1、分布式控制技術分布式控制技術 及其應用及其應用第三章 PLC邏輯控制 本章知識點 1. PLC概述 2. PLC組成 3. PLC硬件和軟件結構 4. PLC梯形圖的繪制 一、PLC概述第一節 PLC概述1. PLC發展1968年 美國GE公開招標尋找一種比繼電器更可靠，功能更齊全，響應速度更快的新型的工業控制器，并從用戶角度提出了新一代控制器應具備的十大條件，引起了開發熱潮。1969年 美國數字設備公司（DEC）制造了第一臺可編程序控制器PDP-14，并在GE汽車生產線上成功運用，可編程序控制器由此誕生。所以可編程序控制器是生產力發展的必然產物。早期的可編程序控制器只具有邏輯運算的功能，人們

2、稱之為可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller），縮寫為PLC。隨著微電子技術和集成電路的發展，特別是微處理器和微計算機的迅速發展，可編程序控制器具有了自診斷功能，可靠性有了大幅度提高。國外工藝界在1980年正式命名為可編程序控制器（Programmable Controller），縮寫為PC。為了和個人計算機(Personal Computer)區分，一般仍把可編程序控制器縮寫為PLC。 第一節 PLC概述2. PLC的用途與特點 1）PLC的用途： 順序控制運動控制閉環過程控制數據處理通信和聯網2）PLC的特點：抗干擾能力強，可靠性高； 控制系統結構簡

3、單、通用性強、應用靈活 編程方便，易于使用； 功能完善，擴展能力強； PLC控制系統設計、安裝、調試方便； 維修方便，維修工作量小 ；體積小、重量輕，易于實現機電一體化 ；第一節 PLC概述3. PLC的分類1）按I/O點數容量分類類別I/O點數用戶程序存儲器功能特點典型產品小型機256點以下4KB以下一般以開關量控制為主，某些還具有一定的通信和模擬兩處理能力價格低廉，體積小，適合于控制單臺設備，開發機電一體化產品。SIEMENS公司S7-200系列、OMRON公司CPM2A系列、MITSUBISH公司FX系列、AB SLC500系列中型機256204828KB開關量和模擬量控制；數字計算；通

4、信功能和模擬量處理指令比小型機豐富，適用于復雜的邏輯控制系統以及連續生產過程控制場合。SIEMENS公司S7-300系列、OMRON公司C200H系列、AB公司SLC500系列模塊式PLC大型機2048點以上816KB性能已經與工業控制計算機相當，具有計算、控制和調節的功能，還具有強大的網絡結構和通信聯網能力監視系統采用CRT顯示，能夠表示過程的動態流程，記錄各種曲線，PID調節參數選擇圖；配備多種只能板，構成一個多功能系統；和其他PLC或上位機相連，組成過程控制、監控系統。SIEMENS公司S7-400系列、OMRON公司CVM1和CS1系列、AB公司SLC5/05系列第一節 PLC概述2）

5、 按結構形式分 （i）整體式結構第一節 PLC概述整體式結構 整體式結構的可編程序控制器把電源、CPU、存儲器、I/O系統都集成 plc結構 在一個單元內，該單元叫做作基本單元。一個基本單元就是一臺完整的PLC。 控制點數不符合需要時，可再接擴展單元。整體式結構的特點是非常緊湊、體積小、成本低、安裝方便。（ii）組合式結構 第一節 PLC概述組合式結構 組合式結構的可編程序控制器是把PLC系統的各個組成部分按功能分成 plc組合若干個模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等等。其中各模塊功能比較單一，模塊的種類卻日趨豐富。比如，一些可編程序控制器，除了些基本的I/O模塊外，還有一些特

