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1、Chapter5ProgrammableLogicalController(PLC),5.2可編程控制器的程序編制,5.3可編程控制器應(yīng)用舉例,5.1可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理,Chapter5PLC,Objectives：,1.了解可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理。,2.了解可編程控制器的幾種基本編程方法。,3.熟悉常用的編程指令。,4.學(xué)會(huì)使用梯形圖編制簡(jiǎn)單的程序。,Chapter5PLC,Conecepts,PLC是60年代末發(fā)展起來的一種新型的電氣控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)融為一體，被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。,傳統(tǒng)的繼電接觸控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于

2、掌握、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。但這類控制裝置體積大，耗電較多，功能少，特別是靠硬件連接構(gòu)成系統(tǒng)，接線復(fù)雜，通用性和靈活性差。,它的起源可以追溯到60年代，美國(guó)通用汽車公司為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷翻新的需要，對(duì)生產(chǎn)線上的控制設(shè)備提出了新的要求，為此設(shè)想：把計(jì)算機(jī)的功能完善、通用靈活等優(yōu)點(diǎn)和繼電接觸控制簡(jiǎn)單易懂等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，從而提供了繼電器控制系統(tǒng)無法比擬的靈活性。并要求把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方法加以簡(jiǎn)化，使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便使用。但這一時(shí)期它主要是代替繼電器系統(tǒng)完成順序控制，邏輯運(yùn)算，計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、故稱為可編程邏輯控制器簡(jiǎn)稱PLC（ProgrammableLogicalC

3、ontroller）。,Development：,進(jìn)入80年代，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器的功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制、順序控制的范圍，它具有數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳送與處理功能和可以進(jìn)行模擬量控制、位置控制，特別是遠(yuǎn)程通訊功能的實(shí)現(xiàn)，易于實(shí)現(xiàn)柔性加工和制造系統(tǒng)，因此將其稱為可編程控制器（ProgrammableController）簡(jiǎn)稱PC,但為了與個(gè)人電腦PC相區(qū)別，仍將其稱為PLC。,目前PLC已廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、機(jī)械、輕工等領(lǐng)域，加速了機(jī)電一體化的進(jìn)程。,1.用于邏輯控制,這是PLC的基本功能，也是最廣泛的應(yīng)用，如機(jī)車的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、電梯的控制等。,2.用于模擬量的

4、控制,PLC通過模擬量I/O模塊，實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量進(jìn)行控制。如閉環(huán)系統(tǒng)的過程控制、位置控制和速度控制。,2.用于工業(yè)機(jī)器人的控制,PLC作為一種工業(yè)控制器，適用于工業(yè)機(jī)器人。如自動(dòng)生產(chǎn)線上有多個(gè)自由度的機(jī)器人控制。,可編程控制器的主要功能和特點(diǎn),主要功能Functions,2.PLC的主要特點(diǎn)Features,(1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。由于采用大規(guī)模集成電路和微處理器，使系統(tǒng)器件數(shù)大大減少，并且在硬件的設(shè)計(jì)和制造的過程中采取了一系列隔離和抗干擾措施，使它能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，具有很高的可靠性。,(2)編程簡(jiǎn)單，使用方便。目前大多數(shù)PLC均采用梯形圖編程語(yǔ)言，沿用了繼電接觸控制的一些

5、圖形符號(hào)，直觀清晰，易于掌握。,(3)通用性好，具有在線修改能力。PLC硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以靈活地組態(tài)以適應(yīng)不同的控制對(duì)象，控制規(guī)模和控制功能的要求。且可通過修改軟件，來實(shí)現(xiàn)在線修改的能力，因此其功能易于擴(kuò)展，具有廣泛的工業(yè)通用性。,,(4)縮短設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)的周期，維護(hù)容量。目前PLC產(chǎn)品朝著系列化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，只需根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，選用相應(yīng)的模塊進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，同時(shí)用軟件編程代替了繼電控制的硬連線，大大減輕了接線工作，同時(shí)PLC還具有故障檢測(cè)和顯示功能，使故障處理時(shí)間縮短。,(5)體積小，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。,各種PLC的具體結(jié)構(gòu)雖然多種多樣，但其結(jié)構(gòu)和工作原理大同小異，都是以微

6、處理器為核心的電子電氣系統(tǒng)。PLC各種功能的實(shí)現(xiàn)，不僅基于其硬件的作用，而且要靠其軟件的支持。,PLC內(nèi)部主要由主機(jī)、輸入/輸出接口、電源、編程器、擴(kuò)展接口和外部設(shè)備接口等幾部分組成。,5.2ArchitechureandPrinciple,5.2.1Architechure,1.主機(jī),主機(jī)部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器：主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對(duì)用戶程序作編譯處理的程序。系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改。,用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果。,2.輸入/輸出(I/O)接口,輸入接口用于接收輸入設(shè)備

7、（如：按鈕、行程開關(guān)、傳感器等）的控制信號(hào)。,輸出接口用于將經(jīng)主機(jī)處理過的結(jié)果通過輸出電路去驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備（如:接觸器、電磁閥、指示燈等）。,3.電源,電源指為CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配備的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源,4.編程器,編程器是PLC很重要的外部設(shè)備，它主要由鍵盤、顯示器組成。編程器分簡(jiǎn)易型和智能型兩類。小型PLC常用簡(jiǎn)易編程器，大、中型PLC多用智能編程器。編程器的作用是編制用戶程序并送入PLC程序存儲(chǔ)器。利用編程器可檢查、修改、調(diào)試用戶程序和在線監(jiān)視PLC工作狀況?，F(xiàn)在許多PLC采用和計(jì)算機(jī)聯(lián)接，并利用專用的工具軟件進(jìn)行編程或監(jiān)控。,6.外部設(shè)備接口,I/O擴(kuò)展接口用于

