可编程控制器原理与程序设计(第2版)[谢克明]第1章.ppt

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1、2020/8/14,1,可编程控制器 原理与程序设计,2020/8/14,2,本课程的主要内容,第章基础 第章的接线 第章的存储区分配 第章的指令系统 第章模拟量单元 第章串行通信 第章程序设计 第章编程软件 第章编程练习 第0章实验 第1章的软件仿真,2020/8/14,3,第章基础,概述 的一般结构 的工作程序 梯形图 控制系统设计 欧姆龙公司简介,2020/8/14,4,1.1.1 PLC的定义 1:可编程序控制器的产生 在PLC的发展历程中，有过几个不同的名称： 可编程序矩阵控制器PMC（Programmable Matrix Controller） 可编程序顺序控制器PSC（Prog

2、rammable Sequence Controller） 可编程序逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller） PLC的历史： 1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为 了适应生产工艺不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会 上公开招标，以期望制造一种新型的工业控制装置。,.1 概述,2020/8/14,5,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

3、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。,2020/8/14,6,1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。 1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为可编程序控制器（Programmable Controller），简称 PC。但是为了和个人计算机（个人电脑）的简称PC相区别，人们常常把可编程序控制器仍简称为PLC。,2020/8/

4、14,7,2: 可编程控制器的定义,国际电工委员会（ IEC）于 1987年对可编程序控制器作了如下的定义：“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命令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计”。 简言之，PLC就是以嵌入式CPU为核心，配以输入、输出等模块，可以方便地用于工业控制领域的装置。PLC与机器人、计算机辅助设计与制造一起称为现代工业的三大支柱。,

5、2020/8/14,8,1.1.2 PLC的特点,1.与继电器控制逻辑相比较,2020/8/14,9,2 . 与微型计算机相比较,1)应用范围 微机应用范围广，PLC主要用于工业控制。 2）环境要求 微机对环境要求高，要求干扰小，温度、湿度适宜。PLC用于工业现场环境。 3）输入输出 微机I/O口不需要电气隔离；PLC的I/O口需要电气隔离。 4）程序设计 微机系统具有丰富的程序设计语言，要求使用者必须具有一定水平的计算机软硬件知识，PLC提供给用户的编程语句数量少，逻辑简单，易于学习和掌握。,2020/8/14,10,5）系统功能 微机一般配有较强的系统软件，能进行设备管理、文件管理、存储器

6、管理等，还配有许多应用软件，以方便用户。 PLC一般只有简单的监控程序，能完成故障检查，用户程序的输入和修改、用户程序的执行与监视等功能。 6）运算速度和存储容量 微机运算速度快，目前可达到纳秒级，存储容量大。 PLC因接口的响应速度慢而影响数据处理速度，一般接口响应速度为2ms，PLC的软件少，编程也简短，故内存容量小。 7）价格 微机是通用机，功能完善，价格较高。 PLC是专用机，功能较少，价格便宜。,2020/8/14,11,总之，从适应范围来看，PLC是一种用于工业自动化的专用微机控制系统，结构简单，抗干扰能力强，易于学习和掌握，价格也比一般的微机系统便宜。而微机是通用机，从工业控制角

7、度来说，PLC是控制通用机，而微机是可以作成某一控制设备的专用机。 从长远来看，由于PLC的功能不断增强，更多的采用微机技术，而微机也为了适应用户需要，更耐用、更易维护的计算机将投放市场，这样两者相互渗透，使PLC和微机的界限会变得越来越模糊，二者将长期共存，各用所长，共同发展。,2020/8/14,12,1.1.2 PLC的特点,1.可靠性好，抗干扰能力强 “专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机” 2.功能完善：功能强，扩充方便，性能价格比高。 3.编程简单，使用方便。 PLC采用梯形图语言编程，容易掌握。 4.在线编程：在工业现场，用手持编程器或笔记本电脑可对PLC进行编程，当PLC联网后

