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1、1第二篇可编程序控制器第二篇可编程序控制器第3章可编程序控制器概论第3章可编程序控制器概论X62W型卧式普通铣床电气控制线路原理图X62W型卧式普通铣床电气控制线路原理图3.1 可编程序控制器的产生及发展这样的复杂的电器控制装置很容易出现故障。（只要有一个电器运行不正常或一个接点出现接触不良，系统就不能正常运行）这样的复杂的电器控制装置很容易出现故障。（只要有一个电器运行不正常或一个接点出现接触不良，系统就不能正常运行）一经制成，功能就不能改变。（非常不利于产品的更新换代）一经制成，功能就不能改变。（非常不利于产品的更新换代）社会的进步加上当时电子技术的发展人们开始寻求一种以社会的进步加上当时
2、电子技术的发展人们开始寻求一种以存储逻辑存储逻辑代替代替接线逻辑接线逻辑的新型工业控制设备。这就是后来的的新型工业控制设备。这就是后来的可编程控制器可编程控制器。什么是可编程控制器？什么是可编程控制器？Programmable Controller PCPersonal Computer PC为了相区别，目前国际上已习惯称可编程控制器为：P L CP L C（Programmable Logic Controller）PLC的产生PLC的产生 GM 十条GM 十条 世界上公认的第一台可编程控制器是美国DEC公司1969年为美国通用汽车公司（GM）的生产流水线研制的。世界上公认的第一台可编程控制
3、器是美国DEC公司1969年为美国通用汽车公司（GM）的生产流水线研制的。1968年，GM公司提出了他们关于汽车流水线的控制系统的具体的控制要求，也就是著名的1968年，GM公司提出了他们关于汽车流水线的控制系统的具体的控制要求，也就是著名的“GM十条GM十条”：GM 十条编程方便，可现场修改程序编程方便，可现场修改程序维修方便采用插件式结构维修方便采用插件式结构可靠性高于继电器控制装置可靠性高于继电器控制装置体积小于继电器控制盘体积小于继电器控制盘数据可以直接送入管理计算机数据可以直接送入管理计算机2成本可与继电器控制盘竞争成本可与继电器控制盘竞争输入可以是交流115V（美国电压标准）输入可
4、以是交流115V（美国电压标准）输出为交流115V，容量要求在2A以上，可以直接驱动接触器、电磁阀等输出为交流115V，容量要求在2A以上，可以直接驱动接触器、电磁阀等扩展时原系统改变最小扩展时原系统改变最小用户存储器至少能扩展到4KB用户存储器至少能扩展到4KBGM 十条PLC的应用状况PLC的应用状况自从美国研制出世界上第一台PLC以后，日本、德国、法国等工业发达国家相继研制出各自的PLC。40多年来PLC的品种多达几百种。生产PLC的厂家约200家。自从美国研制出世界上第一台PLC以后，日本、德国、法国等工业发达国家相继研制出各自的PLC。40多年来PLC的品种多达几百种。生产PLC的厂
5、家约200家。著名PLC生产厂家 德国西门子公司（Siemens）日本三菱电机株式会社（MITSUBISH）日本欧姆龙公司（OMRON）美国GEFanuc公司 法国的施耐德（Schneider）电器公司，美国的莫迪康（Modicon）（已被施耐德收购）。日本富士电机株式会社（Fuji Electric）韩国LG 美国 AB公司（AllenBradley）现已被美国的Rockwell公司收购 德国西门子公司（Siemens）日本三菱电机株式会社（MITSUBISH）日本欧姆龙公司（OMRON）美国GEFanuc公司 法国的施耐德（Schneider）电器公司，美国的莫迪康（Modicon）（已被
6、施耐德收购）。日本富士电机株式会社（Fuji Electric）韩国LG 美国 AB公司（AllenBradley）现已被美国的Rockwell公司收购三菱PLC：FX2N系列微型PLC的顶尖产品微型PLC的顶尖产品出类拔萃的高性能，高功能出类拔萃的高性能，高功能从一般继电器电路的控制，到模拟、定位、数据处理都适用从一般继电器电路的控制，到模拟、定位、数据处理都适用SIMATIC S7-400LG K10S1系列LG K10S1系列 计数速度：最大8脉冲/秒EEPROM 不需要备用电池 超小型PLC K10S1基本：14(I/O:8/6)尺寸：120W80H65D 内置高速计数器3主机架底板电
