可編程控制器原理及應(yīng)用什么是可編程控制器（PLC）？P：Programmable可編程L：Logic邏輯C：Controller控制器名稱規(guī)定：可編程控制器可編程序控制器個人計算機(jī)可編程邏輯控制器本門課中使用ProgrammableControllerPersonalComputerProgrammableLogicControllerPLC為什么要學(xué)習(xí)PLC？簡單易學(xué)、上手快。普通工人經(jīng)過短期培訓(xùn)就能夠?qū)W會應(yīng)用。PLC實用性高、應(yīng)用廣泛。PLC已經(jīng)成為工業(yè)各相關(guān)領(lǐng)域中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的控制設(shè)備。與就業(yè)緊密結(jié)合。“會PLC者優(yōu)先”學(xué)習(xí)PLC的目標(biāo)？掌握PLC的組成及工作原理，熟悉PLC的指令系統(tǒng)，掌握PLC的各種功能。具備PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計、軟件編程和調(diào)試的基本能力，為走向工作崗位練就一身本領(lǐng)。懂原理會分析能維護(hù)會簡單設(shè)計本學(xué)期學(xué)習(xí)PLC的三個層次知識與技能掌握CP1H系列PLC的功能和應(yīng)用過程與方法掌握通過PLC相關(guān)手冊學(xué)習(xí)的方法情感與態(tài)度培養(yǎng)面向工程的態(tài)度如何學(xué)習(xí)PLC？以教材為主線，適當(dāng)擴(kuò)展以O(shè)MRON為實例，舉一反三以實際應(yīng)用為目的，理論與實踐相結(jié)合激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，課后瀏覽工業(yè)控制相關(guān)網(wǎng)站，開拓視野，了解行業(yè)發(fā)展情況http://

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第1章可編程控制器基礎(chǔ)1.1PLC的基本概念1.2PLC的特點與發(fā)展趨勢1.3PLC的基本結(jié)構(gòu)與類型1.4PLC的工作原理與性能指標(biāo)1.1可編程控制器的基本概念計算機(jī)技術(shù)與繼電器邏輯控制概念相結(jié)合的一種新型控制器。以微處理機(jī)（CPU）為核心，用作數(shù)字控制的專用計算機(jī)。20世紀(jì)20年代繼電器接觸器控制優(yōu)點：簡單、方便、便宜接觸器電動機(jī)按鈕電源空氣開關(guān)熱繼電器熔斷器L1L2L3繼電器接觸器控制的缺點：體積大速度慢功能單一硬件接線邏輯、接線復(fù)雜通用性和靈活性較差可編程控制器的產(chǎn)生源于繼電器邏輯電路配線復(fù)雜什么時間？誰提出要造PLC？1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM公司）為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，期望找到一種新的方向，盡可能減少重新設(shè)計繼電控制系統(tǒng)和重新接線的工作，以降低成本、縮短周期。GM公司提出了十項招標(biāo)指標(biāo)，即：（1）編程方便，現(xiàn)場可修改程序；（2）維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；（3）可靠性高于繼電器控制裝置；（4）體積小于繼電器控制裝置，能耗較低；（5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機(jī)，便于監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；（6）成本可與繼電器控制裝置競爭；（7）可直接用115V交流輸入；（8）輸出為115V，2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥、接觸器等；（9）通用性強(qiáng)，易于擴(kuò)展；（10）用戶程序存儲器容量可擴(kuò)展到4KB。GM10條的核心要求：采用軟件代替硬件接線。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC公司）研制出了第一臺可編程序邏輯控制器（PLC）。1971年，日本引進(jìn)美國技術(shù)1973年，西歐國家研制成功以上形成了市場上PLC的三大流派。我國1974年開始仿制，1977年研制出第一臺具有實用價值的PLC。國際電工委員會（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿中對可編程控制器定義如下：