8、，可在网络的任一位置对PLC编程。 5.容易安装，便于维护：采用模块化结构，现场安装非常简单，维修方便。 6.体积小、重量轻、功耗低：是“机电一体化”特有的产品 。 7.价格便宜,2020/8/14,13,1.1.3 PLC的用途,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，可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 过程控制（模拟量控制） 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

9、模拟量实行闭环PID（比例-积分-微分）控制。,2020/8/14,14,3 位置、速度控制（闭环调节控制） 4 数据监控 ：PLC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 组成大型控制网络 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。,2020/8/14,15,1.1.4 PLC的发展,1 小型、微型化 2 大型、超大型化 3 智能化 为了进一步简化在专用

10、控制领域的系统设计及编程，专用智能I/O单元越来越多，这些单元具有智能模糊控制、智能PID控制、智能位置控制、温度控制、远程通信、语言处理模块、专用数控模块、计算模块等功能，这些模块的一个特点就是本身具有CPU，能独立工作，它们与PLC主机并行操作，无论在速度、精度、适应性、可靠性等各方面PLC进行了极好的补充；他们与PLC紧密结合，有助于克服PLC扫描工作方式的局限，完成PLC本身无法完成的许多功能，这些模块的编程、界限都与PLC一致，使用非常方便，且根据需求正在推出新的智能单元。,2020/8/14,16,4 CPU能力更强 5 支持更多的工业总线 支持多种工业标准总线，使联网更加容易和简

11、单，更易于组成工程控制网。 6 编程软件标准化 采用国际标准化的编程语言，可大大缩短开发周期。 7 人机交流功能增强 配置操作面板、触摸屏等人机对话手段，可使其应用领域进一步扩展，应用更加方便。 8 数据处理能力大大增强,2020/8/14,17,1 按照结构分类 (1) 整体式结构 （单元式结构） 。整体式结构将CPU、存储器、I/O单元、电源、通信等部件都装在一个金属或塑料壳之中，即将所有的部件都装入一个模块内，构成一个整体。整体式的PLC可以直接装入机床或电控柜中。 特点：结构紧凑、体积小，成本低，安装方便，易于与被控设备组合成一个整体。适用于点数较少的系统，一般都是小型或微型PLC。,

12、1.1.5 PLC的分类,2020/8/14,18,整体式结构,图1 整体式结构框图,2020/8/14,19,(2）模块式结构。 将CPU、电源、I/O单元、电源、通信等分别做成模块，在应用中根据需要PLC采用搭积木的方式组成系统。在一个机架上插上CPU、电源、I/O模块及特殊功能单元，以构成一个总I/O点数很多的大规模综合控制系统。适用于大、中型PLC. 特点： 配置非常灵活，可以根据不同的系统规模选用不同档次CPU及各种I/O模块、功能模块。其模块尺寸统一、安装整齐，对于I/O点数很多的系统选型、安装调试、扩展、维修等都非常方便。要组成一个系统，只需在一块基板上插上CPU、电源、输入、输

13、出模块及其他诸如通讯、模数转换、数模转换等特殊功能模块，就能构成一个总I/O点数很多的大规模综合控制系统。故适用于大、中型PLC。这种结构形式PLC除了各种模块以外，还需要用机架（主机架、扩展机架）将各模块联成整体；有多块机架时，则还要用电缆将各机架联在一起。,2020/8/14,20,模块式结构框图,模块式结构框图,2020/8/14,21,模块式,Power in a Small Package!,电源模块,CPU模块,IO模块,底 板,2020/8/14,22,(3) 整体模块混合式。 特点：将前二者的优点结合起来，其CPU、电源、I/O等单元也是各自独立的模块，但他们相互的联结安装不需

14、要基板（机架），仅用电缆进行单元间联结即可，且各模块可以一层层叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可作得体积小巧。,2020/8/14,23,混合式PLC结构,混合式PLC结构框图,2020/8/14,24,1.1.5 PLC的分类,2 按照I/O点数分类 （1）小型： 低档PLC，I/O点数 128点。 小型特别是超小型的PLC的I/O不是以模块形式出现，而是和中央处理器、电源等组装在一个整体式结构中，I/O的容量（点数）受到一定的限制，且以开关量为主。 （2）中型： 128点 I/O点数 512点。 中型以上的PLC都采用I/O模块形式，且多数和中央处理器、电源等模块分离安装，以便于I/O