6、殊功能模塊，像溫度檢測模塊、位置檢測模塊、PID控制模塊、通訊模塊等等。組合式結構的PLC特點是CPU、輸入、輸出均為獨立的模塊。 模塊尺寸統一、安裝整齊、I/O點選型自由、安裝調試、擴展、維修方便。 第一節 PLC概述第一節 PLC概述4.工作原理 PLC工作工程實際上周而復始地執行讀輸入、執行程序、處理通信請求、執行CPU自診斷和寫輸出地掃描過程。1） 讀輸入掃描過程2） 執行程序3） 與網絡通信的掃描過程4） 自診斷掃描過程5） 寫輸出掃描第一節 PLC概述PLC 掃描方式工作掃描方式工作 PLC在執行程序時所使用的狀態值不是直接從實際輸入端在執行程序時所使用的狀態值不是直接從實際輸入端

7、口獲得的，而是口獲得的，而是來源于輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。來源于輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。輸入映像寄存器的狀態值取決于上一個掃描周期從輸入端輸入映像寄存器的狀態值取決于上一個掃描周期從輸入端子采樣取得的數據子采樣取得的數據。并在程序執行階段保持不變。輸出映。并在程序執行階段保持不變。輸出映像寄存器中的狀態值取決于執行程序輸出指令的結果。輸像寄存器中的狀態值取決于執行程序輸出指令的結果。輸出鎖存器中的狀態值是上一個掃描周期的刷新階段從輸出出鎖存器中的狀態值是上一個掃描周期的刷新階段從輸出映像寄存器轉入的。映像寄存器轉入的。 二、PLC組成第二節 PLC組成三、 PLC的硬件和軟件結

8、構1.硬件結構 1） 中央處理器（CPU）2） 存儲器PLC的存儲器包括系統存儲器和用戶存儲器兩部分。3） 輸入、輸出接口第三節 PLC硬件和軟件結構5） 擴展接口4） 電源電源部件的位置有多種，對于整體式結構的PLC，其通常封裝在機箱內部；對于組合式PLC，有的采用單獨電源模塊，有的將電源與CPU封裝到一個模塊中。 6） 通信接口7） 智能I/O接口： 8 編程工具：編程工具是供用戶進行程序的編制、編輯、調試和監視用的設備。最常用的是編程器。編程器有簡易型和智能型兩類：第三節 PLC硬件和軟件結構9） 智能單元10） 其他部件PLC還可配有盒式磁帶機、EPROM寫入器、存儲器卡等其他外圍設備

9、。 第三節 PLC硬件和軟件結構2.軟件結構 PLC的軟件由系統軟件系統軟件和用戶程序用戶程序兩大部分組成。系統軟件由PLC制造商固化在機內，用以控制PLC本身的運作；用戶程序則是由使用者編制并輸入的，用來控制外部對象的運作。第三節 PLC硬件和軟件結構1）系統軟件系統軟件包括三部分 系統管理程序用戶指令解釋程序標準程序模塊及系統調用程序進行運行管理 存儲空間管理 系統自檢程序 第三節 PLC硬件和軟件結構2） 用戶程序它是PLC的使用者針對具體控制對象編制的應用程序。 PLC通常提供三種編程語言：梯形圖（LAD）、指令表（STL）、順序功能流程圖（SFC）。3） PLC的程序結構廣義上的PL

10、C程序構成 用戶程序數據塊參數塊第三節 PLC硬件和軟件結構四、 I/O設備單元 I/O設備單元保證CPU與現場設備相互聯系的通道，可實現電平轉換、電氣隔離、串/并轉換、A/D與D/A轉換。輸入接口用來接收和采集兩種類型的輸入信號： 數字量按鈕、行程開關、操作開關、繼電器觸點、接近開關、編碼器這些信號輸入電路進行濾波、光電隔離、電平轉換等。 模擬量輸出接口用來連接被控對象中各種執行元件，如繼電器、電磁閥、指示燈、調節閥門（模擬量）、調速裝置（模擬量）等。第四節 I/O 設備單元1.開關量輸入單元1）直流輸入單元第四節 I/O 設備單元2）交流輸入單元第四節 I/O 設備單元3）交/直流輸入單元

