可编程培训课程资料.docx

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可编程培训课程资料

可编程控制器原理及应用

一、可编程控制器的定义

1、可编程控制器的名称演变

1969年时被称为可编程逻辑控制器，简称PLC（ProgrammableLogicController）。

70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，称其为可编程控制器，简称PC（ProgrammableController）。

但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的

缩写。

2、可编程控制器定义

（1987年国际电工委员会）可编程序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。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

3、可编程控制器的产生

1968年，美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司（GM公司）提出设想。

1969年，美国数字设备公司研制出了世界上第一台PC，型号为PDP-14。

第一代：

从第一台可编程控制器诞生到70年代初期。

其特点是：

CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器；

第二代：

70年代初期到70年代末期。

其特点是：

CPU采用微处理器，存储器采用EPROM；

第三代：

70年代末期到80年代中期。

其特点是：

CPU采用8位和16位微处理器，有些还采用多微处理器结构，存储器采用EPROM、EAROM、CMOSRAM等；

第四代：

80年代中期到90年代中期。

PC全面使用8位、16位微处理芯片的位片式芯片，处理速度也达到1us/步；

第五代：

90年代中期至今。

PC使用16位和32位的微处理器芯片，有的已使用RISC芯片。

4、PLC、个人计算机、工业PC的区别

继电器控制系统的明显缺点：

体积大，可靠性低，查找故障困难，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成系统，所以接线复杂，对生产工艺变化的适应性差。

继电器控制系统的优点：

简单易懂、操作方便、价格便宜。

计算机系统的优点：

功能完备、灵活性、通用性好。

传统的继电接触控制系统，只能改变某些硬件接线，才能完成上述的两种控制方式，而可编程控制器控制系统可在不改变硬件接线的情况下，通过修改程序而实现控制顺序的变化。

二、可编程控制器的基本特点

1、灵活、实用

PC是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的，如果控制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。

2、可靠性高、抗干扰能力强

平均无故障时间一般可达3～5万小时。

PC采用的是微电子技术，大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的，因此不会出现继电器控制系统中的接线老化、脱焊、触点电弧等现象。

此外，PC还采取了以下主要措施来提高其可靠性：

1）硬件措施：

对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，均采用严格措施进行屏蔽，以防外界干扰；

2）软件措施：

监控程序定期地监测外界环境；死循环报警；停电时利用后备电池供电。

“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”

3、编程简单、使用方便

用微机实现控制，使用的是汇编语言，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。

而PC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。

4、接线简单

5、功能强

6、体积小、重量轻、易于实现自动化

三、可编程控制器的发展趋势

1．向高速度、大存储容量方向发展

CPU处理速度进一步加快：

使用64bitRISC芯片，多CPU并行、分时、分任务处理，这样可使速度达到ns级。

大中型PC的扫描速度可达0.2ms/K步左右。

例如:

GE公司90系列331、771等为0.4ms／K步，欧姆龙公司C1000H、C2000H为0.4ms／K步，三菱公司A3N、A3H为0.2ms／K步，A3A高达0.15ms／K步。

存储容量进一步扩大：

目前大型PC是几百K字节，最高可达几兆字节。

例如:

A-B公司PLC-3的程序存储容量为2M字节，西门子公司的S5-155U为2M字节

2．控制系统将分散化

分散控制、集中管理的原则。

3．可靠性进一步提高

随着PC进入过程控制领域，对可靠性的要求进一步提高。

硬件冗余的容错技术将进一步应用。

4．控制与管理功能一体化

PC将广泛采用计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使PC系统的生产控制功能和信息管理功能融为一体。

四、可编程控制器的应用领域

1、开关量逻辑控制

取代常规中间继电器、时间继电器和定时器、计数器等功能

2、模拟量闭环控制

PC具有A/D、D/A转换及算术运算等功能，因此可以实现模拟量控制。

3、数据量的智能控制

利用PC能接受和输出高速脉冲的功能，在配备了相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺服装置（如环型分配器、功放、步进电机）就能实现数字量的智能控制。

