第5章可编程序控制器及其工作原理修改后.ppt

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第五章第五章可编程序控制器可编程序控制器及其工作原理及其工作原理本章主要内容本章主要内容：

第六节可编程序控制器的主要性能指标第六节可编程序控制器的主要性能指标第五节可编程序控制器的工作原理第五节可编程序控制器的工作原理第四节可编程序控制器的软件组成第四节可编程序控制器的软件组成第三节可编程序控制器的硬件组成第三节可编程序控制器的硬件组成第二节第二节PLC控制与继电器控制的比较控制与继电器控制的比较第一节第一节可编程序控制器概述可编程序控制器概述第一节第一节可编程序控制器概述可编程序控制器概述一、可编程序控制器的产生与发展一、可编程序控制器的产生与发展

（一）可编程序控制器的产生

（一）可编程序控制器的产生

（二）可编程序控制器的发展

（二）可编程序控制器的发展20世纪世纪20年代出现了继电接触器控制系统，在工业控年代出现了继电接触器控制系统，在工业控制中一直占有主导地位。

但也存在着设备体积大、动制中一直占有主导地位。

但也存在着设备体积大、动作速度慢、功能少作速度慢、功能少而固定、可靠性差、难于实现较而固定、可靠性差、难于实现较复杂的控制的缺点。

特别是由于它是靠硬连线逻辑构复杂的控制的缺点。

特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系成的系统，接线繁杂，当生产工艺改变时，原有的接统，接线繁杂，当生产工艺改变时，原有的接线和控制盘就要更换，缺乏通用性和灵活性。

线和控制盘就要更换，缺乏通用性和灵活性。

1968年美国最大的汽车制造商年美国最大的汽车制造商美国通用汽车公司美国通用汽车公司（GM）公开招标公开招标,从用户角度提出了新从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，引起了开一代控制器应具备的十大条件，引起了开发热潮。

这十大条件中比较主要的是：

编程方便，可现场修改发热潮。

这十大条件中比较主要的是：

编程方便，可现场修改程序；维修方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制装程序；维修方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制装置；体积小于继电器控制盘；数据可直接送入管理计算机；成置；体积小于继电器控制盘；数据可直接送入管理计算机；成本可与继电器控制盘竞争；扩展时原系统改变最本可与继电器控制盘竞争；扩展时原系统改变最少。

这些要求少。

这些要求实际上提出了将继电接触器的简单易懂、使用方便、价格低的实际上提出了将继电接触器的简单易懂、使用方便、价格低的优点，与计算机的功能完善、通用性、灵活性好的优点结合起优点，与计算机的功能完善、通用性、灵活性好的优点结合起来，将继电接触器控制的硬连线逻辑变为计算来，将继电接触器控制的硬连线逻辑变为计算机的软件逻辑机的软件逻辑编程的设想，采取程序修改方式改变控制功能，这是从接线逻编程的设想，采取程序修改方式改变控制功能，这是从接线逻辑向存储逻辑进步的重要标志，是由接线程序控制向存储程序辑向存储逻辑进步的重要标志，是由接线程序控制向存储程序控制的转变。

控制的转变。

1969年，年，美国数字设备公司美国数字设备公司（DEC）研制出了第一台可研制出了第一台可编程序控制器编程序控制器PDP-14，并在，并在GM公司汽车生产线上试公司汽车生产线上试用成功，并取得了满意的效果，可编程序控制器由此用成功，并取得了满意的效果，可编程序控制器由此诞生。

诞生。

国外工业界在国外工业界在1980年正式命名为可编程序控制器年正式命名为可编程序控制器（ProgrammableLogicController），缩写为，缩写为PC。

