PLC第3章

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3.1.1 可编程控制器的产生与发展
PLC对高性能的追求主要体现在： 对高性能的追求主要体现在： 对高性能的追求主要体现在 增强网络通信功能。 增强网络通信功能。 发展智能模块。 发展智能模块。 高可靠性。 高可靠性。 编程软件标准化。 编程软件标准化。 编程软件和语言向高层次发展。 编程软件和语言向高层次发展。
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3.2.2 存储器单元
PLC的存储器单元分成两个部分： PLC的存储器单元分成两个部分： 的存储器单元分成两个部分 系统程序存储器； 用于存放PLC PLC生产厂家编写 系统程序存储器 ； 用于存放 PLC 生产厂家编写 的系统程序， 的系统程序，系统程序在出厂时已经被固化在 PROM或EPROM中 PROM或EPROM中。 用户程序存储器。 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 储区， 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。 要的或者所产生的中间数据。
第3章 可编程控制器基础
教学内容： 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
3.1 可编程控制器概述
可编程控制器的英文名称是Programmable 可编程控制器的英文名称是 Controller，早期简称 ，后来为了与个人 ，早期简称PC， 计算机（PC）区分，在行业中多称之为 计算机（ ）区分， Programmable Logic Controller，即可编程 ， 逻辑控制器，简称PLC，而这种称呼又与可 逻辑控制器，简称 ， 编程控制器的起源和它本身的特点有关。 编程控制器的起源和它本身的特点有关。
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3.3.2 可编程控制器的工作过程
PLC工作过程的特点总结如下： 工作过程的特点总结如下： 工作过程的特点总结如下
PLC采用集中采样、 集中输出的工作方式， PLC 采用集中采样、 集中输出的工作方式 ， 这种方式减 采用集中采样 少了外界干扰的影响。 少了外界干扰的影响。 PLC的工作过程是循环扫描的过程 ， 循环扫描时间的长 PLC 的工作过程是循环扫描的过程， 的工作过程是循环扫描的过程 短取决于指令执行速度、用户程序的长度等因素。 短取决于指令执行速度、用户程序的长度等因素。 输出对输入的响应有滞后现象。 PLC采用集中采样 采用集中采样、 输出对输入的响应有滞后现象 。 PLC 采用集中采样 、 集 中输出的工作方式，当采样阶段结束后， 中输出的工作方式，当采样阶段结束后，输入状态的变 化将要等到下一个采样周期才能被接收， 化将要等到下一个采样周期才能被接收，因此这个滞后 时间的长短又主要取决于循环周期的长短。此外， 时间的长短又主要取决于循环周期的长短。此外，影响 滞后时间的因素还有输入电路滤波时间、 滞后时间的因素还有输入电路滤波时间、输出电路的滞 后时间等。 后时间等。
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3.1.1 可编程控制器的产生与发展
美国数字设备公司（ 美国数字设备公司（DEC）根据通用汽车公司提 ） 项指标， 年研制出第一台控制器， 出10项指标，于1969年研制出第一台控制器，型 项指标 年研制出第一台控制器 号为PDP-14，它的开创性意义在于引入了程序控 号为 ， 制功能， 制功能，为计算机技术在工业控制领域的应用开 辟了空间。 辟了空间。 至上世纪70年代，PLC技术已经进入成熟期。推 至上世纪 年代， 技术已经进入成熟期。 年代 技术已经进入成熟期 技术发展的动力主要来自于两个方面： 动PLC技术发展的动力主要来自于两个方面：其 技术发展的动力主要来自于两个方面 一是企业对高性能、 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， 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， 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 。 技术的发展奠定了基础并开拓了空间
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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， 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 PLC产生的背景来看，PLC系统与继电器控制 产生的背景来看 系统有着极深的渊源， 系统有着极深的渊源，因此可以比照着继电器 系统来学习PLC的工作原理。 PLC的工作原理 系统来学习PLC的工作原理。
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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： PLC的等效电路如下图所示： 的等效电路如下图所示
