1、PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章概 述 PLCPLC在早期是一種開(kāi)關(guān)邏輯控制裝置，被在早期是一種開(kāi)關(guān)邏輯控制裝置，被稱(chēng)為可編程序邏輯控制器稱(chēng)為可編程序邏輯控制器(Programmable (Programmable Logic Controller)Logic Controller)，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)PLCPLC。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，PLCPLC采用微處理器作為其控制核心，它的功能已采用微處理器作為其控制核心，它的功能已不再局限于邏輯控制的范疇。因此，不再局限于邏輯控制的范疇。因此，19801980年年美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)(NEMA

2、)(NEMA)將其命名為將其命名為Programmable Controller(PCProgrammable Controller(PC) )，但為避免與，但為避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱(chēng)的簡(jiǎn)稱(chēng)PCPC混混淆，習(xí)慣上仍將其稱(chēng)為淆，習(xí)慣上仍將其稱(chēng)為PLCPLC。PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章PLC的定義 國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）于 1982年11月1985年1月對(duì)可編程序控制器作了如下的定義：“可可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用

3、而設(shè)計(jì)。它采用可編程專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過(guò)數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制令，并通過(guò)數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)”。PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章19681968年

4、美國(guó)通用汽車(chē)公司提出的年美國(guó)通用汽車(chē)公司提出的替代繼電器替代繼電器控控制系統(tǒng)的新型控制器的制系統(tǒng)的新型控制器的十項(xiàng)指標(biāo)（十項(xiàng)指標(biāo)（GMGM十條）十條）： 1） 編程簡(jiǎn)單、現(xiàn)場(chǎng)可編程簡(jiǎn)單、現(xiàn)場(chǎng)可 修改程序；修改程序； 2）維護(hù)方便、采用插）維護(hù)方便、采用插 件式結(jié)構(gòu)；件式結(jié)構(gòu)； 3）可靠性高于繼電器）可靠性高于繼電器 控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)； 4）體積小于繼電器控）體積小于繼電器控 制系統(tǒng)；制系統(tǒng)； 5）數(shù)據(jù)可以直接送入）數(shù)據(jù)可以直接送入 計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)；6）成本可與繼電器系）成本可與繼電器系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)；統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)；7）輸入可為市電；）輸入可為市電；8）輸出可為市電，能）輸出可為市電，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、交直

5、接驅(qū)動(dòng)電磁閥、交流接觸器等；流接觸器等；9）通用性強(qiáng)、易于擴(kuò)）通用性強(qiáng)、易于擴(kuò)展；展；10）用戶(hù)存儲(chǔ)器大于）用戶(hù)存儲(chǔ)器大于4K。PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章PLC的產(chǎn)生與發(fā)展 PLC的發(fā)展經(jīng)歷了五個(gè)重要時(shí)期 ：（1）從產(chǎn)生到）從產(chǎn)生到20世紀(jì)世紀(jì)70年代初期。年代初期。CPU由中小規(guī)模數(shù)字集成電路組成，存儲(chǔ)器為磁芯存儲(chǔ)器，控制功能比較簡(jiǎn)單。 （2）20世紀(jì)世紀(jì)70年代末期。年代末期。采用CPU微處理器，存儲(chǔ)器采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，體積減小，數(shù)據(jù)處理能力有很大提高。（3）20世紀(jì)世紀(jì)70年代末到年代末到80年代中期。年代中期。PLC開(kāi)始采用8位和16位微處理器，使數(shù)據(jù)處理能力和速度大大

6、提高。（4）20世紀(jì)世紀(jì)80年代中期到年代中期到90年代中期。年代中期。超大規(guī)模集成電路促使PLC完全計(jì)算機(jī)化，CPU已經(jīng)開(kāi)始采用32位微處理器。（5）20世紀(jì)世紀(jì)90年代中期至今。年代中期至今。PLC使用16位和32位微處理器，出現(xiàn)了智能化模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種復(fù)雜系統(tǒng)的控制。 PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章PLC與繼電接觸器控制系統(tǒng)的比較 1靈活性和擴(kuò)展性 極佳2可靠性高和可維護(hù)性好3控制速度快和穩(wěn)定性高4延時(shí)的可調(diào)性好與精度高5設(shè)計(jì)與施工周期短，調(diào)試修改方便6性能價(jià)格比高 PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章PLC與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較 1、PLC系統(tǒng)采用功能模塊的結(jié)構(gòu)形

