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1、Chapter5ProgrammableLogicalController(PLC),5.2可編程控制器的程序編制,5.3可編程控制器應用舉例,5.1可編程控制器的結構和工作原理,Chapter5PLC,Objectives：,1.了解可編程控制器的結構和工作原理。,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.學會使用梯形圖編制簡單的程序。,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)的繼電控制技術和計算機控制技術融為一體，被廣泛應用于各種生產機械和生產過程的自動控制。,傳統(tǒng)的繼電接觸控制具有結構簡單、易于
2、掌握、價格便宜等優(yōu)點，在工業(yè)生產中廣泛應用。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成系統(tǒng)，接線復雜，通用性和靈活性差。,它的起源可以追溯到60年代，美國通用汽車公司為了適應汽車型號不斷翻新的需要，對生產線上的控制設備提出了新的要求，為此設想：把計算機的功能完善、通用靈活等優(yōu)點和繼電接觸控制簡單易懂等優(yōu)點結合起來，從而提供了繼電器控制系統(tǒng)無法比擬的靈活性。并要求把計算機的編程方法和程序輸入方法加以簡化，使得不熟悉計算機的人也能方便使用。但這一時期它主要是代替繼電器系統(tǒng)完成順序控制，邏輯運算，計時、計數(shù)、故稱為可編程邏輯控制器簡稱PLC（ProgrammableLogicalC
3、ontroller）。,Development：,進入80年代，隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展，可編程控制器的功能已遠遠超出邏輯控制、順序控制的范圍，它具有數(shù)據(jù)運算、傳送與處理功能和可以進行模擬量控制、位置控制，特別是遠程通訊功能的實現(xiàn)，易于實現(xiàn)柔性加工和制造系統(tǒng)，因此將其稱為可編程控制器（ProgrammableController）簡稱PC,但為了與個人電腦PC相區(qū)別，仍將其稱為PLC。,目前PLC已廣泛應用于冶金、礦業(yè)、機械、輕工等領域，加速了機電一體化的進程。,1.用于邏輯控制,這是PLC的基本功能，也是最廣泛的應用，如機車的電氣控制、包裝機械的控制、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，實現(xiàn)模數(shù)轉換，并對模擬量進行控制。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)機器人的控制,PLC作為一種工業(yè)控制器，適用于工業(yè)機器人。如自動生產線上有多個自由度的機器人控制。,可編程控制器的主要功能和特點,主要功能Functions,2.PLC的主要特點Features,(1)可靠性高，抗干擾能力強。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，并且在硬件的設計和制造的過程中采取了一系列隔離和抗干擾措施，使它能適應惡劣的工作環(huán)境，具有很高的可靠性。,(2)編程簡單，使用方便。目前大多數(shù)PLC均采用梯形圖編程語言，沿用了繼電接觸控制的一些
5、圖形符號，直觀清晰，易于掌握。,(3)通用性好，具有在線修改能力。PLC硬件采用模塊化結構，可以靈活地組態(tài)以適應不同的控制對象，控制規(guī)模和控制功能的要求。且可通過修改軟件，來實現(xiàn)在線修改的能力，因此其功能易于擴展，具有廣泛的工業(yè)通用性。,(4)縮短設計、施工、投產的周期，維護容量。目前PLC產品朝著系列化、標準化方向發(fā)展，只需根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，選用相應的模塊進行組合設計，同時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PLC還具有故障檢測和顯示功能，使故障處理時間縮短。,(5)體積小，易于實現(xiàn)機電一體化。,各種PLC的具體結構雖然多種多樣，但其結構和工作原理大同小異，都是以微處
6、理器為核心的電子電氣系統(tǒng)。PLC各種功能的實現(xiàn)，不僅基于其硬件的作用，而且要靠其軟件的支持。,PLC內部主要由主機、輸入/輸出接口、電源、編程器、擴展接口和外部設備接口等幾部分組成。,5.2ArchitechureandPrinciple,5.2.1Architechure,1.主機,主機部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器,系統(tǒng)程序存儲器：主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對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)存儲器：主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數(shù)據(jù)、中間結果。,2.輸入/輸出(I/O)接口,輸入接口用于接收輸入設備（