15、容量的扩展，模块种类也多样化，可任意混装（即无固定安装位置），以便灵活的构成用户所需要的控制系统。 （3）大型： I/O点数512点。,2020/8/14,25,3按生产厂家分类,德国西门子公司 日本OMRON公司 美国ROCKWELL公司 法国施耐德公司 GE-FANAC公司 日本三菱公司 日本松下电工公司 日本日立公司 日本东芝公司 日本富士公司,2020/8/14,26,1.1.6 PLC的主要技术指标,用户在选用PLC时，首先要了解PLC的结构和性能。若只需大致了解PLC的性能。一般可用CPU芯片、编程语言、用户程序容量、扫描速度（ms/k）、I/O点数这五方面情况予以反映。一般，CP

16、U档次高、编程语言完善、用户程序容量大、扫描速度快、I/O点数多，则PLC性能就好，功能就强，价格也就较高了。,2020/8/14,27,1. 用户存储器容量 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中的用户存储器由后两部分组成。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。该存储器的容量越大，可编制的程序越复杂。一般小型机的用户存储器容量为几千字，大型机的用户存储器容量为几万字。,2020/8/14,28,2. I/O点数 I/O点数是指PLC可以接受的输入开关信号（外部输入） 和输出开

17、关信号的总和。它是描述PLC大小的一个重要的参数。 3. 模数和数模通道数 为输入和输出的模拟量总和。,2020/8/14,29,4. 扫描速度 PLC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。扫描速度是指PLC扫描1K字用户程序所需的时间，常常以ms/K为单位，扫描速度越快越好。一般1000条指令执行时间为10ms左右。小型或超小型的机器扫描时间可能大于40ms。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。 5. 指令数量和功能 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

18、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。,2020/8/14,30,6. 内部寄存器的配置和容量 7. 特殊功能单元 8. 可扩展性 输入点数、输出点数、存储容量、联网功能及可扩展的模块数等 9. 诊断功能 10. 通信接口,2020/8/14,31,1.2 PLC的一般结构,1.2.1 基本结构,1.整体式PLC结构,2020/8/14,32,整体式结构将CPU、存储器、ROM、I/O接口、电源、通信等部件都装在一个金属或塑料壳之中，即将所有的电路都装入一个模块内，构成一个整体。 单元式的PLC可以直接装入机床或电控柜中。 小型PLC主要是指I

19、/O点数较少的系统，而小型系统都是采用这种单元式结构形式。 特点：结构紧凑、体积小，成本低，安装方便、易于与被控设备组合成一个整体。 一般都是小型或微型PLC。适用于点数较少的系统。,2020/8/14,33,1.2 PLC的一般结构,2.模块式PLC结构,模块式PLC是采用搭积木的方式组成系统。在一个机架上插上CPU、电源、I/O模块及特殊功能单元，构成一个总I/O点数很多的大规模综合控制系统。,2020/8/14,34,模块式特点是：CPU为独立的模块，输入单元、输出单元也是独立的模块。电源、通信等也分别作成模块，因此配置非常灵活，可以根据不同的系统规模选用不同档次CPU及各种I/O模块、

20、功能模块。其模块尺寸统一、安装整齐，对于I/O点数很多的系统选型、安装调试、扩展、维修等都非常方便。要组成一个系统，只需在一块基板上插上CPU、电源、输入、输出模块及其他诸如通讯、模数转换、数模转换等特殊功能模块，就能构成一个总I/O点数很多的大规模综合控制系统。故适用于大、中型PLC。 这种结构形式PLC除了各种模块以外，还需要用机架（主机架、扩展机架）将各模块联成整体；有多块机架时，则还要用电缆将各机架联在一起。,2020/8/14,35,3 混合式PLC结构,2020/8/14,36,可编程控制器主机,可编程控制器编程器,图 可编程控制器及编程器,2020/8/14,37,PLC主要由C

