第3章 PLC基础

(3) 响应各种外部设备的请求.
存储器（RAM/ROM）：
1.ROM（只读存储器） 存系统程序（CMOS固化），它的内容一般由 厂家写入，不能更改，包括检查程序、监控程序。 2.RAM（随机存储器） 存用户程序，它可读可写，另外运算结果、 逻辑变量，系统数据等，为防止掉电时信息丢失， 有后备电池作保护。 3. EPROM或E2PROM： 存用户程序 ,可永久保存 .


•外部设备
3.3 可编程序控制器的工作原理
3.3.1 可编程控制器的等效电路 PLC取代继电控制的前提： 只能取代控制电路，不能取代主电路 一、继电器控制线路
二、PLC 控制线路
例1:点动控制
1）硬件电路
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2）梯形图
例2:连续控制
1）硬件电路
2）梯形图
例3:点动及连续控制
模拟量输出单元： 模拟量输出的过程与输入正相反，它将 PLC运算处理过的二进制数字转换成相应 的电量（例如4～20mA、0～10V等）。
3.4.2 可编程控制器的配置

PLC的品种繁多，其结构型式、性能、容量、指令 系统、编程方法、价格等各有自已的特点，适用场 合也各有侧重。站在硬件选型的角度，首先需要考 虑的是设备容量与性能是否与任务相适应；其次要 看PLC运行速度是否能够满足实时控制的要求。
•PLC的定义
国际电工委员会（ IEC）分布于 1982年. 1985 .1987对可编程序控制器作了如下的 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的命令，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 制器及其外围设备，都应按易于与工业控 制系统联成一个整体、易于扩充功能的原 则而设计”。
3.5.1 系统监控程序
清除内部继电器区，复位定时器等，并进行自诊断， 对电源、PLC内部电路、用户程序的语法进行检查。
•PLC的发展趋势
（1） 小型化、高性能、低成本、简单实用 （2）大型化、网络化、多功能 （3）可靠性提高 （4）产品更加规范化、标准化 （5）开放和模块化的体系结构OMAC
Open Modular Architecture for Control
3.1.2 PLC的主要功能和特点
一.PLC的主要功能 1)开关量逻辑功能 2)模拟量控制(开环控制和闭环控制) 3)定时控制和计数控制 4)顺序控制 5)数据处理 6)通讯和联网
•电源单元
将外界提供的电源转换成PLC的工作电源 后，提供给PLC。有些电源单元也可以作为负 载电源，通过PLC的I/O接口向负载提供直流 24V电源。 可编程序控制器的电源一般采用开关式电 源，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量 轻、效率高、抗干扰性能好。
输入／输出单元（I／0单元）
I/O单元是PLC与工业现场的接口，现 场信号与PLC之间的联系通过I/O单元实现。
•PLC的缺点
主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开 放的：如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模 板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。 编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言 结构均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。 SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机 为基础，在Windows平台下，结合IEC1131－3 国际标准的新一代开放体系结构的PLC。
数字量输入单元（直流）：
电阻R2和电容C构成RC滤波电路，光 耦将现场信号与PLC内部电路隔离。
•数字量输入单元（交流）：
也可使用双向光电耦合器和双向 发光二极管，去了桥式整流电路。
•数字量输出单元（继电器式）：
模拟量输入单元： 模拟量输入信号可以是电压或电流，在 选型时要考虑输入信号的范围以及系统要 求的A/D转换精度。
2007年
•PLC的应用领域和发展趋势
PLC的应用领域
PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国 内外已广泛应 用于机械、冶金、石油、化工、 轻工、纺织、电力、电子、食品、 交通等行业。 80 ％以上的工业控制可以使用PLC来完成。
开关量的开环控制 模拟量的闭环控制 网络与分布式控制系统
•接口单元