7、如：按鈕、行程開關、傳感器等）的控制信號。,輸出接口用于將經主機處理過的結果通過輸出電路去驅動輸出設備（如:接觸器、電磁閥、指示燈等）。,3.電源,電源指為CPU、存儲器、I/O接口等內部電子電路工作所配備的直流開關穩(wěn)壓電源,4.編程器,編程器是PLC很重要的外部設備，它主要由鍵盤、顯示器組成。編程器分簡易型和智能型兩類。小型PLC常用簡易編程器，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程序存儲器。利用編程器可檢查、修改、調試用戶程序和在線監(jiān)視PLC工作狀況?，F(xiàn)在許多PLC采用和計算機聯(lián)接，并利用專用的工具軟件進行編程或監(jiān)控。,6.外部設備接口,I/O擴展接口用于將
8、擴充外部輸入/輸出端子數(shù)擴展單元與基本單元（即主機）聯(lián)接在一起。,5.輸入輸出擴展接口,此接口可將編程器、打印機、條形碼掃描儀等外部設備與主機相連。,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，這個過程可分為輸入采樣，程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段，整個過程掃描并執(zhí)行一次所需的時間稱為掃描周期。（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)寄
9、存器的內容也不會改變，只有在下一個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)寄存器中讀出有關元件的通/斷狀態(tài)，并根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，運算結果再存入有關的狀態(tài)寄存器中。,3.輸出刷新階段,在所有指令執(zhí)行完畢后，將各物理繼電器對應的輸出狀態(tài)寄存器的通/斷狀態(tài)，在輸出刷新階段轉存到輸出寄存器，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)寄存器的內容也不會立即改變，要等到下一個周期輸入處理階段才能改
10、變。暫存在輸出狀態(tài)寄存器中的輸出信號，等到一個循環(huán)周期結束，CPU集中將這些輸出信號全部輸出給輸出鎖存器，這才成為實際的CPU輸出。因此全部輸入、輸出狀態(tài)的改變就需要一個掃描周期，換言之，輸入、輸出的狀態(tài)保持一個掃描周期。,5.1.3可編程控制器的主要技術性能,2.用戶程序存儲容量,用來衡量PLC所能存儲用戶程序的多少。,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指令的種類和數(shù)量。種類數(shù)量越多，軟件功能越強。,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、定時器、計數(shù)器、通用“字”寄存器、數(shù)
11、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的一個指標。,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言,同其它電腦裝置一樣，PLC的操作是依其程序操作進行的，而程序是用程序語言表達的，并且表達的方式多種多樣，不同的生產廠家，不同的機種，采用的表達方式不同，但基本上可歸納為：,STatementListLAdderDiagram,梯形圖,是在繼電控制系統(tǒng)電氣原理圖基礎上開發(fā)出來的一種圖形語言。它繼承了繼電器接點、線圈、串聯(lián)、并聯(lián)等術語和類似的圖形符號，具有形象、直觀、實用的特點，不需學習計算機專業(yè)知識，電氣技術人員使用最方便。,LAdderDiagram,元件名稱繼電接
12、觸器控制符號梯形圖符號,一、編程原則ProgrammingCriteria1、PLC編程元件觸點的使用次數(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，線圈也不能直接聯(lián)在左母線上。3、在一個程序中，不允許同一編號的線圈使用兩次，以免引起誤操作。不同編號的線圈可并聯(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，應盡量做到“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換。,5、在梯形圖中應避免將觸點畫在垂直線上，這種橋式梯形圖無法用指令語句編程，應將其作適當?shù)淖儞Q后才能編程。,6、外部輸入設備常閉觸點處理。圖5.3.5是用PLC代替繼電器能控制電路實現(xiàn)三相異步電動機的直接起?？刂?。,
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