7、源模块CPU模块现场总线通讯模块I/O模块PLC 的发展趋势PLC 的发展趋势 机构微型化、模块化 功能全面化、标准化 产品系列化 大容量化、高速化 模块化、模块智能化 通迅化、网络化 编程语言化 增强外部故障检测能力 机构微型化、模块化 功能全面化、标准化 产品系列化 大容量化、高速化 模块化、模块智能化 通迅化、网络化 编程语言化 增强外部故障检测能力3.2 可编程序控制器的定义及特点3.2 可编程序控制器的定义及特点3.2.1 PLC的定义：1985年1月，国际电工委员会（IEC）制定了PLC的标准，并给它作了如下定义：可编程序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
8、计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则而设计。3.2.1 PLC的定义：1985年1月，国际电工委员会（IEC）制定了PLC的标准，并给它作了如下定义：可编程序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，用来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命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程
9、。可编程序控制器及其有关的外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则而设计。PLC已成为现代工业自动化的三大支柱之一。三大支柱：PLC、机器人和 CAD/CAM。3.2.2 PLC的常用术语 点数3.2.2 PLC的常用术语 点数（4或8的倍数）（4或8的倍数）扫描周期 扫描周期（PLC执行程序的速度，单位ms/K）（PLC执行程序的速度，单位ms/K）梯形图 梯形图KMFRX0X1COMCOMY0COM1COM1Y0X0Y0 220 VSB1SB2PLCX143.2.3 PLC的分类3.2.3 PLC的分类按结构形式分类按结构形式分类 整体式PLC整体式PLC：又称
10、单元式或箱体式。是将电源、CPU、I/O部件等都集中装在一个机箱内。一般小型和微型PLC采用这种结构。整体式结构紧凑、体积小、重量轻、价格低，但主机I/O点数固定，使用不灵活。：又称单元式或箱体式。是将电源、CPU、I/O部件等都集中装在一个机箱内。一般小型和微型PLC采用这种结构。整体式结构紧凑、体积小、重量轻、价格低，但主机I/O点数固定，使用不灵活。模块式PLC模块式PLC：又称积木式。将PLC各部分分成若干个单独的模块，如 CPU模块、I/O模块、电源模块和各种功能模块等，把这些模块插在机架底板上，组装在一个机架内。一般大、中型PLC采用模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构。这种结
11、构配置灵活，可以让用户按需组合节约成本。：又称积木式。将PLC各部分分成若干个单独的模块，如 CPU模块、I/O模块、电源模块和各种功能模块等，把这些模块插在机架底板上，组装在一个机架内。一般大、中型PLC采用模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构。这种结构配置灵活，可以让用户按需组合节约成本。有的PLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLC。有的PLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLC。按 I/O 点数按 I/O 点数I/O点数小于或等于64为I/O点数小于或等于64为微型微型PLC，单CPU、8位或16位处理器；PLC，单CPU、8位或16位处理器；I/O点数在64128为I
12、/O点数在64128为微小型微小型PLC，8位或16位处理器；PLC，8位或16位处理器；I/O点数在128256为I/O点数在128256为小型小型PLC，单CPU、8位或16位处理器，用户程序存储量在4KB以下；PLC，单CPU、8位或16位处理器，用户程序存储量在4KB以下；I/O点数在2562048为I/O点数在2562048为中型中型PLC，双CPU，用户程序存储量在28KB；PLC，双CPU，用户程序存储量在28KB；I/O点数大于2048为I/O点数大于2048为大型大型PLC，多CPU，16位或32位处理器，用户程序存储量在8KB16KB。PLC，多CPU，16位或32位处理器