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 的工作过程以循环扫描的方式进行， 的工作过程以循环扫描的方式进行 处于运行 状态时，它的运行周期可以划分为3个基本阶段： 状态时，它的运行周期可以划分为 个基本阶段： 个基本阶段 输入采样阶段； PLC逐个扫描每个输入端口 逐个扫描每个输入端口， 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。 入设备的当前状态保存到相应的存储区。 程序执行阶段； 在系统程序的指示下 ， CPU 从用户程序 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， 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， 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。 到输入映像寄存器、输出映像寄存器的相应状态。 输出刷新阶段。 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， 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。 动外部负载。
3.2.5 接口单元
接口单元包括扩展接口、通信接口、 接口单元包括扩展接口、通信接口、编程器接口 和存储器接口及其它外部设备接口等。 和存储器接口及其它外部设备接口等。 PLC的I/O单元也属于接口单元的范畴，它完成 的 单元也属于接口单元的范畴 单元也属于接口单元的范畴， PLC与工业现场之间电信号的往来联系。除此之 与工业现场之间电信号的往来联系。 与工业现场之间电信号的往来联系 外，PLC与其它外界设备和信号的联系都需要相 与其它外界设备和信号的联系都需要相 应的接口单元 。
3.2.3 电源单元
电源单元将外界提供的电源转换成PLC的工作电 的工作电 电源单元将外界提供的电源转换成 源后，提供给PLC。有些电源单元也可以作为负 源后，提供给 。 载电源，通过PLC的I/O接口向负载提供直流 接口向负载提供直流24V 载电源，通过 的 接口向负载提供直流 电源。 电源。 电源单元还提供掉电保护电路和后备电池电源， 电源单元还提供掉电保护电路和后备电池电源， 以维持部分RAM存储器的内容在外界电源断电后 以维持部分 存储器的内容在外界电源断电后 不会丢失。在面板上通常有发光二极管（LCD） 不会丢失。在面板上通常有发光二极管（LCD） 指示电源的工作状态， 指示电源的工作状态，便于判断电源工作是否正 常。
3.2.5 接口单元（对外部设备） 接口单元（对外部设备）
接口单元通常有以下5种 接口单元通常有以下 种：
I/O扩展接口 I/O扩展接口 。用于扩展输入输出点数 。 通常集成有RS232或RS422 RS232 422口 用于与PLC、 通信接口 。通常集成有RS232或RS422口，用于与PLC、 上位机、远程I/O 监视器、编程器等外部设备相连。 I/O、 上位机、远程I/O、监视器、编程器等外部设备相连。 PLC本体通常是不带编程器的 本体通常是不带编程器的， 编程器接口 。PLC本体通常是不带编程器的，编程器接 口是连接编程器的。 口是连接编程器的。 存储器接口。存储器接口是为了扩展存储区而设置的。 存储器接口。存储器接口是为了扩展存储区而设置的。 其它外部设备接口。包括条码读入器的接口、 其它外部设备接口。包括条码读入器的接口、打印机接 口等等。 口等等。
3.2.6 外部设备
PLC的外部设备种类很多，可以概括为以下四类： PLC的外部设备种类很多，可以概括为以下四类： 的外部设备种类很多 编程设备； 除了用于编程， 编程设备 ； 除了用于编程 ， 还可对系统作一些 设定，以确定PLC的工作方式。 PLC的工作方式 设定，以确定PLC的工作方式。 监控设备； 将现场数据动态实时显示出来， 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。 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。 存储设备 ； 用于保存用户数据 ， 避免程序丢失 。 输入输出设备。 输入输出设备 。 用于接受信号和输出信号的专 用设备。
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 的输入、输出单元也叫 单元 单元， 的输入 来说， 单元以模块形式出现 单元以模块形式出现， 的PLC来说，I/O单元以模块形式出现，所以又称 来说 模块。 单元是PLC与工业现场的接口， 与工业现场的接口， 为I/O模块。 I/O单元是 模块 单元是 与工业现场的接口 现场信号与PLC之间的联系通过 单元实现。 之间的联系通过I/O单元实现 现场信号与 之间的联系通过 单元实现。 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 和模拟I/O两种 单元也有数字I/O和模拟 两种， 两类，因此 单元也有数字 和模拟 两种， 前者又称为DI/DO，后者又称为 前者又称为 ，后者又称为AI/AO。PLC的 。 的 输入、输出单元还应包括一些功能模块， 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。 能模块就是一些智能化了的输入和输出模块。
电气控制与PLC应用 电气控制与PLC应用 （第三 （第三章）