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《PLC原理及應用》

備課筆記上海應用技術學院電子電工教研室葉真

學習PLC課程的基本要求：一、基本原理及PLC的組成

二、硬件接線，I/O口如何連接

三、擴展方法如何配置

四、應用軟件、梯形圖編程方法及應用實例

參考書籍：1.《現代電氣及可編程掌握技術》北京：航空航天高校出版社王永華主編2.《可編程序掌握器及常用掌握電器》冶金工業出版社何友華主編3.《PLC編程及應用》機械工業出版社廖常初主編4.《工廠電氣掌握技術》機械工業出版社方承遠主編5.《SIEMENSSIMATICS7-200可編程序掌握器CPU22X系統手冊》北京：西門子（中國）有限公司

緒論

可編程序掌握器——PC——以微處理器為基礎，綜合了計算機技術，自動掌握技術和通訊技術，用面對掌握過程，面對用戶的“自然語言”編程，適應工業環境，簡潔易懂，操作便利，牢靠性高的新一代通用工業掌握裝置。（見教材P5最終一段話）表示成PLC——與個人電腦PC相區分。事實上，已不再局限于規律掌握，其運算功能，接口功能都越來越強了。第一節可編程序掌握器的定義及特點一、可編程序掌握器的產生上世紀60年月，計算機技術已開頭應用于工業掌握了。但由于計算機技術本身的簡單性，編程難度高、難以適應惡劣的工業環境以及價格昂貴等緣由，未能在工業掌握中廣泛應用。當時的工業掌握，主要還是以繼電—接觸器組成掌握系統。1968年，美國最大的汽車制造商——通用汽車制造公司（GM），為適應汽車型號的不斷翻新，試圖查找一種新型的工業掌握器，以盡可能削減重新設計和更換繼電器掌握系統的硬件及接線、削減時間，降低成本。因而設想把計算機的完備功能、敏捷及通用等優點和繼電器掌握系統的簡潔易懂、操作便利、價格廉價等優點結合起來，制成一種適合于工業環境的

通用掌握裝置，并把計算機的編程方法和程序輸入方式加以簡化，用“面對掌握過程，面對對象”的“自然語言”進行編程，使不熟識計算機的人也能便利地使用。即：硬件：削減軟件：敏捷簡潔針對上述設想，通用汽車公司提出了這種新型掌握器所必需具備的十大條件：1編程簡潔，可在現場修改程序2維護便利，最好是插件式3牢靠性高于繼電器掌握柜4體積小于繼電器掌握柜5可將數據直接送入管理計算機6在成本上可與繼電器掌握柜競爭出名的“GM10條”7輸入可以是溝通115V8輸出可以是溝通115V，2A以上，可直接驅動電磁閥9在擴展時，原有系統只要很小變更10用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K字節1969年，美國數字設備公司（GEC）首先研制勝利第一臺可編程序掌握器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用勝利，從而開創了工業掌握的新局面。接著，美國MODICON公司也開發出可編程序掌握器084。1971年，日本從美國引進了這項新技術，很快研制出了日本第一臺可編程序掌握器DSC-8。1973年，西歐國家也研制出了他們的第一臺可編程序掌握器。我國從1974年開頭研制，1977年開頭工業應用。早期的可編程序掌握器是為取代繼電器掌握線路、存儲程序指令、完成挨次掌握而設計的。主要用于：1.規律運算2.計時，計數等挨次掌握，均屬開關量掌握。所以，通常稱為可編程序規律掌握器（PLC—ProgrammableLogicController）。進入70年月，隨著微電子技術的進展，PLC采納了通用微處理器，這種掌握器就不再局限于當時的規律運算了，功能不斷增加。因此，實際上應稱之為PC——可編程序掌握器。至80年月，隨大規模和超大規模集成電路等微電子技術的進展，以16位和32位微處理器構成的微機化PC得到了驚人的進展。使PC在概念、設計、性能、價格以及應用等方面都有了新的突破。不僅掌握功能增加，功耗和體積減小，成本下降，牢靠性提高，編程和故障檢測更為敏捷便利，而且隨著遠程I/O和通信網絡、數據處理以及圖象顯示的進展，使PC向用于連續生產過程掌握的方向進展，成為實現工業生產自動化的一大支柱。二、可編程序掌握器的定義可編