13、，用户程序存储量在8KB16KB。按功能分类按功能分类低档机、中档机、高档机低档机、中档机、高档机CPU存储器存储器总线或标准接口总线或标准接口扩展接口扩展接口电 源电 源外部设备（编程器等）外部设备（编程器等）扩展单元、特殊功能单元等扩展单元、特殊功能单元等输入映像寄存器输入映像寄存器输出映像寄存器输出映像寄存器输入接口输入接口输出接口输出接口现场输入信号现场输入信号现场输出信号现场输出信号3.3 可编程序控制器组成及工作原理可编程序控制器组成及工作原理PLC的基本组成PLC的基本组成PLC是一种通用的工业控制计算机，它的硬件组成与普通微型计算机基本相同。它主要由以下几部分组成：PLC是一种
14、通用的工业控制计算机，它的硬件组成与普通微型计算机基本相同。它主要由以下几部分组成：CPU存储器I/O部分编程工具电源5CPU，是PLC的核心部件之一。CPU，是PLC的核心部件之一。按一定的规律和要求读入被控对象的各种工作状态，接收用户程序，处理数据，向被控对象送出相应的控制（驱动）信号。各个公司PLC选用的CPU芯片类型不同。按一定的规律和要求读入被控对象的各种工作状态，接收用户程序，处理数据，向被控对象送出相应的控制（驱动）信号。各个公司PLC选用的CPU芯片类型不同。通用微处理器 单片机（自成体系，集成性好）位片式微处理器（适用于多CPU，速度快，造价高，集成度低。大中型PLC）存储器
15、 保存程序和中间运算结果的器件。存储器 保存程序和中间运算结果的器件。系统程序存储器 固化PLC厂家编写的系统程序。（ROM/PROM/EPROM）用户程序存储器 存放用户编写的控制程序。（RAM/EPROM）数据表存储器存放I/O状态表，定时器、计算器的预置表。高速暂存储器存放运算的中间结果、统计数据、故障诊断的标志位系统程序存储器 固化PLC厂家编写的系统程序。（ROM/PROM/EPROM）用户程序存储器 存放用户编写的控制程序。（RAM/EPROM）数据表存储器存放I/O状态表，定时器、计算器的预置表。高速暂存储器存放运算的中间结果、统计数据、故障诊断的标志位I/O部分一般可分为：开关
16、量I/O模块、模拟量I/O模块、数字量I/O模块、高速计数模块、精确定时模块、快速响应模块、中断控制模块、PID模块、位置控制模块、轴向定位模块、通信模块。I/O部分一般可分为：开关量I/O模块、模拟量I/O模块、数字量I/O模块、高速计数模块、精确定时模块、快速响应模块、中断控制模块、PID模块、位置控制模块、轴向定位模块、通信模块。开关量输入模块：开关量输入模块：开关量输入模块：开关量输入模块：开关量输出模块：继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出开关量输出模块：继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出6开关量输出模块接线方式汇点式独立式开关量输出模块接线方式汇点式独立式编程工具：编程工具：用于编程
17、、检查、修改、调试、检查和监视。用于编程、检查、修改、调试、检查和监视。简易编程器：无CPU，只能联机编程，体积小、重量轻、便于生产现场调试。图形编程器：有显示屏（手持式），有CPU，可联机编程也可脱机编程，可编辑梯形图程序。简易编程器：无CPU，只能联机编程，体积小、重量轻、便于生产现场调试。图形编程器：有显示屏（手持式），有CPU，可联机编程也可脱机编程，可编辑梯形图程序。通用微机作为编程器：个人电脑，配上厂家提供的编程软件和通讯线。有效利用资源。通用微机作为编程器：个人电脑，配上厂家提供的编程软件和通讯线。有效利用资源。手持指令编程器S10HP手持指令编程器S10HP电源：有许多稳压抗扰
