01 可编程序控制器概论

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1.2 可编程控制器的基本结构和工作原理 1.2.1 基本概念 1.2.2 工作原理 1.2.3 基本结构
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1.2.1 PLC程序控制的基本概念
继电－接触器控制系统（如图a）：支配控 制系统的程序是由分立元件用导线连接起来 实现的，控制程序的修改必须通过改变接线 来实现。
存储器程序控制系统（如图b）：控制系统 要完成的控制任务是通过存储器中的程序来 实现。如PLC。
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输入设备
程序接线
输出设备
被控系统 继电-接触控制系统 输入设备 程序存储器 输出设备
被控系统 PLC控制系统
• 继控制与PLC控制方案比较实例
并行执行
输入---- PLC内部 ----输出
PLC控制图
4.现场信号接线简单 5.编程简单
6.维修维护方便
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1.1.3
可编程控制器的分类
1. 从结构上:可分为整体式和模块式。
整体式：CPU、存储器及I/O接口等基本部 件装在一块电路板上，并连同电源装成一 个整体。 模块式：把CPU（包括存储器）单元、电 源单元、 I/O单元等做成独立的模块，即 做成CPU模块、电源模块、 I/O模块等， 组装在一个框架内。
T op = OM_T op ; 1
? A IM_Lower; 1 Movement down 2
Movement up C = Up; 4 C
= Down ;
1 ? A M_Raise ; 3 Bottom C
1 ? A Bottom ;
= OM_Bottom ;
状态图
1 30
Proces s SAMP _AVE OB 35 Sliding averag 2/BO BN ENO BO R IN OUT R I N
个人计算机
CPU
3、存储器模块 存储器扩展模块一般含系 统程序存储器、用户程序 存储器和数据存储器。
用户程序
CPU 组态
用户程序
V 存储器 M 存储器
定时器和计 数器当前值
CPU 组态 V 存储器 M 存储器 EPROM
存储器卡
RAM
4、输出接口模块 输出部件包括：输出寄存器 输出锁存器 功率放大器等 分为数字输出部件和模拟输出部件。 数字输出部件包括：晶体管输出方式（直流负载） 晶闸管输出方式（交流负载） 继电器输出方式（交、直流均可） 模拟输出部件包括：电流输出模块 电压输出模块
1、应用
可编程控制器的应用与发展
工业：开关量控制、模拟量控制、监控、建立工 业网络、 其他行业：轻工食品、冶金、机械加工、汽车制 造、石油化工、烟草加工、能源、交通等。 2、发展趋势 过程控制领域、网络功能、具有现场总线标准接 口和串行通信接口及网络通信功能、智能I/O模块的 发展、编程语言、智能诊断能力
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1. PLC的软继电器 硬件组成：微处理器、存储器、接口芯 片、各种模块。可看成由许多软继电器 组成的控制器。 PLC内部等效软继电器分为：输入继电器、 中间继电器、输出继电器。 中间继电器包括：辅助继电器、特殊功 能继电器、移位寄存器、计时器、计数 器等。
2、PLC工作过程 信号输入（输入采样） 程序执行 结果输出（输出刷新）
Vcc
输 出 LED 寄 存 Y0 器 R1 KA
COM
电源
R2 C2
Q0.0 负载 Q0.7
继电器输出模块电路
PLC +24V
功率放大
R R + Vref D/A R/4 R + 电压电流转换
电流输出
+ -
模拟输出部件： 由控制电路、 D/A转换器、电 压/电流转换器、 输出保持和功率 放大电路组成。
继电－接触器控制系统（布线逻辑）：由导 线、继电器、接触器、开关和触点等器件按 一定的逻辑关系连接起来。 优点：电路图直观形象、价格低廉、容易操 作 缺点：设备体积大、开关动作慢、组合复杂、 功能较少、维修不便、可靠性差、系统 接线固定，没有通用性和灵活性。适用于要 求不高的专用逻辑控制场 0. 0
Controller CONT _C Continuous PID BO MAN ON R SP _INT R PV_IN R MAN R GAIN TI TN TI TV TI TV
OB 35 1/LMN R
0
0. 0 2. 0 20S 10S 0. 0
2、中央控制单元 一般由微处理器（CPU）、系统程序存 储器ROM或EPROM、用户程序存储器RAM 或EEPROM、编程器接口组成。微处理 器模块是PLC的核心模块。 主要功能：1）从存储器中读取指令 2）执行指令 3）顺序取指令 4）处理 中断
AB
地址总线
振荡 电路
C P U
译码电路
电压输出缓存 R 电压输出缓存