11、第四節 I/O 設備單元2.開關量輸出單元 1）晶體管輸出單元 第四節 I/O 設備單元2）繼電器輸出單元第四節 I/O 設備單元D DL LK K控控制制電電流流外外部部設設備備線線圈圈鐵鐵芯芯觸觸點點銜銜鐵鐵3）晶閘管輸出單元 第四節 I/O 設備單元光電耦合隔離器的幾種類型光電耦合隔離器的幾種類型 光電耦合隔離器光電耦合隔離器 I/O的一般問題 A輸入問題（1）無源觸點輸出設備指按鈕或繼電器等物理常開、常閉觸點。有交流直流的輸入接點。 第四節 I/O 設備單元（2）三極管的截止和飽和等有源無觸點輸出設備(i) 三極管等設備有漏電流，三極管不能工作在飽和導通而處于放大狀態，只要漏電流1.3

12、mA，就能使PLC產生誤動作，所以要并聯一個電阻R。(ii) 旁路電流，IiI0R/（RRi）1.3時可計算出最大R。(iii) I0為漏電流，Ii為PLC的輸入電流。第四節 I/O 設備單元 結論有源無觸點可多次、快速使用，但易漏電流。無源觸點可驅動大負載，但使用壽命短，速度慢。第四節 I/O 設備單元B輸出問題 輸出端子的保護； 根據負載的不同電源等級，需要考慮負載匹配； 輸出開啟電流的抑制，對有些大起動電流負載，需要加串聯電阻來保護；感性負載反電勢的抑制。 第四節 I/O 設備單元3.模擬量輸入模塊（AI） 模擬量輸入模塊接受的是模擬量變送器傳遞的（420mA，15V）信號； 8通道輸入

13、，共用一個A/D轉換器，由多路選擇開關掃描切換； 模擬量值用16位二進制補碼定點數表示，最高位（15位）是符號位。第四節 I/O 設備單元 電路（模塊形式）第四節 I/O 設備單元4.模擬量輸出模塊（AO） 輸出直接驅動執行機構二通道輸出，用屏蔽電纜和雙絞線電纜傳遞，電纜線QV和S+，MANA和S-分別絞接在一起，這樣可減輕干擾的影響，應將電纜兩端屏蔽層接地。第四節 I/O 設備單元 電路第四節 I/O 設備單元五、梯形圖的設計1. Ladder編程規則1）自上而下、從左到右，每個繼電器線圈為一個邏輯行，即一 層階梯。每一個邏輯行起于左母線，然后是觸點的連接，最后終止于繼電器線圈或右母線。2）

14、一般情況下，在梯形圖中某個編號繼電器線圈只能出現一次，而繼電器觸點（常開/常閉）可重復出現。第五節 梯形圖設計3） 在一個邏輯行上，串聯觸點多的支路應放在上方，如果將串聯觸點多的支路放在下方，則語句增多，程序變長，如下圖：合理 不合理 第五節 梯形圖設計4） 在每一個邏輯行上，并聯觸點多的支路應放在左邊。如果將并聯觸點多的電路放在右邊，則語句增多，程序變長。如下圖：合理 不合理 第五節 梯形圖設計5） 不允許一個觸點上有雙向“電流”通過。 不合理 合理第五節 梯形圖設計6） 多個邏輯行都具有相同條件時，為了節省語句數量，常將這些邏輯行合并。不合理 合理第五節 梯形圖設計7）設計梯形圖時，輸入繼