18、措施，如浪涌吸收器、隔离变压器、开关电源技术等。电源：有许多稳压抗扰措施，如浪涌吸收器、隔离变压器、开关电源技术等。PLC的工作过程输入刷新PLC的工作过程输入刷新 输入扫描执行用户程序输入扫描执行用户程序 执行扫描输出刷新执行扫描输出刷新 输出扫描输出扫描扫描工作方式扫描工作方式3.3.3 PLC的工作原理的工作原理PLC的扫描工作方式PLC的扫描工作方式 PLC以PLC以顺序循环扫描工作方式顺序循环扫描工作方式为基本工作方式。有的PLC虽然也有中断工作方式但仍以顺序扫描工作方式为基础。为基本工作方式。有的PLC虽然也有中断工作方式但仍以顺序扫描工作方式为基础。7PLC工作流程PLC工作流程
19、PLC的扫描工作方式PLC的扫描工作方式PLC的扫描周期PLC的扫描周期PLC重复执行上述三个阶段，每重复一次的时间称为一个扫描周期或工作周期。PLC重复执行上述三个阶段，每重复一次的时间称为一个扫描周期或工作周期。在本扫描周期的程序执行阶段发生的输入状态变化是不会影响本周期的输出的。（串行工作）在本扫描周期的程序执行阶段发生的输入状态变化是不会影响本周期的输出的。（串行工作）在一个工作周期中输入采样和输出刷新的时间一般为4毫秒左右，而程序执行时间因程序长短各异。PLC一个扫描周期一般为十几到几十毫秒之间。在一个工作周期中输入采样和输出刷新的时间一般为4毫秒左右，而程序执行时间因程序长短各异。
20、PLC一个扫描周期一般为十几到几十毫秒之间。PLC的扫描周期PLC的扫描周期PLC工作的主要特点是：输入信号PLC工作的主要特点是：输入信号集中批处理集中批处理，执行过程，执行过程集中批处理集中批处理，输出控制，输出控制集中批处理集中批处理。PLC的一个工作周期主要有上述三个阶段，但严格说来还包括四个过程：PLC的一个工作周期主要有上述三个阶段，但严格说来还包括四个过程：系统自监测，系统自监测，与编辑器交换信息，与编辑器交换信息，与数字处理器交换信息，与数字处理器交换信息，网络通信。网络通信。8PLC是以程序的形式进行工作的，所以必须把控制要求变换成PLC能识别并执行的程序语言。PLC常用的编
21、程语言有：梯形图语言PLC是以程序的形式进行工作的，所以必须把控制要求变换成PLC能识别并执行的程序语言。PLC常用的编程语言有：梯形图语言、助记符语言、助记符语言、功能图语言、顺序功能图语言、高级程序语言。、功能图语言、顺序功能图语言、高级程序语言。PLC的编程语言PLC的编程语言QSFRFUKMM3M3M3 KMFRX0X1COMCOMY0COM1COM1Y0X0Y0 220 VSB1SB2PLCX1用PLC实现电动机启停控制用PLC实现电动机启停控制主电路主电路PLC接线图接线图用户程序用户程序用用用用PLCPLC实现电动机实现电动机实现电动机实现电动机 正、反转控制正、反转控制正、反转
22、控制正、反转控制PLC内部用户程序PLC内部用户程序Y0X0Y0X2Y1X1Y1X2X1X0 Y0Y1QSFRFUM3 KM1KM2U V WKM1FRX0X1COMCOMY0COM1COM1SB1SB2PLCSB3X2KM2KM1Y1KM2 220 V梯形图语言的特点梯形图是一种图形语言，它与继电接触控制图的形式及符号有许多相同或相仿的地方。梯形图是一种图形语言，它与继电接触控制图的形式及符号有许多相同或相仿的地方。梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列。梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列。一逻辑行或一一逻辑行或一“梯级梯级”。常开、常闭接点。继电器线圈包括输出继电器和辅助继电器，只有线圈得
23、电，对应的接点才动作。线圈只能并联。常开、常闭接点。继电器线圈包括输出继电器和辅助继电器，只有线圈得电，对应的接点才动作。线圈只能并联。一般程序结束时要有结束标志END。一般程序结束时要有结束标志END。9助记符语言不同厂家制造的PLC所使用的助记符不尽相同。对于同一个梯形图来说，写成对应的程序（语句表）也不尽相同。不同厂家制造的PLC所使用的助记符不尽相同。对于同一个梯形图来说，写成对应的程序（语句表）也不尽相同。Y7OUT3X3AND2X1OR1X0LD0数据指令步序Y7OUT3X3AND2X1OR1X0LD0数据指令步序每句助记符编程语言就是一条指令或程序每句助记符编程语言就是一条指令或程序助记符语言功能图语言顺序功能图语言高级语言高级语言编程已经在某些厂家生产的PLC中应用。这种语言类似于BASIC语言、C语言等高级编程语言。高级语言编程已经在某些厂家生产的PLC中应用。这种语言类似于BASIC语言、C语言等高级编程语言。