7、式，系統(tǒng)的組合性好。2、PLC系統(tǒng)采用掃描方式工作，有利于順序邏輯控制的實(shí)施 。3、PLC系統(tǒng)是分散的自治系統(tǒng)，把危險(xiǎn)和功能分散，實(shí)現(xiàn)分散綜合的控制結(jié)構(gòu)。4、 PLC適應(yīng)惡劣工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，工業(yè)用微機(jī)的耐環(huán)境水平無(wú)論是在硬件還是在軟件上都無(wú)法和PLC相比。5、PLC程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易學(xué)易懂易維護(hù)，更適合工程技術(shù)人員 。PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章PLC的基本組成PLC主要由CPU模塊、輸入/輸出模塊、電源模塊和外部設(shè)備組成 PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章輸出設(shè)備輸出設(shè)備輸入設(shè)備輸入設(shè)備 I/OI/O擴(kuò)展擴(kuò)展 單元單元 特殊功特殊功 能單元能單元主機(jī)主機(jī)輸出單元輸出單元輸入

8、單元輸入單元 電電 源源外設(shè)接口外設(shè)接口I/O/O擴(kuò)擴(kuò)展展口口存存 儲(chǔ)儲(chǔ) 器器 系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 C P U 用戶(hù)程序用戶(hù)程序 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器盒式磁帶機(jī)盒式磁帶機(jī)打印機(jī)打印機(jī)EPROMEPROM寫(xiě)入器寫(xiě)入器 上位計(jì)算機(jī)上位計(jì)算機(jī) PLCPLC編程器編程器可編程終端可編程終端PTPT 整體式整體式 PLC的基本組成框圖的基本組成框圖PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章 組合式組合式 PLC的基本組成框圖的基本組成框圖 系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線通信單元通信單元 控控 制制 系系 統(tǒng)統(tǒng) 現(xiàn)現(xiàn) 場(chǎng)場(chǎng) 過(guò)過(guò) 程程CPU單元單元輸出單元輸出單元 編程器編程器PLC或或上位計(jì)算機(jī)上位計(jì)算機(jī)智

9、能智能I/O單元單元輸入單元輸入單元PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章 輸入、輸出接口：輸入、輸出接口：采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。輸出接口作用：輸出接口作用：將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行電路的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器通斷部執(zhí)行電路的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離。電；另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離。輸出三種形式：輸出三種形式：繼電器繼電器 - 低速大功率低速大功率 可

10、控硅可控硅 - 高速大功率高速大功率 晶體管晶體管 - 高速小功率高速小功率輸入接口作用：輸入接口作用：將按鈕、行程開(kāi)關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)，將按鈕、行程開(kāi)關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章（1）輸入接口電路：）輸入接口電路：采用采用光電耦合器，防止強(qiáng)電干擾。光電耦合器，防止強(qiáng)電干擾。COM光電三極管光電三極管發(fā)光二極管發(fā)光二極管直流電源直流電源輸入端子輸入端子+PLCIn+24V發(fā)光二極管發(fā)光二極管PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章 直流輸入電路直流輸入電路COM+5VLEDSR3R1AR2CT 內(nèi)內(nèi) 部