I/O扩展接口: 用于扩展输入输出点数 。 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。

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。
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、打 印机接口等等。
第二部分
可编程序控制器
Programmable Logic Controller
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学习目标： ：
了解可编程控制器产生的背景、特点、性能 指标以及今后的发展方向
掌握可编程控制器的硬件组成
熟悉可编程控制器的软件设计
第3章可编程序控制器基础
3.1 可编程序控制器概述 3.2 可编程序控制器的组成 3.3 可编程序控制器的工作原理 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
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I/O (DI/DO)
模拟I/O (AI/AO)
•数字I/O
1）输入接口： 输入形式：
直流输入
交流输入 2）输出接口： 输出形式： 继电器输出（负载电源可以是交、直流） 晶体管输出 （电源只能是直流） 晶闸管输出（电源是交流）

（1）容易编程

（2）采用模块式结构 （3）价格便宜 （4）具有数据通讯功能 （5）输入输出电源使用市电 （6）能在恶劣环境下工作 （7）存储设备可扩充至4K个存储字节
1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标 的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并 在GM公司汽车生产线上首次应用成功。
二.PLC的特点
1. 与继电器控制逻辑相比较
控制逻辑、可靠性和可维护性、价格、控制速度、 设计与施工
2. 与微型计算机相比较
应用范围、使用环境、输入输出、程序设计、 运算速度和存贮容量、价格
3. 与单板计算机比较
不如PC容易掌握、不如PC可靠
4. 与集散系统比较
•PLC的优点
1.可靠性高 2.编程简单 易于使用 3.体积小、结构紧凑、安装、维护方便 4.功能完善
3.1 可编程序控制器概述
3.1.1 PLC的产生与发展 在PLC之前，继电器控制系统已广 泛应用于工业生产的各领域，但其固定性 迫切要求“革新”。 1968年，美国最大的汽车制造商通 用汽车公司（GM），为了适应汽车型号 不断更新的需要，提出了十条技术指标在 社会上公开招标，制造一种新型的工业控 制装置。
• PLC的国内外状况
一.PLC的国内外状况 美国PLC发展得最快： 1984年有48家，生产150多种PLC； 1987年有63家，生产243种PLC； 1996年有70余家，生产近300种PLC。 著名的美国PLC厂家有 A—B（Allen－Bradley）,艾伦一布拉德利公司 MODICON莫迪康公司，GE－FSNUC公司， TI（Texas Instrument）德州仪器公司 WESTHOUSE Electric西屋电气公司
西门子
三菱
AnS/QnAS 系列
FX2系 列
Omron
3.2 可编程序控制器的组成
中央处理单元（CPU）：
它一般由控制电路、运算器、存储器和总线等部 件组成，它们集成在一块芯片上，通过地址总线、 数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电 路相连接。 作用： (1) 从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令 (2) 将各种输入信号取入，把运算结果送到输出端
例4 自动门控制 1）微波人体检测开关：K1、 K2 2）控制电机正转、反转的接触器：KM1、KM2 3）行程开关：SQ1、SQ2
3.3.2 可编程控制器的工作过程
•当PLC处于运行状态时，它的运行周期可以 划分为3个基本阶段：
PLC工作过程的特点总结如下：
1.PLC 采用集中采样、集中输出的工作方式，这种 方式减少了外界干扰的影响。 2.PLC 的工作过程是循环扫描的过程，循环扫描时 间的长短取决于指令执行速度、用户程序的长度 等因素。 3. 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， 输入状态的变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，影响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。
1993年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家： 美国 A－B公司 （Allen－Bradley） 德国西门子公司（Siemens） 美国GE－Fanuc公司 美国的莫迪康（Modicon）和法国的TE电器公司 日本欧姆公司（OMRON） 日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI） 日本富士电机株式会社（Fuji Electric） 日本东芝公司（TOSHIBA） 日本的光洋电子（KOYO）和中国的华光电子(CKE） 日本松下电工株式会社（MEW）：Matsushita Electric Works Ltd）
在PLC的发展历程中，有过几个不同的名称：
可编程序矩阵控制器PMC （Programmable Matrix Controller） 可编程序顺序控制器PSC （Programmable Sequence Controller） 可编程序逻辑控制器PLC （Programmable Logic Controller） 1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式 将其命名为可编程序控制器（Programmable Controller），简称 PC。