但由。

但由于他和个人计算机于他和个人计算机（PersonalComputer）的简称容易的简称容易混淆，仍把可编程序控制器缩写为混淆，仍把可编程序控制器缩写为PLC。

二、可编程序控制器的用途与特点二、可编程序控制器的用途与特点

（一）可编程序控制器的用途

（一）可编程序控制器的用途PLC的应用通常可分为五种类型：

的应用通常可分为五种类型：

顺序控制顺序控制运动控制运动控制闭环过程控制闭环过程控制数据处理数据处理通信和联网通信和联网

（二）可编程序控制器的特点

（二）可编程序控制器的特点抗干扰能力强，可靠性高抗干扰能力强，可靠性高控制系统结构简单、通用性强、应用灵活控制系统结构简单、通用性强、应用灵活编程方便，易于使用编程方便，易于使用功能完善，扩展能力强功能完善，扩展能力强PLC控制系统设计、安装、调试方便控制系统设计、安装、调试方便维修方便，维修工作量小维修方便，维修工作量小PLC具有完善的自诊具有完善的自诊断，履历情报存储及监视功能。

断，履历情报存储及监视功能。

体积小、重量轻，易于实现机电一体化体积小、重量轻，易于实现机电一体化。

三、可编程序控制器的分类三、可编程序控制器的分类

（一）按

（一）按IO点数容量分类点数容量分类1小型机小型机其输入、输出总点数在其输入、输出总点数在256点以下，用户程序存储点以下，用户程序存储器容量在器容量在4K字以下字以下2中型机中型机中型机中型机PLC的输入、输出总点数在的输入、输出总点数在2562048点之间，点之间，用户程序存储器容量达到用户程序存储器容量达到28K字。

字。

3大型机大型机输入、输出总点数在输入、输出总点数在2048点以上，用户程序存储器点以上，用户程序存储器容量达到容量达到816K字字

（二）按结构形式分

（二）按结构形式分1整体式结构整体式结构整体式结构的整体式结构的PLC是将中央处理单元是将中央处理单元（CPU）、存储器、存储器、输人单元、输出单元、电源、通信端口、输人单元、输出单元、电源、通信端口、IO扩展扩展端口等组装在一个箱体内构成主机。

另外还有独立端口等组装在一个箱体内构成主机。

另外还有独立的的IO扩展单元等通过扩展电缆与主机上的扩展端扩展单元等通过扩展电缆与主机上的扩展端口相连，以构成口相连，以构成PLC不同配置与主机配合使用。

整不同配置与主机配合使用。

整体式结构的体式结构的PLC结构紧凑、体积小、成本低、安装结构紧凑、体积小、成本低、安装方便。

小型机常采用这种结构。

方便。

小型机常采用这种结构。

整体式整体式PLC组成示意图组成示意图2组合式结构组合式结构组合式结构这种结构的组合式结构这种结构的PLC是将是将CPU、输入单元、输入单元、输出单元、电源单元、智能输出单元、电源单元、智能IO单元、通信单元等单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块可以插在带分别做成相应的电路板或模块，各模块可以插在带有总线的底板上。

装有有总线的底板上。

装有CPU的模块称为的模块称为CPU模块，模块，其他称为扩展模块。

组合式的特点是配置灵活，输其他称为扩展模块。

组合式的特点是配置灵活，输入接点、输出接点的数量可以自由选择，各种功能入接点、输出接点的数量可以自由选择，各种功能模块可以依需要灵活配置。

大、中型模块可以依需要灵活配置。

大、中型PLC常用组合常用组合式结构。

式结构。

组合式组合式PLC组成示意图组成示意图继电器控制为继电器控制为接线接线程序控制，它是由分立元件程序控制，它是由分立元件（继电器、继电器、接触器、电子元件等接触器、电子元件等）用导线连接起来加以实现的。

它用导线连接起来加以实现的。

它的程序就在的程序就在接线接线之中。

对于控制程序的修改必须通过之中。

对于控制程序的修改必须通过改变接线来实现。

改变接线来实现。

PLC控制为控制为存储程序存储程序控制，其工作程序存放在存储器控制，其工作程序存放在存储器中，系统要完成的控制任务是通过存储器中的中，系统要完成的控制任务是通过存储器中的程序程序来来实现的。

其程序是由程序语言来表达的。

控制程序的实现的。

其程序是由程序语言来表达的。

控制程序的修改不需要改变修改不需要改变PLC的内接线的内接线（即硬件即硬件），只要通过编，只要通过编程器来改变存储器中某些语句的内容就可实现。

程器来改变存储器中某些语句的内容就可实现。

第二节第二节PLC控制与继电器控制的比较控制与继电器控制的比较一、系统框图的比较一、系统框图的比较继继电电器器控控制制系系统统框框图图PLC控控制制系系统统框框图图可以看出，可以看出，PLC控制系统的输入、输出部分与传统的控制系统的输入、输出部分与传统的继电器控制系统基本相同，其差别仅在于其继电器控制系统基本相同，其差别仅在于其控制部分控制部分。