5、电源部件 将交流电源转换成CPU、I/O模块和存储器模 块等部件所需要的直流电源。 6、编程器 对PLC进行程序编辑、调试、监视，将程序固 化在EPROM中。分为简易型和通用型。简易型 编程器可在线编程，通用型编程器既可在线 编程，又可离线编程，PC也作为一种编程器， 通过RS232通信口与PLC相连，在PC上进行梯 形图编辑、调试和监控。
按钮 按钮 输 入 映 象 寄 存 器 程序执行 输 出 映 象 寄 存 器 接触器
输 入 电 路
（ ）
输 出 电 路
输入采样：按扫描方式读入所有输入端子上的输入 信号状态，并将其存入输入缓冲区。 程序执行：对梯形图方式编写的程序按从上到下、 从左到右的顺序逐一扫描各条指令，然后从输入映 像区取出本循环扫描周期读入的输入数据或从输出 映像区读取上个循环扫描周期输出的有关数据，再 进行由程序确定的逻辑运算或其他运算，最后根据 程序指令将运算结果存入确定的输出映像区对应的 单元。 输出刷新：将输出映像区的内容送到输出锁存器， 并驱动输出继电器线圈，使输出端子的信号变为被 控设备所能接受的电压或电流信号，驱动被控设备。
图1：定子绕组串电阻 降压起动、反接制动
例:两个开关X1、X2，要求其中任何一个接 通都可立即点亮红灯，两秒钟后自动熄灭红 灯并点亮绿灯。 1、继电-接触器控制方式
2、PLC控制方式
1.2.2 PLC工作原理
PLC控制系统由输入、控制、输出3部分组成。对 应的“器件”是内部“软继电器”，对应的“导 线”是“程序”。PLC是通过“程序”控制内部 “软继电器”的“软件程序”控制系统。
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2. 按I/O点数分类: 分为小型、中型和大型。 小型PLC： I/O点数为256 点以下（包括 256点），如S7-200. 中型PLC： I/O点数为256 点以上、2048 点以下，如S7-300。 大型PLC： I/O点数为2048 点以上（包括 2048点），如S7-400。
3、扫描周期与响应滞后 扫描周期：信号输入、程序执行、结果输 出3个批处理阶段的工作过程。大小主要 取决于：程序长短、CPU的工作速度。 PLC的输出对输入的响应存在滞后现象， 滞后时间与扫描周期有关。 减少滞后措施：采用快速响应模块、高速 计数模块、中断处理等。
1.2.3 PLC基本结构
直流输入模块
交流输入模块：由输入滤波电路、限流电路、 整流滤波电路和光电隔离电路组成。
（3）模拟量输入模块 处理方式：由传感器检测并转换成连续变化 的电信号，再由模拟输入模块的A/D转换器 转换成数字量送入总线接口。 模拟输入模块是以A/D转换器为主要器件， 配以相关扩展芯片，一般有4通道、8通道、 16通道。
PLC由输入部件、中央控制单元、存储器单 元、输出部件、电源部件等构成。图为一典 型PLC结构简图。
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1、输入部件： 输入接口电路和输入寄存器。输入模 块包含数字量输入模块和模拟量输入 模块。 （1）数字量输入模块：其输入信号为 开关量信号，分为直流开关量输入模 块和交流量输入模块。
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内部软继电器：其种类和点数标志PLC功能 强弱。包括辅助继电器、计时器、计数器、 移位寄存器、特殊功能继电器。 扫描速度：以ms/KB表示。代表了其对瞬时 信号的控制能力。 其他指标：系统开展能力、I/O方式、特殊 功能模块、自诊断功能、网络通信及远程 I/O能力、监控功能。
1.1.5
可编程序控制器
主讲：张波
第1章 可编程序控制器基础知识
本章内容包括：

PLC的发展、分类及应用 结构及工作原理 主要技术性能指标 西门子SIMATIC控制器简介
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第1章 可编程序控制器基础知识
1.1
PLC的发展与特点 结构和工作原理 西门子SIMATIC控制器简介
1.2
1.3 3
Controller CONT _C Continuous PID BO MAN ON R SP _INT R PV_IN R MAN R GAIN TI TN TI TV R DEADB_W

1.1.4 可编程控制器的性能指标
编程语言与指令条数：常用编程语言有梯 形图、语句表、控制流图和功能图等。编 程语言种类越多，某种语言的指令种数越 多，则功能越强，编程越方便。 用户程序存储容量：以字节为单位计算， 每条指令所占存储容量是1个或2个字节。 I/O接口总数：分开关量和模拟量。开关量 用最大点数表示，模拟量用最大通道数表 示。
3. 按功能强弱分类
可分为低档、中档和高档。 低档:实现基本的逻辑控制。如S7-200。 中档：具有低档PLC的基本功能，更多的数字 I/O点数和较强的模拟量I/O接口，并具有中断 控制、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、 网络通信。 高档：具有中档PLC的功能，带符号算术运算、 矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及特殊功 能函数的运算和表格传送。具有更强的扩展能 力和网络通信功能。