可編程控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計數(shù)字式電子系統(tǒng)。它采用了可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。PLC發(fā)展歷程經(jīng)歷了四個階段：第一代邏輯控制、定時計數(shù)崛起階段第二代數(shù)據(jù)處理、模擬量控制成熟階段第三代數(shù)據(jù)通信、工控網(wǎng)絡(luò)通信階段第四代高性能、多功能系統(tǒng)階段PLC制造商日本OMRON（歐姆龍）公司、MITSUBISHI（三菱）公司。德國的SIEMENS（西門子）公司。法國的SCHNEIDER（施奈德）公司。美國的Rockwell（羅克韋爾）公司（包括AB公司產(chǎn)品）。西門子系列PLCGE系列PLCAB系列PLCLG系列PLC三菱系列PLC歐姆龍系列PLC1.2可編程控制器的特點與發(fā)展趨勢1.2.1可編程控制器的特點應(yīng)用簡便可靠性高環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)功能完善成熟的工控網(wǎng)絡(luò)體系1.2.2可編程控制器的發(fā)展趨勢更快的處理速度、多CPU結(jié)構(gòu)和容錯系統(tǒng)編程語言與工具日趨標(biāo)準(zhǔn)化和高級化強(qiáng)化PLC的聯(lián)網(wǎng)通信能力記憶容量大、適用性強(qiáng)向小型化、高機(jī)能的整體型發(fā)展1.3可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和類型1.3.1可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)上位計算機(jī)PLC可編程終端PT（觸摸屏）輸出設(shè)備輸入設(shè)備

IO擴(kuò)展單元特殊功能單元輸出單元輸入單元

電源外設(shè)接口擴(kuò)展口存儲器

系統(tǒng)程序存儲器CPU

用戶程序存儲器編程器…1.中央處理機(jī)大腦CPU+存儲器中央處理器（CPU）從存儲器中讀取指令執(zhí)行指令準(zhǔn)備取下一條指令存儲器（Memory）用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量等ROM系統(tǒng)程序EEPROM、FLASHRAM用戶程序、變量專用電池電源PLC電源：DC24V、AC220V輸出電源：DC24V后備電源：RAM、鋰電池設(shè)備電源：DC24V、AC220V等輸入輸出部分PLC與被控設(shè)備相連接的接口電路。輸入接口電路將輸入信號轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收處理的信號。輸入設(shè)備：限位開關(guān)、操作按鈕、行程開關(guān)以及一些其他傳感器。光耦合電路輸入接口電路輸出接口電路將CPU送出的微弱控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出。輸出設(shè)備指示燈、電磁閥、接觸器等執(zhí)行元件。輸出接口電路功率放大電路繼電器、晶閘管、晶體管編程方式專用編程器手持編程器編程軟件PLC適配器顯示屏工作方式選擇開關(guān)編程位主機(jī)監(jiān)控位運(yùn)行位編程器直插式編程器PLC與編程器的連接1.3.2可編程控制器的類型按I/O點數(shù)、存儲容量和功能分類超小型小型中型大型超大型按結(jié)構(gòu)形式分類整體式結(jié)構(gòu)將CPU、存儲器、I/O點、電源等硬件都裝在一個機(jī)殼內(nèi)的PLC。模塊式結(jié)構(gòu)將PLC各部分分成若干個單獨(dú)的模塊。1.4可編程控制器的工作原理與性能指標(biāo)1.4.1可編程控制器的工作原理1.可編程控制器的等效電路繼電器控制邏輯“與”串聯(lián)“或”并聯(lián)“非”常閉觸點KMFUFRM3~QFUSB2SB1KMKM主電路控制電路SB1按下KM得電SB2按下KM失電KMFUFR

M3~

QPLC~SB1SB2KM000000000110000COMCOM軟接線主電路PLC控制電路SB1閉合KM得電SB2閉合KM失電USB接觸器電動機(jī)按鈕電源空氣開關(guān)熱繼電器熔斷器直流電源L1L2L3N等效電路圖輸入部分用戶程序輸出部分PLC00000010000000110000SB1SB2~KM10000COM0000000001COM00000≈00001輸入端子軟觸點軟線圈輸出端子~KM線圈通電SB1閉合00000閉合接點閉合KMFUFR