21、PU、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、编程装置、电源等组成。,1.2.2 PLC各部分电路介绍,2020/8/14,38,1. CPU 芯片 CPU是可编程控制器的控制中枢，相当于人的大脑。一般由控制电路、运算器和寄存器组成。 CPU作用为： (1)从程序存储器读取程序指令，编译、执行指令 (2)将各种输入信号取入 (3)把运算结果送到输出端 (4)响应各种外部设备的请求,2020/8/14,39,现代PLC使用的CPU主要有以下几种： 通用微处理器：如8080、6800、Z80A、8086等。价格便宜，通用性强。 单片机：如8051等。单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好，很

22、适合在小型PC上使用，也广泛地用于PC的智能I/O模块。 位片式微处理器：如AMD2900系列等。位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。它主要追求运算速度快，它以4位为一片。用几个位片级联，可以组成任意字长的微处理器。 小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU 中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU 大型PLC多采用高速位片式微处理器,2020/8/14,40,2. 存储器 PLC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。系统程序一般存放在EEPROM中，用户程序及工作数据放在有后备电池的

23、RAM中。 RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。 ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。,2020/8/14,41,3. 输入/输出电路 是PLC与现场工业设备连接的电路。现场的开关通过输入电路输入PLC。PLC 输出的开关信号则通过输出电路输出到工业设备。采用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。 输入电路：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。 输出电路：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。 输出电路有三种输出形式： 继电器

24、 - 低速大功率 可控硅 - 高速大功率 晶体管 - 高速小功率,2020/8/14,42,4.电源模块 PLC电源的输入电压有直流12V、24V、48V和交流110V、220V，PLC电源模块的输出一般为5V和24V，用以向CPU、存储器等提供工作电源。 5 .通信接口 一般至少有一个RS232或RS485通信口。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。 6.特殊功能单元,2020/8/14,43,7. 编程器 PLC采用的编程器有下面三种类型： 1）简易编程

25、器：用于小型和超小型PLC。 2）CRT编程器：用于中大规模PLC，可显示梯形图、数据信息和报警信息指示等。 3）计算机编程：随着计算机的大力普及，有些中大规模的PLC已采用计算机编程。此时计算机除用做编程外，还兼有管理和操作指导功能。,2020/8/14,44,1.3 PLC工作程序,1.3.1工作原理 概括的讲，PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描过程。其过程为图1所示。这个过程分为读输入(输入采样阶段)、程序执行、写输出（输出刷新阶段）三个阶段。整个过程进行一次所需要的时间称为扫描周期（也叫工作周期或扫描时间）。,2020/8/14,45,1.3.1 工作原理,1.三个阶段的工作过程

26、,1）读输入阶段 PLC在读输入阶段，以扫描方式（按顺序）依次地读入所有输入信号的通/断状态，（即按顺序将所有输入端的输入信号状态：开或关、“1”或“0” ，读入到输入映像寄存器中寄存起来，称为对输入信号的采样，或称输入刷新。）并将它们存入存储器输入暂存区的相应单元内，这部分存储区也被称为输入映像区。在读输入结束后，PLC转入用户程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才能被重新读入。,2020/8/14,46,2）用户程序执行阶段 PLC在程序执行阶段，按照次序逐条执行用户程序指令，并从输入暂存器中读取输

27、入状态、以及定时器、计数器状态等条件。根据用户程序进行运算，不断得到运算结果，一步步运算得到的结果并不直接输出，而是将其对应的存入输出暂存区的相应单元中，直到用户程序全部被执行完。用户程序执行完，得到最后的可以输出的结果。 3） 写输出（输出刷新）阶段 用户程序执行结束后，PLC就进入输出刷新阶段，在此期间PLC根据输出暂存区中的对应状态刷新所有的输出锁存电路，再经隔离驱动到输出端子，向外界输出控制信号，从而控制相应设备动作。这就是PLC的实际输出。 PLC重复的执行上述三个阶段，每重复一次的时间就是一个工作周期（或扫描周期）。工作周期的长短与程序的长短（即组成程序的语句多少）有关。例如AB（

