第1章 可编程控制器的概述,本章要点 可编程控制器的产生、特点、分类与发展 可编程控制器的定义和基本含义 可编程控制器的基本组成及各部分的作用 可编程控制器的工作原理 可编程控制器的技术指标,1.1 可编程控制器的产生,用户角度提出新一代控制器应具备以下十大条件 （1）编程简单，可在现场修改程序； （2）维护方便，更好是插件式； （3）可靠性高于继电器控制柜； （4）体积小于继电器控制柜； （5）可将数据直接送入管理计算机； （6）在成本上可与继电器控制柜竞争； （7）输入可以是交流115V（即用美国的电网电压）； （8）输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀； （9）在扩展时，原有系统只需要很小的变更； （10）用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。 ：,1.2 可编程控制器的定义,可编程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。他采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”,1.3 可编程控制器的基本组成,1.3.1 控制组件,可编程控制器主要由CPU、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、编程装置、电源等组成。连接文件夹第一章图1.doc 1. CPU单元 :CPU是可编程控制器的控制中枢，相当于人的大脑。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成 2. 存储器 :可编程控制器的存储器由只读存储器ROM、随机存储器RAM和可电擦写的存储器EEPROM三大部分构成，主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据.,3. I/O单元及I/O扩展接口,（1）I/O单元:可分为模拟量I/O单元、数字量I/O单元两大类。根据输入单元形式的不同，可分为基本I/O单元、扩展I/O单元两大类 （2）I/O扩展接口 ：可编程控制器利用I/O扩展接口使I/O扩展单元与PLC的基本单元实现连接，当基本I/O单元的输入或输出点数不够使用时，可以用I/O扩展单元来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子,4. 外设接口,外设接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能通过外设接口组成PLC的控制网络。PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口与计算机连接，可以实现编程、监控、连网等功能。,5. 电源,电源单元的作用是把外部电源（220V的交流电源）转换成内部工作电压。外部连接的电源，通过PLC内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（直流5伏、正负12伏、24伏），并为外部输入元件（如接近开关）提供24V直流电源（仅供输入端点使用），而驱动PLC负载的电源由用户提供。,1.3.2 输入输出接口电路,1. 输入接口电路,如图1-2所示连接文件夹第一章图11.doc，输入接口电路提高抗干扰能力的方法主要有 （1）利用光电耦合器提高抗干扰能力 （2）利用滤波电路提高抗干扰能力,2. 输出接口电路,（1）小型继电器输出形式，如图1-3所示连接文件夹第一章图12.doc （2）大功率晶体管或场效应管输出形式，如图1-4所示 连接文件夹第一章1-4.doc （3）双向晶闸管输出形式，如图1-5所示连接文件夹第一章图13.doc,3. I/O电路的常见问题,1、当该电流值大于1.3mA时，就可能引起PLC输入电路发生误动作。 2、应在输出回路串联保险丝，避免负载电流过大，会损坏输出元件或电路板 3、晶体管、双向晶闸管型输出端子漏电流和残余电压的存在 4、感性负载断电时产生很高的反电势,1.3.3 编程器,编程器是PLC的重要外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态 常见的给PLC编程的装置有手持式编程器和计算机编程方式,1.4 可编程控制器的工作原理及主要技术指标,1.4.1 可编程控制器的工作原理,PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描，并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的,扫描周期主要可分为,（1）读输入阶段 每次扫描周期的开始，先读取输入点的当前值，然后写到输入映像寄存器区域。 （2）执行程序阶段。 用户程序执行阶段，PLC按照梯形图的顺序，自左而右，自上而下的逐行扫描， （3）处理通信请求阶段 （4）执行CPU自诊断测试阶段。 （5）写输出阶段,1.4.2 可编程控制器主要技术指标,1. 输入/输出点数,可编程控制器的I/O点数指外部输入、输出端子数量的总和。它是描述的PLC大小的一个重要的参数。,2. 存储容量,PLC的存储器由系统程序存储器，用户程序存储器和数据存储器三部分组成。PLC存储容量通常指用户程序存储器和数据存储器容量之和，表征系统提供给用户的可用资源，是系统性能的一项重要技术指标。,3. 扫描速度,可编程控制器采用循环扫描方式工作，完成1次扫描所需的时间叫做扫描周期。影响扫描速度的主要因素有用户程序的长度和PLC产品的类型。PLC中CPU的类型、机器字长等直接影响PLC运算精度和运行速度,4. 指令系统,指令系统是指PLC所有指令的总和。可编程控制器的编程指令越多，软件功能就越强，但掌握应用也相对较复杂。用户应根据实际控制要求选择合适指令功能的可编程控制器。,5. 通信功能,通信有PLC之间的通信和PLC与其他设备之间的通信。通信主要涉及通信模块，通信接口，通信协议和通信指令等内容。PLC的组网和通信能力也已成为PLC产品水平的重要衡量指标之一。,1.5 可编程控制器的分类、特点、应用及发展,1.5.1 可编程控制器的分类,1. 按I/O点数和功能分类：由I/O点数的多少可将PLC的I/O点数分成小型、中型和大型 2. 按结构形式分类 ：PLC可分为整体式结构和模块式结构两大类,1.5.2 可编程控制器的特点,可编程控制器的特点 （1）编程简单，使用方便 （2）控制灵活，程序可变，具有很好的柔性 （3）功能强，扩充方便，性能价格比高 （4）控制系统设计及施工的工作量少，维修方便 （5）可靠性高，抗干扰能力强 （6）体积小、重量轻、能耗低，是“机电一体化”特有的产品 2. 可编程控制器PLC与个人计算机PC的主要差异 3. PLC与继电器控制的区别,1.5.3 可编程控制器的应用,1. 逻辑控制,可编程序控制器具有“与”、“或”、“非”等逻辑运算的能力，可以实现逻辑运算，用触点和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制，定时控制与顺序逻辑控制,2. 运动控制,可编程序控制器使用专用的运动控制模块，或灵活运用指令，使运动控制与顺序控制功能有机地结合在一起,3. 过程控制,可编程序控制器可以接收温度、压力、流量等连续变化的模拟量，通过模拟量I/0模块，实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换和D/A转换，并对被控模拟量实行闭环PID（比例-积分-微分）控制,4. 数据处理,可编程序控制器具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。,5. 构建网络控制,可编程序控制器的通信包括主机与远程I/0之间的通信、多台可编程序控制器之间的通信、可编程序控制器和其他智能控制设备(如计算机、变频器)之间的通信。可编程序控制器与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。,1.5.4 可编程控制器的发展,1. 向高集成、高性能、高速度，大容量发展 2. 向普及化方向发展 3. 向模块化、智能化发展 4. 向软件化发展 5. 向通信网络化发展”,1.6 习题,1. 简述可编程序控制器的定义。 2. 可编程控制器的基本组成有哪些？ 3. 输入接口电路有哪几种形式？输出接口电路有哪几种形式？各有何特点？ 4. PLC的工作原理是什么？工作过程分哪几个阶段？ 5. PLC的工作方式有几种？如何改变PLC的工作方式？ 6. 可编程序控制器有哪些主要特点? 7. 与一般的计算机控制系统相比可编程序控制器有哪些优点? 8. 与继电器控制系统相比可编程序控制器有哪些优点? 9. 可编程序控制器可以用在哪些领域?,