11、部 電電 路路濾波濾波 光電耦合光電耦合 外部開(kāi)關(guān)外部開(kāi)關(guān) 輸入點(diǎn)的輸入點(diǎn)的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 輸入點(diǎn)輸入點(diǎn) 公共端公共端 PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章 交流輸入電路交流輸入電路LED+5VAR2COMSCR1 內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路R3濾波濾波 光電耦合光電耦合 輸入點(diǎn)的輸入點(diǎn)的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 外部開(kāi)關(guān)外部開(kāi)關(guān) 輸入點(diǎn)輸入點(diǎn) PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章繼電器輸出繼電器輸出（2）輸出接口電路：）輸出接口電路：以以繼電器形式為例繼電器形式為例：PLC內(nèi)內(nèi)部部電電路路內(nèi)內(nèi)部部電電路路K+交流電源或交流電源或直流電源直流電源QCOM-PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2

12、2章章 晶體管輸出電路晶體管輸出電路COMT2LEDDFU+5V內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路T1R1R2R3負(fù)載負(fù)載光電耦合光電耦合 輸出點(diǎn)的輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 公共端公共端 輸出點(diǎn)輸出點(diǎn) PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章 晶閘管輸出電路晶閘管輸出電路COMLEDR2 C TFU內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路R1負(fù)載負(fù)載光電耦合光電耦合 輸出點(diǎn)的輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 公共端公共端 輸出點(diǎn)輸出點(diǎn) PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章 繼電器輸出電路繼電器輸出電路COMLED K R內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路負(fù)載負(fù)載輸出點(diǎn)的輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 繼電器繼電器 機(jī)械機(jī)械觸點(diǎn)觸點(diǎn) 公共端公

13、共端 輸出點(diǎn)輸出點(diǎn) PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章用戶(hù)程序的循環(huán)掃描過(guò)程 1） 輸入采樣 PLC在系統(tǒng)程序控制下，以掃描方式順序讀輸入端口的狀態(tài)（如開(kāi)關(guān)的接通或斷開(kāi)），并寫(xiě)入輸入狀態(tài)寄存器，此時(shí)輸入狀態(tài)寄存器被刷新。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)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變。輸入狀態(tài)的改變只能在下一個(gè)掃描周期輸入采樣到來(lái)時(shí)，才能重新讀入。2） 程序執(zhí)行 PLC按照梯形圖先左后右、先上后下的順序，掃描執(zhí)行每一條用戶(hù)程序。執(zhí)行程序時(shí)所用的輸入變量和輸出變量，是在相應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器和輸出狀態(tài)寄存器中取用，運(yùn)算的結(jié)果寫(xiě)入輸出狀態(tài)寄存器。3）輸出刷新 將輸出

14、狀態(tài)寄存器的內(nèi)容傳送給輸出端口，驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備，這才是PLC的實(shí)際輸出。PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章輸入、輸出延遲響應(yīng) 由于由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，而且采用循環(huán)掃描的工作方式，而且對(duì)輸入對(duì)輸入/輸出信號(hào)只在每個(gè)掃描周期的固定時(shí)間輸出信號(hào)只在每個(gè)掃描周期的固定時(shí)間集中輸入集中輸入/輸出，所以必然會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)相對(duì)輸出，所以必然會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào)的滯后現(xiàn)象。輸入信號(hào)的滯后現(xiàn)象。 輸入輸入/輸出滯后響應(yīng)又稱(chēng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是輸出滯后響應(yīng)又稱(chēng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指指PLC的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化到它控制的有的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化到它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)間間隔。關(guān)外部

15、輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)間間隔。 它由它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分三部分組成。組成。 PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章 產(chǎn)生產(chǎn)生I/O滯后現(xiàn)象的原因滯后現(xiàn)象的原因 PLC的的I/O滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象（1） 由于由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。采用循環(huán)掃描的工作方式。 PLC只在每個(gè)掃描周期的只在每個(gè)掃描周期的I/O刷新階段集中輸入刷新階段集中輸入/輸輸出，導(dǎo)致輸出信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào)滯后。出，導(dǎo)致輸出信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào)滯后。（2 2） 輸入濾波器對(duì)信號(hào)的延遲作用。輸入濾波器對(duì)信號(hào)的