28、ALLEN-BRADLEY）公司的SLC-500型，PLC执行1000条语句的工作周期为20ms。,2020/8/14,47,PLC在每次扫描中，对输入信号采样一次，对输出刷新一次， 这就保证了PLC在执行程序阶段，输入映像寄存器和输出锁 存电路的内容或数据保持不变。总之： 输入映像寄存器的数据，取决于输入端子在这一个工作周 期的输入采样阶段所刷新的状态。 输出映像寄存器的状态，由程序中输出指令的执行结果决定。 输出锁存电路中的数据，由上一个工作周期的输出刷新阶段 存入到输出锁存电路中的数据来决定。 输出端子上的输出状态，由输出锁存电路中的数据来决定。 程序执行中所需的输入、输出状态（数据），

29、由输入映像寄存器和输出映像寄存器读出。,2020/8/14,48,2020/8/14,49,扫描工作方式的特点：简单直观，简化了程序的设计，并为PLC的可靠运行提供了保证；所扫描到的指令被执行后，其结果马上就可以被将要扫描到的指令所利用；系统监视定时器WDT可监视每次扫描的时间，并在每个扫描周期内都要对WDT进行复位操作。如果系统的硬件或用户软件发生了故障，WDT就会超时自动报警，并停止PLC的运行，从而避免了程序进入死循环的故障。,2020/8/14,50,1.3.1 工作原理,2 .响应时间 由于采用了扫描工作方式，故从PLC输入端有一个输入信号发生变化到输出端对该输入变化作出反应，需要一

30、段时间，这段时间就称为PLC的响应时间或滞后时间。 响应时间产生的原因 （1）输入滤波器有时间常数 它由RC滤波电路的时间常数决定。改变时间常数可调整输入延迟时间。 （2）输出电路时间常数 输出电路的滞后时间，与输出电路的输出方式有关。继电器输出方式的滞后时间为10ms左右；双向晶闸管输出方式，在接通负载时滞后时间约为1ms，切断负载时滞后时间小于10ms；晶体管输出方式的滞后时间小于1ms。,2020/8/14,51,（3）程序语句的安排，也影响响应时间。 （4）PLC循环扫描的工作方式 PLC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。 （5）PLC对I/O的刷新方

31、式。 其中4）5）是由PLC的工作原理决定的，无法改变。而其它因素并非固定的，可以通过选择合理的元件及合理编制程序使滞后较小。,2020/8/14,52,由于PLC是循环扫描工作方式，因此响应时间与收到输入信 号的时刻有关。 最短响应时间：如果在一个扫描周期刚结束时收到一个输入信号，下一个扫描周期一开始这个信号就被采样，使输入刷新，这时响应时间最短。最短响应时间可以用下式表示： 最短响应时间=输入延迟时间+一个扫描周期+输出延迟时间,2020/8/14,53,3. 最长响应时间：,如果在第n个扫描刚执行完输入刷新后，输入发生变化，在该扫描周期内这个信号不会发生作用，要到n+1个扫描周期的输入刷

32、新阶段才能采样到输入变化，在输出刷新阶段输出作出反应，这时响应时间最长。,最长响应时间=输入延迟时间+两个扫描周期+输出延迟时间,2020/8/14,54,最长响应时间=输入延迟时间+两个扫描周期+输出延迟时间 最长响应时间要求输入信号的持续时间应大于一个扫描周期，否则就不能确保输入信号被采样，也就不能被响应了。,2020/8/14,55,1.3.3 PLC的编程语言,梯形图语言和助记符语言 梯形图语言是一种以图形符号及图形符号在图中的相互关系表示控制关系的编程语言，是从继电接触器控制电路演变过来的。 因PLC是专为工业控制开发的装置，主要使用对象是广大技术人员，他们可能不十分懂电气，但是对生

