户程序执行； 输出刷新； 外部设备服务。
29/34
87
3.5.2 用户应用程序 20111013

用户程序是由用户编写的，能够完成系统控制任 务的指令序列。不同厂家的PLC会提供不同的指令 集，但基本的编程元件和编程形式有许多共同之 处。 继电器
定时器 计数器
6/34
3.1.2 可编程控制器的特点

可编程控制器的产生是基于工业控制的需要，是 面向工业控制领域的专用设备，它具有以下特点：


CPU为可靠性高，抗干扰能力强；
灵活性强，控制系统具有良好的柔性； 编程简单，使用方便； 控制系统易于实现，开发工作量少，周期短； 维修方便；


体积小，能耗低；
电气控制与PLC应用 （第三章）
主
编 ：陈建明
副主编 ：巫付专 朱晓东 熊军华
1/34
第3章 可编程控制器基础
学习目标：

了解可编程控制器产生的背景、特点、 性能指标以及今后的发展方向

掌握可编程控制器的硬件组成形式 熟悉可编程控制器的软件及工作过程
2/34
第3章 可编程控制器基础
教学内容：
3.1 可编程控制器概述 3.2 可编程控制器的组成 3.3 可编程控制器的工作原理 3.4 可编程控制器的硬件基础
3.5 可编程控制器的软件基础
3.6 可编程控制器的性能指标及分类
3/34
3.1 可编程控制器概述

可编程控制器的英文名称是Programmable Controller，早期简称PC，后来为了与个人 计算机（PC）区分，在行业中多称之为 Programmable Logic Controller，即可编程 逻辑控制器，简称PLC，而这种称呼又与可 编程控制器的起源和它本身的特点有关。
输入输出单元（I/O）：是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接 口部件。输入部件是开关、按钮、传感器等。输出部件是电磁阀、 接触器、继电器。

输入接口电路

2-2
24/34
84
输出接口电路
继电器输出** 晶体管输出 晶闸管输出 2-3

25/34
模拟量的输入和输出如何？
85-86


各厂家的PLC产品虽然各有特色，但是总体来讲均 可用以下几项指标来衡量对比其性能：


I/O点数 ；
存储器容量 ； 扫描速度 ； 内部寄存器 ； 指令系统 ；


特殊功能及模块 ；
统有着极深的渊源，因此可以比照着继电器系统
来学习PLC的工作原理。
17/34
3.3.1 可编程控制器的等效电路

PLC的等效电路如下图所示：
18/34
3.3.2 可编程控制器的工作过程

PLC的工作过程以循环扫描的方式进行，当PLC处于运行 状态时，它的运行周期可以划分为3个基本阶段：
输入采样阶段；PLC逐个扫描每个输入端口，将所有输 入设备的当前状态保存到相应的存储区。 比如X403,X407等就是输 程序执行阶段；在系统程序的指示下，CPU从用户程序 存储区逐条读取用户指令，经解释后执行相应动作，产 生相应结果，刷新相应的输出映像寄存器，期间需要用 到输入映像寄存器、输出映像寄存器的相应状态。
宽，抗干扰能力强。电源单元的输入与输出之间有可靠的 隔离，以确使外界的扰动不会影响到PLC正常工作。 P80
13/34
3.2.4 输入输出单元

PLC的输入、输出单元也叫I/O单元，对于模块式的 PLC来说，I/O单元以模块形式出现，所以又称为I/O模 块。 I/O单元是PLC与工业现场的接口，现场信号与 PLC之间的联系通过I/O单元实现。
4/34
返回
3.1.1 可编程控制器的产生与发展

美国数字设备公司（DEC）根据提出10项指标， 于1969年研制出第一台控制器，型号为PDP-14， 它的开创性意义在于引入了程序控制功能，为计 算机技术在工业控制领域的应用开辟了空间。 至上世纪70年代，PLC技术已经进入成熟期。推 动PLC技术发展的动力主要来自于两个方面：其 一是企业对高性能、高可靠性自动控制系统的客 观需要和追求；其次，大规模及超大规模集成电 路技术的飞速发展，微处理器性能的不断提高， 为PLC技术的发展奠定了基础并开拓了空间 。

电源 一般市电（220） 直流24V PLC有24V（DC直流）输出。
编程器 外围设备 利用编程器将用户程序送入 PLC的存储器，检查程序。



26/34
3.4.2 可编程控制器的配置
PLC的品种繁多，其结构型式、性能、容量、指 令系统、编程方法、价格等各有自已的特点，适 用场合也各有侧重。站在硬件选型的角度，首先 需要考虑的是设备容量与性能是否与任务相适应； 其次要看PLC运行速度是否能够满足实时控制的 要求。 所谓设备容量，主要是指系统I/O点数的多少以及 扩充的能力。对于纯开关量控制的应用系统，如 果对控制速度的要求不高，比如单台机械的自动 控制，可选用小型一体化PLC。

