《电气控制与PLC技术》课件 赵经纬项目7可编程控制器基础知识

第二步 用户用PLC的语言编写程序并将其存放 到存储器里，等待运行。 第三步 打开运行开关，系统程序开始逐条读取 用户程序，翻译后，按着指令要求进行任务处理， 并将结果存放到存储器里等待输出。 第四步 用户程序从第一条开始运行，到最后一 条运行结束，我们称为一个程序周期，也称为扫描 周期。此时，将会对输入、输出信息进行一次更新， 输入更新称为采样，输出更新称为刷新。用户程序 就是这样周而复始地运行下去，实现了PLC与现场 之间信号的的输入输出，完成控制任务。
（1）编程语言种类 PLC常用的编程语言有梯形图语言、语句表语言、 流程图语言及某些高级语言等，使用最多的是前两 者。 （2）存储容量 小型机内存为1K到几K，中型机为几K至几百K， 大型机几百K至2M字节。 （3）输入输出（I/O）总点数 输入输出（I/O）点数越多，控制规模就越大。 目前输入输出点数为8～14336点甚至更多 。 （4）扫描速度 目前更快的能达到0.75ms/K字逻辑运算程序。
2）用户程序 用户存储器是指使用者根据工程现场的生 产过程和工艺要求编写的控制程序，是PLC 应用于工业控制的一个重要环节。主要用于 存放用户按控制要求所编制的程序，可通过 编程器进行必要的修改。PLC的编程语言多 种多样，不同的PLC厂家，不同系列PLC采 用的编程语言不尽相同。
PLC外形图
3、可编程序控制器的工作原理
（3）按实现的功能分类
1）低档机：具有逻辑运算、定时、计数、移位以、 自诊断、监控等基本功能，低档机以逻辑运算为主, 可 实现逻辑、顺序、移位、计时计数控制等。 2）中档机：PLC除具有低档机的功能外，还具有 较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送、比较、 通信、子程序、远程I/O、中断处理等功能。可用于复 杂的逻辑运算及闭环控制场合。 3）高档机：除具有中档机的功能外，增设有带符 号算术运算、位逻辑运算、矩阵运算、平方根运算以 及函数、表格、CRT显示、打印等功能。具有更强的 通信联网功能，使运算能力更强，还具有模拟调节、 联网通信、监视、记录和打印等功能，使PLC能进行 智能控制、远程控制、可用于大规模过程控制系统及 分布式生产过程综合控制管理系统、自动化网络。
（1）扫描工作方式
PLC采用循环扫描工作方式，为了连续地完成 PLC所承担的扫描工作,系统必须重复执行依一定的 顺序完成循环扫描工作方式，每重复一次的时间称 为一个扫描周期。由于PLC扫描速度很快,输入扫描 和输出刷新的周期时间通常为3ms左右,而程序执行 时间可根据程序的长度不同而不同。PLC一个扫描 周期通常为10-100ms,对一般工业被控对象来说,扫 描过程几乎是与输入同时完成抗干扰能力强 2) 通用性强,使用方便 3) 程序设计简单,容易理解和掌握 4) 系统设计周期短 5) 体积小,重量轻 6) 适应性强
（3）可编程序控制器的发展方向
目前PLC发展方向主要有两个: 一是朝着小型化、简易、廉价化、方向发展。 单片机技术的发展,促进了PLC向紧凑型发展,体积 减小,价格降低,可靠性不断提高。 二是朝着大型、高速、标准化、系列化、智能 化、高速化、大容量化、网络化方向发展,这将使 PLC功能更强,可靠性更高,使用更方便,适用面更多 功能方向发展。大型的PLC一般为多微处理器系统, 有较大的存储能力和功能强劲的输入/输出接口。
1）中央处理单元 中央处理单元(CPU)是PLC的核心部件, 整个PLC的工作过程都是在中央处理器的统 一指挥和协调下进行的,它的主要任务是在系 统程序的控制下,完成逻辑运算、数学运算、 协调系统内部各部分工作等，然后根据用户 所编制的应用程序的要求去处理有关数据,最 后再向被控对象送出相应的控制(驱动)信号。
（5）PLC内部继电器的种类 有如输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定 时器、计数器、特殊继电器、数据寄存器、状态继 电器等。 （6）扩展能力 大部分PLC用I/0扩展单元进行I/O点数的扩展。 （7）工作环境 工作环境的温度0～50oC （8）其它
5、可编程序控制器的分类
（1）按输入/输出点数分类 1）超小型PLC：输入输出（I/O）点数在64点以 下,用户程序存储器容量通常在1～2KB。 2）小型PLC ：输入输出（I/O）点数在64～256 之间 ,用户程序存储器容量通常在2～4KB。 3）中型PLC ：输入输出点数在256～512点之间, 用户程序存储器容量通常在2～8K字。 4）大型PLC ：入输出点数在512 ～8192之间， 用户程序存储器容量通常在8K～64KB。 5）超大型PLC ：入输出点数在8192以上，用户 程序器容量大于64KB，目前已有I/O点数达14336 点的超大型PLC，使用32位微处理器。
（2）按结构形式分类 1）整体式：整体式PLC是将电源、CPU、存储 器、I/O接口安装在同一机体内,具有结构紧凑、体 积小、重量轻、价格低。一般小型PLC常采用这种 结构。 2）模块式：模块式PLC是将PLC各部分分成若 干个单独的模块，如电源模块、CPU模块、输入模 块、输出模块等。用户可根据需要选配不同模块组 成一个系统, 构成不同控制规模和功能的PLC, 一般 中型和大型PLC常采用这种结构。