33、产流程却非常在行，梯形图语言和助记符语言就是为他们开发的语言。 各个PLC生产厂家使用的梯形图语言基本类似，互相转换较容易，但助记符语言完全不同，转换起来较困难。 PLC实际上只认识助记符语言，梯形图语言需转换成助记符语言再存入PLC的存储器中。 顺序功能图 逻辑方程式或布尔代数式,2020/8/14,56,1.3.5 PLC的编程 指用梯形图和助记符语言编制程序，并将该程序送入PLC。 编程时可以使用专用编程器，也可用计算机。编程器只能使用助记符语言，用计算机编程，梯形图和助记符语言都可以使用。 编程器需专门配置，但体积小巧轻便，在控制现场使用方便。用计算机编程时需使用PLC专用软件，用这些

34、软件不仅可以编程和调试程序，且可以监视PLC的运行。,1.3.4 PLC的指令系统,2020/8/14,57,1.4梯形图,1.4.1 梯形图的由来 (1) 常开按扭 该按钮的触点平常的工作状态是断开状态，当用手按动时，触点闭合，为连接状态，当手离开按钮时，触点断开，恢复断开状态。 (2) 常闭按钮 该按钮的触点平常的工作状态是闭合状态，当用手按动时，触点断开，为断开状态，当手离开按钮时，触点闭合，恢复连接状态。,梯形图语言实际是图形，它来源于继电器控制电路图，在继电器控制电路中，由5种基本图形就可以组成很复杂的控制线路。,2020/8/14,58,(3) 常开触点（Normal Open）

35、该触点平常的工作状态是断开状态，当继电器线圈通电时，触点闭合，为连接状态；当继电器线圈断电时，触点断开，恢复断开状态。 (4) 常闭触点 该触点平常的工作状态是闭合状态，当继电器线圈通电时，触点断开，为断开状态；当继电器线圈断电时，触点闭合，恢复连接状态。 (5) 继电器线圈 继电器线圈只有连接该线圈的所有触点都闭合时，线圈通电，由线圈和动铁组成的电磁铁吸引闭合，带动常开触点闭合，常闭触点断开。,2020/8/14,59,2020/8/14,60,若用“1”表示按钮、继电器触点的闭合状态和继电器线圈的得电状态，若用“0”表示按钮、继电器触点的断开状态和继电器线圈的失电状态，则这个继电器控制电路

36、就可以用计算机实现。用计算机实现继电器控制电路是PLC的最初目的，而梯形图就是继承继电器控制系统的实现方法，成为了PLC输入的一种方式。 在PLC中，这些按钮的触点和线圈就是存储器中存储单元，又称为操作数。,2020/8/14,61,继电器控制系统中的继电器触点在PLC中是存储器中的数，继电器的触点数量有限，设计时需要合理分配使用继电器的触点，而PLC中的存储器“数”可以反复使用，因为控制中只使用数的状态“1” 或“0”。 继电器控制系统中的梯形图是电气连接图，施工费力，更改困难，而PLC中的梯形图是利用计算机制作的，更改简单，调试方便。 继电器控制系统中的继电器是按照触点的动作顺序和时间延迟

37、，逐个动作。而PLC是按照扫描的工作方式，首先采集输入信号，然后对所有的梯形图进行计算，计算完成后，将计算结果输出，由于PLC的扫描速度快，输入信号的变化到输出信号的改变似乎是在一瞬间完成的。 继电器控制系统中的梯形图左右两侧的线是继电器的电源线，而在PLC中这两根线已经失去了意义，只是为了维持梯形图的形状。,1.4.2 梯形图与继电器控制图的区别,2020/8/14,62,梯形图按照从上往下、每一行从左往右的顺序编写，在继电器控制系统中，控制电路的动作顺序与梯形图编写的顺序无关，而PLC对梯形图的执行顺序与梯形图的编写顺序一致。 梯形图的最右侧必须连接输出元素。继电器控制系统中的梯形图最右侧