4、数据采集与监控

利用PC自检信号多的特点实现自诊断的式的监控，减少系统的故障，提高累计平均无故障运行时间，同时可减低故障修复时间，提高系统的可靠性。

5、通讯联网与集算散控制

利用PC的强大的通信联网功能，把PC分布到控制现场，并实现各站间的通信，上、下层间的通信，达到分散控制、集中管理，即构成了现在的PCS系统。

五、可编程控制器的组成

（一）硬件构成

1、中央处理单元（CPU）

（1）诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。

（2）采集现场的状态或数据，并送入PLC的寄存器中。

（3）逐条读取指令，完成各种运算和操作。

（4）将处理结果送至输出端。

（5）响应各种外部设备的工作请求。

2、存储器（ROM/RAM）

（1）系统程序存储器（ROM）

用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据，PLC出厂前已将其固化在只读存储器ROM或PROM中，用户不能更改。

（2）用户存储器（RAM）

包括用户程序存储区和工作数据存储区。

这类存储器一般由低功耗的CMOS-RAM构成，其中的存储内容可读出并更改。

掉电会丢失存储的内容，一般用锂电池来保持。

注意：

PLC产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的

3、可编程控制器输入端口电路

开关量输入接口电路：

采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。

PLC的输入接口电路（直流输入型）

4、可编程控制器输出接口电路

开关量输出接口电路：

采用光电耦合电路，将CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。

有三种类型：

第一：

继电器输出型：

为有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路。

第二：

晶闸管输出型：

为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载。

第三：

晶体管输出型：

为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。

5、模拟量接口电路

（1）模拟量输入接口：

把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合PLC内部处理的有若干位二进制数字表示的信号标准

的模拟量信号：

电流信号：

4~20mA电压信号：

1~10V

（2）模拟量输出接口：

将PLC运算处理的若干位数字量信号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制

的要求信号

（3）智能输入输出接口：

自带CPU，由专门的处理能力，与主CPU配合共同完成控制任务，可减轻主CPU工作负担，又可提高系统的工作效率

6、电源

PLC的电源是指将外部输入的交流电处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。

许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备（传感器）提供标准电源。

7、编程器

编程器：

专用的手持式、台式；电脑+编程软件。

作用：

编程，调试，监控

二、可编程控制器的分类

按硬件的结构类型分类：

整体式、模块式、叠装式。

按I/O点数的多少分类：

小型PLC、中型PLC、大型PLC

一、可编程控制器是如何工作的？

继电器控制系统：

硬逻辑并行运行的方式

计算机控制系统：

采用等待命令的工作方式，如键盘扫描方式或I/O扫描方式

可编程控制器控制系统：

循环扫描工作方式，即系统工作任务管理及应用程序执行都是按循环扫描方式完成的

二、可编程控制器工作原理

可编程控制器在开机后，完成内部处理、通信处理、输入刷新、程序执行、输出刷新五个工作阶段，称为一个扫描周期。

完成一次扫描后，又重新执行上述过程，可编程控制器这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。

1、信号传递过程（从输入到输出）

最终输出刷新：

将输出映像寄存器的状态写入输出锁存电路，再经输出电路传递输出端子，从而控制外接器件动作。

2、扫描周期和I/O滞后时间

可编程控制器在运行工作状态时，执行一次扫描操作所需要的时间称为扫描周期。

其典型值为1~100ms。

I/O滞后时间又称为系统响应时间，是指可编程控制器外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的间隔。

I/O滞后现象的原因

（1）输入滤波器有时间常数

（2）输出继电器有机械滞后

（3）PC循环操作时，进行公共处理、I/O刷新和执行用户程序等产生扫描周期

（4）程序语句的安排，也影响响应时间

三、可编程控制器的系统配置

1、FX2N系列可编程控制器型号格式如下：

M：

基本单元

E：

输入输出混合扩展单元与扩展模块

EX：

输入专用扩展模块

EY：

输出专用扩展模块

R：

继电器输出

S：

晶体管输出

T：

晶闸管输出

2、FX2N系列可编程控制器系统配置

FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程控制器。

它的基本指令执行时间高达0.08s，远远超过了很多大型可编程控制器。

用户存储器容量可扩展到16K步，最大可以扩展到256个I/O点，有5种模拟量输入/输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、4种位置控制模块、多种RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板，使用特殊功能模块和功能扩展板，可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。

3、可编程控制器的技术性能指标

输入/输出点数、存储容量、扫描速度、指令系统、可扩展性、通信功能