（3）PLC的工作原理
可编程控制器的工作原理与计算机工作原理很相 似，简单的讲，就是在CPU的控制与协调下，通过运 行用户程序来完成工作任务。具体来讲，PLC是按下 面步骤工作。 第一步 PLC具备一个基本系统环境，即在硬件 （存储器）上安装一套系统程序。通电后，该系统程 序便自动运行。系统程序包括三个程序：1、运行管 理程序，用来确保PLC的各种硬件正常运行。2、用 户程序的解释程序，用来翻译用户程序中的各条指令， 使其成为能执行的二进制编码指令。3、功能实现程 序，用来调用和管理各类功能子程序，完成如输入信 息、输出信息、A/D转换等具体任务。
5）编程器
目前已被个人微机替代
编程器是PLC必不可少的重要外围设备。它 的主要作用是进行编辑、输入用户程序、检查、 调试、修改，用来监视PLC的工作状态。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。
6）其它接口
其它接口包括外存储器接口、BEPPROM写入 器接口、A/D转换接口、D/A转换接口、远程通信接 口、与计算机相连的接口、打印机接口、与CRT相 连的接口等。
（2）可编程序控制器的软件 1）系统程序 PLC的系统程序有三种类型。 ①是完成系统命令解释、功能子程序调用、 管理、监控、逻辑运算、通信、各种参数设 定、诊断等功能。 ②由PLC的制造厂家编写的，在PLC使用过 程中不会变动，它和PLC的硬件组成有关，它 关系到PLC的性能。 ③由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、 PROM或EPROM中，用户不能访问和修改。
2、可编程序控制器的基本组成 （1）可编程序控制器的硬件组成 PLC的基本组成包括硬件与软件两部分： PLC的硬件组成包括中央处理器（CPU）、 存储器(RAM、ROM)、输入/输出(I/O)接口、 编程设备、通信接口、电源和其他一些电路组 成。PLC的硬件结构框图如图5-1所示。
图5-1 PLC的硬件基本结构图
第5章 可编程控制器基础知识
1、什么是可编程控制器 可编程序控制器综合了计算机技术、自 动控制技术和通信技术融为一体的新型工业 自动控制装置。它具有体积小、功能强、程 序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列 的优点,在机械、冶金、能源、化工、石油、 交通、电力等领域中得到了越来越广泛的应 用, PLC技术已经成为工业自动化控制三大技 术(PLC技术、机器人、计算机辅助设计与分 析)支柱之一。
（1）可编程序控制器的定义 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，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设备或生 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 扩充其功能的原则进行设计。
2）存储器 存储器是PLC用来存放系统程序、用户程序、 逻辑变量及运算数据的单元。存储器的类型有 可读/写操作的随机存储器RAM和只读存储器 ROM（PROM、EPROM、EEPROM）在PLC 中，PLC的软件系统由系统程序和用户程序组 成。 存数据 存数据
3）输入/输出接口
输入/输出(I/O)是PLC和工业控制现场各类信号连 接的部件。PLC通过输入接口把工业现场的状态信 息读入,输入部件接收是从开关、按钮、继电器触点 和传感器等输入的现场控制信号,通过用户程序的运 算与操作,对输入信号进行滤波、隔离、电平转换等, 把输入信号的逻辑值准确、可靠地传入PLC内部。 并将这些信号转换成中央处理器能接收和处理的数 字信号，把结果通过输出接口输出给执行机构。 PLC通过输出接口，接收经过中央处理器处理 过的输出的数字信号,并把它转换成被控制设备或显 示装置所能接收的电压或电流信号,从而驱动接触器、 电磁阀和指示器件等。 PLC的等效电路图图5-2所示。
5—2 PLC的等效电路
4）电源模块
电源部件是把交流电转换成直流电源的装置,它 向PLC提供所需要的高质量直流电源。可编程控制 器电源包括各工作单元供电的开关稳压电源和掉电 保护电源（一般为电池）。 PLC电源与普通电源相比稳定性好、抗干扰能 力强。许多PLC还向外提供DC 24V稳压电源，用 于对外部传感器供电。
工作过程示意图
4、可编程序控制器的主要性能指标
在对PLC性能进行描述时,经常用到位、数字、字 节及字等术语。 位指二进制的一位,仅有0、1两种取值。一个位 对应PLC一个继电器,某位的状态为0或1,分别对应 继电器线圈断电或通电。 4位二进制数构成一个数字,这个数字可以是 0000-1001(十进制),也可以是0000～1111(十六进 制 )。 2个数字或8位二进制数构成一个字节。 2个字节构成一个字。在PLC术语中,字称为通道。 一个字含16位,或者说一个通道含16个继电器。