M3~QKM通電KM通電觸點閉合電動機(jī)轉(zhuǎn)觸點閉合PLCCOM000000000000001≈00000010000000110000COM1000000001SB2PLC~SB1SB2KM000000000110000COMCOM相同點：PLC梯形圖與繼電器控制電路的符號基本類似，結(jié)構(gòu)基本相同，反映的輸入、輸出邏輯關(guān)系基本一致。000000100010000PLC控制00001SB2KMKM繼電器控制SB1線圈線圈常開觸點常開觸點常閉觸點常閉觸點PLC控制與繼電器控制比較不同點：繼電器控制PLC控制（1）組成器件硬件繼電器“軟繼電器”（2）觸點情況數(shù)量、壽命限制不限（3）工作電流實際電流“能流”（4）接線方式復(fù)雜簡單（5）工作方式并行循環(huán)掃描2.可編程控制器的工作方式循環(huán)掃描：周而復(fù)始地進(jìn)行掃描工作。（1）輸入采樣階段讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，存入輸入映像寄存器區(qū)（存儲器輸入暫存區(qū)）中相應(yīng)的單元。（2）用戶程序執(zhí)行階段從梯形圖的第一個梯級開始自上而下、從左向右依次掃描用戶程序。（3）輸出刷新階段將輸出映像寄存器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳送到輸出所存器，再經(jīng)輸出電路的隔離和功率放大，轉(zhuǎn)換成適用于被控裝置接收的電壓、電流或脈沖信號驅(qū)動各種執(zhí)行器。輸入采樣階段

用戶程序執(zhí)行階段輸出刷新階段設(shè)置各異常繼電器異常：(ERR/ALM)LED燈亮警告：(ERR/ALM)LED閃爍異常或警告？無有異常檢查結(jié)果正常？掃描周期監(jiān)視時間預(yù)置執(zhí)行用戶程序程序結(jié)束？(END命令？)NoYes掃描周期固定值設(shè)定檢查有固定值設(shè)置？等待設(shè)定掃描周期到計算掃描周期

I/O刷新正常異常警告接通電源初始化I/O外設(shè)端口服務(wù)初始化I/O、內(nèi)部輔助、特殊輔助、輔助記憶繼電器區(qū)域清零定時器預(yù)置識別擴(kuò)展單元公共處理執(zhí)行用戶程序掃描周期計算處理刷新硬件、用戶程序內(nèi)存檢查外設(shè)端口服務(wù)循環(huán)掃描工作流程PLC接通電源

初始化硬件檢查正常？異常報警異常處理掃描周期監(jiān)視執(zhí)行用戶程序程序結(jié)束？掃描周期檢查有固定設(shè)置？等待掃描周期計算I/O刷新外設(shè)端口服務(wù)異常

公共處理

執(zhí)行用戶程序掃描周期計算新刷務(wù)外設(shè)服3.掃描周期PLC執(zhí)行一次掃描的時間。PLC的重要技術(shù)指標(biāo)。WDT看門狗定時器超時錯誤分析設(shè)計程序時要有掃描周期的概念！5.I/O響應(yīng)時間（1）I/O信號的傳遞過程讀讀讀寫寫執(zhí)行用戶程序I/O刷新I/O刷新

I/O刷新

I/O刷新1000110000000000000110000輸入端子輸入電路輸入映像寄存器輸出電路輸出端子元件映像寄存器輸出鎖存器

用戶輸出設(shè)備用戶輸入設(shè)備（2）產(chǎn)生I/O滯后現(xiàn)象的原因由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式輸入濾波器對信號的延遲作用輸出繼電器的動作延遲（繼電器輸出型）（3）最小I/O響應(yīng)時間輸入觸點輸入濾波輸出鎖存輸出觸點刷新執(zhí)行程序其他刷新執(zhí)行程序其他掃描周期(Ts)掃描周期(Ts)輸入ON延時輸出ON延時I/O響應(yīng)時間（4）最大I/O響應(yīng)時間輸入ON延時輸入觸點輸入濾波輸出鎖存輸出ON延時輸出觸點I/O響應(yīng)時間刷新執(zhí)行程序