程序掌握器始終在進展中，所以至今尚未對其下最終的定義。國際電工學會（IEC）曾先后于1982.11；1985.1和1987.2發布了可編程序掌握器標準草案的第一，二，三稿。在第三稿中，對PLC作了如下定義：可編程序掌握器是一種數字運算操作電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采納了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行規律運算、挨次掌握、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的，模擬的輸入和輸出，掌握各種類型的機械或生產過程。可編程序掌握器及其有關的外圍設備，都應按易于與工業掌握系統形成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。（見教材P1）定義強調了PLC是：1數字運算操作的電子系統——也是一種計算機2專為在工業環境下應用而設計3面對用戶指令——編程便利4規律運算、挨次掌握、定時計算和算術操作5數字量或模擬量輸入輸出掌握6易與掌握系統聯成一體7易于擴充三、可編程序掌握器的特點為適應工業環境使用，與一般掌握裝置相比較，PC機有以下特點：1.牢靠性高，抗干擾力量強工業生產對掌握設備的牢靠性要求：①平均故障間隔時間長②故障修復時間（平均修復時間）短任何電子設備產生的故障，通常為兩種：①偶發性故障。由于外界惡劣環境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓、振動等引起的故障。這類故障，只要不引起系統部件的損壞，一旦環境條件恢復正常，系統也隨之恢復正常。但對PC而言，受外界影響后，內部存儲的信息可能被破壞。②永久性故障。由于元器件不行恢復的破壞而引起的故障。假如能限制偶發性故障的發生條件，假如能使PC在惡劣環境中不受影響或能把影響的后果限制在最小范圍，使PC在惡劣條件消逝后自動恢復正常，這樣就能提高平均故障間隔時間；假如能在PC上增加一些診斷措施和適當的愛護手段，在永久性故障消失時，能很快查出故障發生點，并將故障限制在局部，就能降低PC的平均修復時間。為此，各PC的生產廠商在硬件和軟件方面實行了多種措施，使PC除了本身具有較強的自診斷力量，能準時給出出錯信息，停止運行等待修復外，還使PC具有了很強的抗干擾力量。·硬件措施：

主要模塊均采納大規模或超大規模集成電路，大量開關動作由無觸點的電子存儲器完成，I/O系統設計有完善的通道愛護和信號調理電路。①屏蔽——對電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，采納導電、導磁良好的材料進行屏蔽，以防外界干擾。②濾波——對供電系統及輸入線路采納多種形式的濾波，如LC或π型濾波網絡，以消退或抑制高頻干擾，也減弱了各種模塊之間的相互影響。③電源調整與愛護——對微處理器這個核心部件所需的+5V電源，采納多級濾波，并用集成電壓調整器進行調整，以適應溝通電網的波動和過電壓、欠電壓的影響。④隔離——在微處理器與I/O電路之間，采納光電隔離措施，有效地隔離I/O接口與CPU之間電的聯系，削減故障和誤動作；各I/O口之間亦彼此隔離。⑤采納模塊式結構——這種結構有助于在故障狀況下短時修復。一旦查出某一模塊消失故障，能快速更換，使系統恢復正常工作；同時也有助于加快查找故障緣由。·軟件措施：有極強的自檢及愛護功能。①故障檢測——軟件定期地檢測外界環境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強干擾信號等。以便準時進行處理。②信息愛護與恢復——當偶發性故障條件消失時，不破壞PC內部的信息。一旦故障條件消逝，就可恢復正常，連續原來的程序工作。所以，PC在檢測到故障條件時，馬上把現狀態存入存儲器，軟件協作對存儲器進行封閉，禁止對存儲器的任何操作，以防存儲信息被沖掉。③設置警戒時鐘WDT（看門狗）——假如程序每循環執行時間超過了WDT規定的時間，預示了程序進入死循環，馬上報警。④加強對程序的檢查和校驗——一旦程序有錯，馬上報警，并停止執行。⑤對程序及動態數據進行電池后備——停電后，利用后備電池供電，有關狀態及信息就不會丟失。PC的出廠試驗項目中，有一項就是抗干擾試驗。它要求能承受幅值為1000V，上升時間1nS，脈沖寬度為1μS的干擾脈沖。一般，平均故障間隔時間可達幾十萬～上千萬小時；制成系統亦可達4～5萬小時甚至更長時間。2.通用性強，掌握程序可變，使用便利PLC品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿意各種要求的掌握系統，用戶不必自己再

設計和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產工藝流程轉變或生產設備更新的狀況下，不必轉變PC的硬設備，只需改編程序就可以滿意要求。因此，PC除應用于單機掌握外，在工廠自動化中也被大量采納。3.功能強，適應面廣現代PLC不僅有規律運算、計時、計數、挨次掌握等功能，還具有數字和模擬量的輸入輸出、功率驅動、通信、人機對話、自檢、記錄顯示等功能。既可掌握一臺生產機械、一條生產線，又可掌握一個生產過程。4.編程簡潔，簡單把握目前，大多數PC仍采納繼電掌握形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統掌握線路的清楚直觀，又考慮到大多數工廠企業電氣技術人員的讀圖習慣及編程水平，所以特別簡單接受和把握。梯形圖語言的編程元件的符號和表達方式與繼電器掌握電路原理圖相當接近。通過閱讀PLC的用戶手冊或短期培訓，電氣技術人員和技術工很快就能學會用梯形圖編制掌握程序。同時還供應了功能圖、語句表等編程語言。PLC在執行梯形圖程序時，用解釋程序將它翻譯成匯編語言然后執行（PC內部增加了解釋程序）。與直接執行匯編語言編寫的用戶程序相比，執行梯形圖程序的時間要長一些，但對于大多數機電掌握設備來說，是微不足道的，完全可以滿意掌握要求。5.削減了掌握系統的設計及施工的工作量由于PLC采納了軟件來取代繼電器掌握系統中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，掌握柜的設計安裝接線工作量大為削減。同時，PLC的用戶程序可以在試驗室模擬調試，更削減了現場的調試工作量。并且，由于PLC的低故障率及很強的監視功能，模塊化等等，使修理也極為便利。6.體積小、重量輕、功耗低、