电工技术(第二版)常晓玲章 (11)

第 11 章 PCL、变频器与交流伺服技 术 11.1.2 PLC
PLC实质上是一种为工业控制而设计的专用微机控制系统，
因此其硬件结构与微型计算机控制系统相似， 但输入、 ຫໍສະໝຸດ Baidu出
电路要求具有更强的抗干扰能力。 一套可编程控制器在硬件上
由基本单元（主机）、 I/O扩展单元及外围设备组成， 通过各
自的端口连成一个整体。 图11-1为PLC的硬件结构图。
国际电工委员会（IEC）对可编程控制器的定义是： 可编 程逻辑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， 用来在 其内部存储执行逻辑运算、 顺序控制、 定时、 计算和算术运 算等操作的指令， 并通过数字式和模拟式的输入和输出， 控 制各类机械的生产过程。
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（4） 开发周期短。 设计一套常规继电器控制系统需顺序 进行电路设计、 安装接线、 逻辑调试三个步骤， 只有进行完 前一步才能进入下一步， 开发周期长， 线路修改困难， 工 程越大这一缺点就越明显。 而使用PLC完成一套电气控制系统， 只要电气总体设计完成， I/O点分配完毕， 则软件设计模拟 调试与硬件设计施工就可以同时分别进行。 在软件调试方面， 控制程序可以反复修改； 在硬件施工方面， 安装接线只涉及 输入和输出装置， 不涉及复杂的继电器控制线路， 硬件投资 较少， 故障率低。
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第 11 章 PCL、变频器与交流伺服技术
11.1 PLC控制技术 11.2 交流电动机的变频调速技术 11.3 交流伺服技术 本章小结
第 11 章 PCL、变频器与交流伺服技 术
11.1 PLC 11.1.1 可编程控制器概述
可编程逻辑控制器简称PLC，的引入避免了继电器控制系 统的下列缺点：
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（5） 功能强、 体积小、 重量轻。 由于PLC产品是以 微型计算机为核心的， 所以具有许多计算机控制系统的优 点。 以日本三菱公司的FX2N-32MR小型可编程控制器为例， 该 PLC的外型尺寸是87 mm×40 mm×90 mm， 重量是0.65 kg， 内部包含各类继电器3228个， 状态寄存器1000个， 定时器 256个， 计数器241个， 数据寄存器8122个， 耗电量为150 W， 其应用指令包括程序控制、 传送比较、 四则逻辑运算、 移位、 数据（包括模拟量）处理等多种功能， 指令执行时间 为每步小于0.1 μs， 无论在体积、 重量上， 还是执行速度、 控制功能上， 都是常规继电器控制系统所无法相比的。
第 11 章 PCL、变频器与交流伺服技 术
PLC产品按I/O点数和存储容量可分为小型、 中型和大型PLC 三个等级。 小型PLC的I/O点数在256点以下， 存储容量为2 k 步， 具有逻辑控制、 定时、 计数等功能， 目前的小型PLC 产品也具有算术运算、 数据通信和模拟量处理功能。 中型PLC 的I/O点数在256~2048点之间， 存储容量为2~8 k步， 具有逻 辑运算、 算术运算、 数据传送、 中断、 数据通信、 模拟量 处理等功能， 用于多种开关量、 多通道模拟量或数字量与模 拟量混合控制的复杂控制系统。
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（2） 通用、 灵活、 方便。 PLC作为专用微机控制系 统产品， 采用了标准化的通用模块结构， 其I/O电路又采用 了足够的抗干扰设计， 既可以使用模拟量， 也可以使用开关 量， 现场信号可以直接接入， 用户不需要进行硬件的二次开 发， 控制规模又可以根据控制对象的信号数量与所需功能进行 灵活方便的模块组合， 具有接线简单， 使用、 维护十分方 便的优点。
第 11 章 PCL、变频器与交流伺服技 术
图11-1 PLC的硬件结构图
第 11 章 PCL、变频器与交流伺服技 术
（1） 硬接线电路的故障率高。 （2） 电器触头的使用寿命有限。 （3） 诊断、 排除故障的速度慢。 （4） 以硬接线实现控制逻辑， 当控制逻辑需要修改时 难于改动接线。
第 11 章 PCL、变频器与交流伺服技 术
PLC产品以软件控制取代了常规电气控制系统中的硬件控制， 具有功能强、 可靠性高、 配置灵活、 使用方便、 体积小、 重量轻等优点， 目前已在工业生产的各个领域获得广泛使用， 成为工业控制的支柱产品。
第 11 章 PCL、变频器与交流伺服技 术
（1） 高可靠性与高抗干扰能力。 PLC产品是专为工业 控制环境设计的， 机内采取了一系列抗干扰措施， 其平均无 故障时间可高达4~5万小时， 远远超过采用硬接线的继电-接触 器控制系统， 也远远高于一般的计算机控制系统。 如在软件 设计上采用了循环扫描、 集中采样、 集中输出的工作方式， 设置了多种实时监控、 自诊断、 自保护、 自恢复程序； 在 硬件设计上采用了屏蔽、 隔离、 滤波、 联锁等抗干扰电路结 构， 并实现了整体结构的模块化。 PLC适用于恶劣的工业环境， 这是PLC优于普通微机控制系统的首要特点。
第 11 章 PCL、变频器与交流伺服技 术
大型PLC的I/O点数在2048点以上， 存储容量达8 k步以上，
具有逻辑运算、 算术运算、 模拟量处理、 联网通信、 监视记
录、 打印等功能， 有中断、 智能控制、远程控制能力， 可
完成大规模的过程控制， 也可构成分布式控制网络完成整个工
厂的网络化自动控制。
第 11 章 PCL、变频器与交流伺服技 术
（3） 编程简单， 易于掌握。 这是PLC产品优于普通 微机控制系统的另一个特点。 可编程控制器的程序编写一般不 需要高级语言， 其通常使用的梯形图语言类似于继电器控制原 理图， 即使未掌握专门计算机知识的现场工程技术人员也可以 很快熟悉和使用， 这种面向问题和控制过程的编程语言， 直 观、 清晰、 修改方便且易于掌握。 当然， 不同机型PLC在编 程语言上是多样化的， 但同一档次不同机型的控制功能可以十 分方便地相互转换。