继电器控制系统继电器控制系统是用硬接线将许多继电器按一定方式是用硬接线将许多继电器按一定方式连接起来完成逻辑功能，所以其逻辑功能不能灵活改连接起来完成逻辑功能，所以其逻辑功能不能灵活改变，并且接线复杂，故障点多。

变，并且接线复杂，故障点多。

而而PLC控制系统控制系统是通是通过存放在存储器中的用户程序来完成控制功能，由用过存放在存储器中的用户程序来完成控制功能，由用户程序代替了继电器控制电路，使其不仅能实现逻辑户程序代替了继电器控制电路，使其不仅能实现逻辑运算，还具有数值运算及过程控制等复杂控制功能。

运算，还具有数值运算及过程控制等复杂控制功能。

由于由于PLC采用软件实现控制功能，因此可以灵活、方采用软件实现控制功能，因此可以灵活、方便的通过用户程序的改变来实现控制功能的改变。

便的通过用户程序的改变来实现控制功能的改变。

接触器控制电动机单向旋转控制电路接触器控制电动机单向旋转控制电路二、二、PLC的等效电路图的等效电路图PLC控制系统等效电路图控制系统等效电路图PLC的等效电路由三部分组成：

的等效电路由三部分组成：

收集被控设备收集被控设备（开关、按钮、传感器等开关、按钮、传感器等）的信息或操作命令的输入部分；运算、处理来自输入部分信息的内部的信息或操作命令的输入部分；运算、处理来自输入部分信息的内部控制电路；驱动外部负载的输出部分。

控制电路；驱动外部负载的输出部分。

图中的继电器不是实际的继电器，它实质上是存储器图中的继电器不是实际的继电器，它实质上是存储器中的每一位触发器。

该位触发器为中的每一位触发器。

该位触发器为1态，相当于继电器态，相当于继电器接通；该位触发器为接通；该位触发器为0态，相当于该继电器断开。

因此，态，相当于该继电器断开。

因此，这些继电器在这些继电器在PLC中也称软继电器。

中也称软继电器。

第三节第三节可编程序控制器的硬件组成可编程序控制器的硬件组成一、中央处理器（一、中央处理器（CPU）二、存储器二、存储器三、输入、输出接口三、输入、输出接口输入、输出接口是输入、输出接口是PLC与外界连接的接口。

与外界连接的接口。

输入接口输入接口用来接收和采集两种类型的输入信号，一类是用来接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开由按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等的关、光电开关、数字拨码开关等的开关量输入信号开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器等传来另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器等传来的的模拟量输入信号模拟量输入信号。

输出接口输出接口用来连接被控对象中各种执行元件，如接触器、用来连接被控对象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量模拟量）、调速装置、调速装置（模拟模拟量量）等。

等。

输入、输出接口有数字量输入、输出接口有数字量（包括开关量包括开关量）输入、输出和输入、输出和模拟量输入、输出两种形式。

数字量输入、输出接口模拟量输入、输出两种形式。

数字量输入、输出接口的作用是将外部控制现场的数字信号与的作用是将外部控制现场的数字信号与PLC内部信号内部信号的电平相互转换；而模拟量输入、输出接口作用是将的电平相互转换；而模拟量输入、输出接口作用是将外部控制现场的模拟信号与外部控制现场的模拟信号与PLC内部的数字信号相互内部的数字信号相互转换。

输入、输出接口一般都具有转换。

输入、输出接口一般都具有光电隔离光电隔离和和滤波滤波，其作用是把其作用是把PLC与外部电路隔离开，以提高与外部电路隔离开，以提高PLC的抗的抗干扰能力。

干扰能力。

通常通常PLC的开关量输入接口按使用的电源不同有三种类型：

的开关量输入接口按使用的电源不同有三种类型：

直直流流1224V输入接口；交流输入接口；交流100120