PLC的基本组成部件如下图所示：
9/34
返回
外形的样子


PLC 编程器

7-1
10/34
3.2.1 中央处理单元（CPU）

中央处理单元是PLC的核心部件，负责完成逻辑 运算、数字运算以及协调系统内各部分的工作。 它在系统程序的管理下运行，主要功能有 ：

接受并存储由编程器键入的用户程序和数据；
功能强，性能价格比高 。
7/34
典型应用
SIEMENS S7一 226PLC，该系列 PLC自带24DI/16DO， 4AI/IA O 的EM235和 4AIEM231，通讯模 块EM277；Profibus 一DP扩展模块； 西门子TP170B触摸 屏作为现场操作面板。
8/34
3.2 可编程控制器的组成


监控设备；将现场数据动态实时显示出来，以 便操作人员随时掌握系统运行的情况。
存储设备；用于保存用户数据，避免程序丢失。 输入输出设备。用于接受信号和输出信号的专 用设备。
16/34

3.3 可编程控制器的工作原理

可编程控制器是基于电子计算机的工业控制器，
从PLC产生的背景来看，PLC系统与继电器控制系
触发器 其他执行元件
PLC的编程元件
梯形图
PLC的编程语言
语句表
30/34
88
3.6 可编程控制器的性能指标及分类

本章前几节对PLC的工作原理和编程形式做了简 单介绍，除此之外，如果对PLC设备的基本性能 指标以及它们的类型情况有所了解的话，则对 具体的系统设计和选型非常有帮助。
31/34
3.6.1 可编程控制器的性能指标

入映像存储器的形象比喻


输出刷新阶段。系统程序将输出映像寄存器中的内容传 送到输出锁存器中，经过输出接口、输出端子输出，驱 动外部负载。 小结
19/34
83
返回
PLC工作原理
工作原理 PLC采用循环扫描的工 作方式，包括内部处理、 通讯操作、输入处理、程 序执行、输出处理几个阶 段。全过程扫描一次所需 的时间称为扫描周期。 当处于RUN状态时，上 述扫描周期不断循环。扫 描过程。
5/34

返回
可编程控制器基础
PLC的产生及定义
20世纪60年代末，美国汽车制造工业竞争激烈，为适应生产工艺不断更 新的需要，1968年美国通用汽车公司（GM）提出了研制新型逻辑顺序控制装 置的十项招标指标。主要内容是： ① 编程方便，可现场修改程序。 ② 维修方便，采用插件式结构。 ③ 可靠性高于继电器控制装置。 ④ 体积小于继电器控制盘。 ⑤ 数据可直接送入管理计算机。 ⑥ 成本可与继电器控制盘竞争。 ⑦ 输入可为市电。 ⑧ 输出可为市电，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器等。 ⑨ 扩展时原系统改变最小。 ⑩ 用户存储器大于4KB。
3.4 可编程控制器的硬件基础

I/O单元是组成PLC系统的重要环节，本节以介 绍I/O单元的硬件电路为主，在此基础上简单介
绍PLC系统的硬件配置。应当说明的是，不同
PLC在硬件的具体实现方案上总是有区别的，
本节的任务是讨论一般性的原理，而非某一具
体型号的结构特征，本书后续章节将针对不同 型号的PLC，分别介绍其特点。

如何实现抗干扰？光耦、 输入单元有滤波电路和显示，输出单元带有输出锁存器、显示、功 率放大等部分。 14/34 输入单元：直流、交流、交直流3种；输出单元通常有继电器方式、
工业现场的输入和输出信号包括数字量和模拟量两类， 因此I/O单元也有数字I/O和模拟I/O两种，前者又称为 DI/DO，后者又称为AI/AO。PLC的输入、输出单元还 应包括一些功能模块，所谓功能模块就是一些智能化了 的输入和输出模块。


诊断电源故障以及用户程序的语法错误；
读取输入状态和数据并存储到相应的存储区；
读取用户程序指令，解释执行用户程序，完成 逻辑运算、数字运算、数据传递等任务，刷新 输出映像，将输出映像内容送至输出单元。
11/34
返回
3.2.2 存储器单元

PLC的存储器单元分成两个部分： 系统程序存储器；用于存放PLC生产厂家编写 的系统程序，系统程序在出厂时已经被固化在 PROM或EPROM中。 用户程序存储器。可分为程序存储区和数据存 储区，程序存储器用于存放用户编写的控制程 序，数据存储区存放的是程序执行过程中所需 要的或者所产生的中间数据。

图2-19
20/34
可编程控制器基础