38、是各个继电器线圈，而PLC中，梯形图的最右侧可以是表示线圈的存储器数，还可是计数器、定时器、数据传输等PLC中的输出元素和指令。 梯形图中的触点可以串联和并联，输出元素在PLC中只能并联，不能串联。在继电器控制系统中，继电器线圈是可以串联使用的。 PLC中的梯形图结束标志是END。,2020/8/14,63,1.4.3梯形图编程前的准备工作,需准备的工作： 1熟悉PLC指令 2存储器地址安排与分配 3清楚输入输出设备的工作原理 4为输入和输出设备分配存储器地址 5为PLC梯形图中需要的中间量分配地址。 6清楚控制原理，确认输出量、中间量和指令的得电条件和失电条件。,2020/8/14,64,1

39、.5 PLC控制系统的设计,1.5.1 PLC的设计原则 1.硬件设计 PLC系统一般由PLC、输入输出设备、控制柜等设备组成。 在设计中应考虑以下设计原则： 1）可靠性 2) 功能完善 3） 经济性 4）系统的先进性和可扩展性 1）扩展性会使你用最小的代价对系统进行变革和增加新功能。若考虑周到，则存储器的扩充需求也许只要再安装一个存储器模块即可满足；如果具有可用的通信口，就能满足增加一个外围设备的需要。对局域网的考虑可允许在将来将单个控制器集成为一个厂级通信网。若未能合理估计现在和将来的目标，控制系统很快变为不适宜的和过时的。,系统设计包括两部分：硬件设计和软件设计,2020/8/14,65

40、,2软件设计 即是编写满足生产要求的梯形图或助记符程序，设计原则和要求为： 1）建立PLC输入和输出量的接线表和接线图。 对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程图，用以清楚的表明动作的顺序和条件，对于简单的控制系统，可省去。 2）建立PLC的存储器的分配表。 3）推导每一个输出、中间量和指令的动作和停止条件。 4）尽量减少扫描时间，也就是尽量减少指令和内存的使用； 5）对每个梯形图梯级给予注释； 6）要求逻辑关系明确，输出、中间量和指令的名字易懂好记。,2020/8/14,66,1.5.2 PLC系统设计步骤,1）分析生产过程，正确理解控制要求，绘制控制流程图， 请控制现场的操作和设计人员审

41、查流程图等资料，以确定对控制系统理解的正确性。即根据生产的工艺过程分析控制要求，如需要完成的动作（动作顺序、动作条件、必须的保护和联锁等），操作方式（手动、自动、连续、单周期、单步等）。 2）根据控制要求确定PLC中所需的输入输出量、中间量、定时器、计数器、模拟量、通信等信息。根据此确定PLC的I/O点数。 3）选择PLC。 首先满足控制要求，然后选择PLC生产厂。目前，随着PLC的推广普及，其产品的种类和数量越来越多，且功能也日趋完善。近年，从美国、日本、西德等国引进PLC产品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列，上百种型号。其种类繁多，结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格

42、等各有不同，适用场合也各有侧重。因此合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有重要作用。其选择原则见下：,2020/8/14,67,PLC的选择原则见下： 对产品的熟悉程度，熟悉的产品可以缩短开发时间； 产品和配套设备的价格； 产品的资料是否能看懂 编程软件的编程环境 售后服务是否完善，技术支持是否到位； 市面上与该产品相关的书籍有多少。,2020/8/14,68,PLC厂家选择好后，还有以下选择应考虑： 1机型的选择 机型选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的功能价格比。应具体考虑以下几点： 结构合理：对于工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量

43、较小）的场合，选用整体式PLC；其他情况则选用模块式结构。 功能相当：对于开关量控制的工程项目，对其控制速度无须考虑，一般低档机就能满足要求。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的工程项目，可选用带A/D 、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机。对于控制比较复杂，控制功能要求更高的工程项目，如要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等，可视控制规模及复杂的程度，选用中档或高档机。其中，高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。,2020/8/14,69,机型统一：一个大型企业，应尽量做到机型统一。因为同一机型PLC，其模块可互为配用，便于备品备件的采购