15、電器的觸點狀態全部按相應的輸入設備為常開狀態進行設計更為合適，不易出錯。因此，也建議盡可能用輸入設備的常開觸點與PLC輸入端連接。 如果某些信號只能用常閉觸點輸入，可先按輸入設備全部為常開來設計，然后將梯形圖中對應的輸入繼電器觸點取反（即常開改為常閉，常閉改為常開）。第五節 梯形圖設計2.典型單元梯形圖分析 （1）起動保持和停止電路第五節 梯形圖設計I0.0起動按鈕，一按即放，I0.1為停止按鈕，Q0.0為設備的起動線圈，即將I0.0放開，由于Q0.0常開觸點已閉合，通過“旁通”（自保電路）使Q0.0一直得電，直至“停止”按鈕按下才放開。第五節 梯形圖設計（2） 電動機正反轉控制電路第五節 梯

16、形圖設計第五節 梯形圖設計第五節 梯形圖設計 無互鎖電路在正轉前提下，當反轉起動按鈕（SB3）由按下時，這時正反轉接觸器KM1，KM2線圈均閉合，其主觸頭均閉合，方式電源兩相短路，熔斷器FU1熔斷，不能正常工作。 電氣互鎖是將正反轉主接觸器常閉觸點分別串在對方得線圈電路中，起互鎖作用（正停反）。是在電氣互鎖得基礎上，再分別將正、反轉起動按鈕的輔助常閉觸頭串在對方得接觸器線圈電路中，起機械互鎖作用（正反停）。 雙重互鎖第五節 梯形圖設計外部設備如何引入PLC內部？ 設備表： 標簽表：SB2:啟動（正轉） I0.0: SB2 SB3:啟動（反轉） I0.1: SB3SB1:停止 I0.2: SB1

17、KM1:正轉接觸器 Q0.0: KM1 KM2:反轉接觸器 Q0.1: KM2 第五節 梯形圖設計PLC內部梯形圖PLC外部接線第五節 梯形圖設計（3） 延時接通/斷開電路通電延時斷開通電延時接通第五節 梯形圖設計斷電延時接通斷電延時斷開第五節 梯形圖設計延時接通/斷開電路T37、T38為通電型延時繼電器，分辨率為100ms，PT為設定值，其延時時間為：分辨率*設定值。 所以T37延時時間=90*100=9s T38延時時間=60*100=6s。 當輸入端為1時，開始計數，到延時時間，輸出為高電平。第五節 梯形圖設計（4） 定時范圍的擴展S7200最長定時時間為3276.7s，為了延長定時可以

18、進行定時擴展。 i) 定時器與定時器級聯第五節 梯形圖設計ii) 定時器與計數器配合使用第五節 梯形圖設計C4計數器：S7200有加計數器（CTU）、加/減計數器（CTUD）、減計數器（CTD）。CTU：CU為輸入，當CU自動加1，直至到達PV時，輸出為高電平，R為復位端。CTD：CU為輸入，PV為設定值，當CU為輸入脈沖時，PV值自動減1，直至0。CTD輸出為1，LD為復位端。第五節 梯形圖設計（5）閃爍電路第五節 梯形圖設計（6） 報警電路第五節 梯形圖設計故障信號I0.0接通時 Q0.0（蜂鳴器）響；同時特殊存儲器SM0.5（1s時鐘脈沖）周期性通/斷，使Q0.1也跟著周期性的通/斷，使與之相連的報警指示燈發光閃爍。待工作人員發現后，按下蜂鳴器復位按鈕I0.1，使位存儲器M0.1接通，其常開觸點閉合自鎖，另一常開觸點閉合，使Q0.1持續接通，報警指示燈停止閃爍持續發光。待故障排除后去掉故障信號使I0.0斷開，報警指示燈熄滅。第五節 梯形圖設計3.典型電路的應用（1） 電機的Y/換接啟動電動機的起動電流很大，約為額定電流的4-7倍。為了限制起動電流，鼠籠式三相異步電動機采用降壓起動方法。常用的降壓起動方法有自耦變壓器起動和星三角起動。這樣的起動方法，能使起動時電流減少到為形直接起動時的三分之一。但必須是電動機正常運轉時是接的情況下才能采用Y-起動法。第五節 梯形圖