8、將擴(kuò)充外部輸入/輸出端子數(shù)擴(kuò)展單元與基本單元（即主機(jī)）聯(lián)接在一起。,5.輸入輸出擴(kuò)展接口,此接口可將編程器、打印機(jī)、條形碼掃描儀等外部設(shè)備與主機(jī)相連。,5.1.3可編程控制器的工作原理,PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的工作方式，這個(gè)過程可分為輸入采樣，程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段，整個(gè)過程掃描并執(zhí)行一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。（PLCOperatingCycle）,輸入采樣,程序執(zhí)行,輸出刷新,1.輸入采樣階段,PLC在輸入采樣階段，以掃描方式順序讀入所有輸入端的通/斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)，并將此狀態(tài)存入輸入狀態(tài)寄存器，即輸入刷新。接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)

9、寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入。,2.程序執(zhí)行階段,PLC在執(zhí)行階段，按先左后右，先上后下的步序，執(zhí)行程序指令。其過程如下：從輸入狀態(tài)寄存器和其它元件狀態(tài)寄存器中讀出有關(guān)元件的通/斷狀態(tài)，并根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入有關(guān)的狀態(tài)寄存器中。,3.輸出刷新階段,在所有指令執(zhí)行完畢后，將各物理繼電器對(duì)應(yīng)的輸出狀態(tài)寄存器的通/斷狀態(tài)，在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出寄存器，去控制各物理繼電器的通/斷，這才是PLC的實(shí)際輸出。,由PLC的工作過程可見，在PLC的程序執(zhí)行階段，即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)立即改變，要等到下一個(gè)周期輸入處理階段才能

10、改變。暫存在輸出狀態(tài)寄存器中的輸出信號(hào)，等到一個(gè)循環(huán)周期結(jié)束，CPU集中將這些輸出信號(hào)全部輸出給輸出鎖存器，這才成為實(shí)際的CPU輸出。因此全部輸入、輸出狀態(tài)的改變就需要一個(gè)掃描周期，換言之，輸入、輸出的狀態(tài)保持一個(gè)掃描周期。,5.1.3可編程控制器的主要技術(shù)性能,2.用戶程序存儲(chǔ)容量,用來衡量PLC所能存儲(chǔ)用戶程序的多少。,3.掃描速度,指掃描1000步用戶程序所需的時(shí)間，以ms/千步為單位。,4.指令系統(tǒng)條數(shù),指PLC具有的基本指令和高級(jí)指令的種類和數(shù)量。種類數(shù)量越多，軟件功能越強(qiáng)。,5.編程元件的種類和數(shù)量,編程元件指：輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、通用“字”寄存器、

11、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能繼電器等。其種類和數(shù)量是衡量PLC的一個(gè)指標(biāo)。,5.2可編程控制器的程序編制,5.2.1可編程控制器的編程語(yǔ)言,同其它電腦裝置一樣，PLC的操作是依其程序操作進(jìn)行的，而程序是用程序語(yǔ)言表達(dá)的，并且表達(dá)的方式多種多樣，不同的生產(chǎn)廠家，不同的機(jī)種，采用的表達(dá)方式不同，但基本上可歸納為：,STatementListLAdderDiagram,梯形圖,是在繼電控制系統(tǒng)電氣原理圖基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一種圖形語(yǔ)言。它繼承了繼電器接點(diǎn)、線圈、串聯(lián)、并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和類似的圖形符號(hào)，具有形象、直觀、實(shí)用的特點(diǎn)，不需學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)，電氣技術(shù)人員使用最方便。,LAdderDiagram,元件名稱繼電

12、接觸器控制符號(hào)梯形圖符號(hào),一、編程原則ProgrammingCriteria1、PLC編程元件觸點(diǎn)的使用次數(shù)無限制。2、PLC梯形圖的每一邏輯行都是從左母線開始，終止于線圈。線圈右邊不能有觸點(diǎn)，線圈也不能直接聯(lián)在左母線上。3、在一個(gè)程序中，不允許同一編號(hào)的線圈使用兩次，以免引起誤操作。不同編號(hào)的線圈可并聯(lián)輸出，如表5.3.1所示。,表5.3.1線圈并聯(lián)輸出,4、編制梯形圖時(shí)，應(yīng)盡量做到“上重下輕、左重右輕”，使其符合“從左到右，自上到下”的執(zhí)行程序的順序，并易于編寫指令程序表。圖5.3.1和圖5.3.2所示的是不合理梯形圖的轉(zhuǎn)換。,5、在梯形圖中應(yīng)避免將觸點(diǎn)畫在垂直線上，這種橋式梯形圖無法用指令語(yǔ)句編程，應(yīng)將其作適當(dāng)?shù)淖儞Q后才能編程。,6、外部輸入設(shè)備常閉觸點(diǎn)處理。圖5.3.5是用PLC代替繼電器能控制電路實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的直接起?？刂啤?