44、和管理；其功能和编程方法统一，有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；其外部设备通用。资源共享，配以上位机后，可把控制各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制系统，相互通信，集中管理。 是否在线编程：PLC特点之一就是使用灵活，当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。,2020/8/14,70,PLC编程分为在线编程和离线编程。离线编程PLC ，其主机和编程器共用一个CPU，在编程器上有一个“编程/运行”选择开关，根据需要，可在编程时，选择编程，此时CPU失去对现场的控制，只为编程器服务。在线编程PLC，其主机和编程器各有一个

45、CPU，编程器的CPU可以随时处理由键盘输入的各种编程指令。主机的CPU则是完成对现场的控制，并在一个扫描周期的末尾和编程器通信，编程器把编好或改好的程序发给主机，在下一个扫描周期主机将按照新送入的程序控制现场。此类在线编程器，由于增加了硬件和软件，价格贵，但应用领域较宽，大型PLC多采用在线编程。是否在线编程，应根据被控设备工艺要求的不同来选择。对于产品定性的设备和工艺不经常变动的设备，应选用离线编程PLC，反之可考虑选用在线编程PLC。,2020/8/14,71,2I/O的选择 确定I/O点数：切记要考虑未来扩充和备用（10-20%）需要，备用件不影响PLC档次的选择。 离散I/O：若I/

46、O设备由不同电源供电，应当有带隔离公共线（返回线）的接口电路。 模拟I/O：是用来感知传感器产生的信号的。 特殊功能I/O 智能式I/O,2020/8/14,72,3电源的选择 电源模块的选择一般只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于处理器模块、I/O模块、专用模块等消耗电流的总和。选型的一般规则如下： 1）确定电源的输入电压； 2）将框架中每块I/O模块所需的总背板电流相加，计算出I/O模块所需的总背板电流值。 3）I/O模块所需的总背板电流值再加上框架中有处理器时，则加上处理器的最大电流值。 当框架中带有远程适配器模块或扩展本地I/O适配器模块时，加上其最大电流值。 4）如果框架

47、中留有空槽用作将来扩展时列出将来要扩展的I/O模块所需的背板电流 将所有扩展的I/O模块的总背板电流值与3）中计算出的总背板电流相加。 5）确定在框架中是否有用于电源的空槽，或将电源装到框架的外面。 6）根据确定好的输入电压要求和所需的总背板电流值，从用户手册中选择合适的电源。,2020/8/14,73,4. 存储器类型及容量的选择 存储器类型主要考虑是只读存储器还是可读写存储器，一般 系统既需要ROM 又需要RAM 。 存储容量：小型的PLC存储容量一般固定，为1KB-4KB，大型或中型控制器中，存储容量可以2KB、4KB、8KB等单位扩充，尽管确定存储容量并无定则，以下估算方法仍可用于估计

48、所需的存储容量。存储容量的选择一般有两种方法： 1）根据编程实际使用的节点数计算 可精确计算出存储器实际使用容量，缺点是要编完程序之后才能计算。 2）估算法：用户可根据控制规模和应用目的，按下面给出的公式进行估算： 控制目的 公式 代替继电器 M=Km（10*DI）+（5*DO） 模拟量控制 M=Km（10*DI）+（5*DO）+（100*AI） 多路采样控制 M=Km （10*DI）+（5*DO）+（100*AI） +1+采样点*0.25 其中 DI为数字(开关)量输入信号; DO为数字(开关)量输出信号; AI为模拟量输入信号; Km为每个节点所占存储器字节数,M存储器容量.,2020/8/14,74,5.软件选择 编程手段;程序文本处理;程序存储方式;通信软件包等。,4）确定是否需要编程器和图形显示装置。（或分配PLC的I/O点，设计I/O连接图） 1）进行软件设计，画SFC图和编写梯形图，同时可进行控制柜的设计和现场施工。 2）调试梯形图。 3）设计与PLC配套PLC外的电路，给出电路图。 在设计继电器控制系统时，必须在控制线路（接线程序）设计完成后，才能进行控制柜的设计和现场施工，可见，采用PLC控制，可使整个工程的周期缩短。,