16、延遲作用。濾波器時(shí)間常數(shù)越大，對(duì)輸入信號(hào)的延遲作用越強(qiáng)。濾波器時(shí)間常數(shù)越大，對(duì)輸入信號(hào)的延遲作用越強(qiáng)。有的有的PLCPLC其輸入電路濾波器的時(shí)間常數(shù)可以調(diào)整。其輸入電路濾波器的時(shí)間常數(shù)可以調(diào)整。PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章輸出輸出ON延時(shí)。延時(shí)。 （3） 輸出繼電器的動(dòng)作延遲（繼電器輸出型輸出繼電器的動(dòng)作延遲（繼電器輸出型PLC）從輸出鎖存器從輸出鎖存器ON、到輸出觸點(diǎn)、到輸出觸點(diǎn)ON經(jīng)歷一定時(shí)間經(jīng)歷一定時(shí)間 （4） 用戶(hù)程序的長(zhǎng)短及語(yǔ)句編排。用戶(hù)程序的長(zhǎng)短及語(yǔ)句編排。要求有較快響應(yīng)的場(chǎng)合要求有較快響應(yīng)的場(chǎng)合最好不要使用最好不要使用繼電器輸出型繼電器輸出型PLC。 I/O滯后現(xiàn)象

17、，對(duì)慢速控制系統(tǒng)影響不大。滯后現(xiàn)象，對(duì)慢速控制系統(tǒng)影響不大。要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合，需要解決要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合，需要解決I/O速度問(wèn)題。速度問(wèn)題。PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章輸入、輸出延遲響應(yīng) 輸入電路濾波時(shí)間，它由輸入電路濾波時(shí)間，它由RC濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定。濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定。改變時(shí)間常數(shù)可調(diào)整輸入延遲時(shí)間。改變時(shí)間常數(shù)可調(diào)整輸入延遲時(shí)間。 PLC循環(huán)掃描的工作方式循環(huán)掃描的工作方式 用戶(hù)程序中語(yǔ)句的安排用戶(hù)程序中語(yǔ)句的安排 PLC對(duì)輸入采樣、輸出刷新的集對(duì)輸入采樣、輸出刷新的集中處理方式中處理方式 輸出電路的滯后時(shí)間，它與輸出電路的輸出方式有關(guān)。輸出電路的滯后時(shí)間，它與

18、輸出電路的輸出方式有關(guān)。繼電器輸出方式的滯后時(shí)間為繼電器輸出方式的滯后時(shí)間為10ms左右；雙向晶閘管輸出左右；雙向晶閘管輸出方式，在接通負(fù)載時(shí)滯后時(shí)間約為方式，在接通負(fù)載時(shí)滯后時(shí)間約為1ms，切斷負(fù)載時(shí)滯后時(shí)，切斷負(fù)載時(shí)滯后時(shí)間小于間小于10ms；晶體管輸出方式的滯后時(shí)間小于；晶體管輸出方式的滯后時(shí)間小于1ms。PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章CPU讀輸入讀輸入輸入輸出延遲時(shí)間最短響應(yīng)時(shí)間輸入輸入/輸出輸出刷新時(shí)間刷新時(shí)間最短響應(yīng)時(shí)間=輸入延遲時(shí)間+一個(gè)掃描周期+輸出延遲時(shí)間PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章CPU讀輸入讀輸入輸入輸入/輸出輸出刷新時(shí)間刷新時(shí)間最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間=輸入延遲時(shí)間+兩個(gè)掃描時(shí)間+輸出延遲時(shí)間輸入輸出延遲時(shí)間最短響應(yīng)時(shí)間PLC原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 第第2 2章章 I/O響應(yīng)時(shí)間的估算響應(yīng)時(shí)間的估算 以以20點(diǎn)的繼電器輸出型點(diǎn)的繼電器輸出型CPM1A為例。為例。 設(shè)輸入設(shè)輸入ON延時(shí)為延時(shí)為8毫秒毫秒 公共處理和公共處理和I/O刷新時(shí)間為刷新時(shí)間為2毫秒毫秒 執(zhí)行用戶(hù)程序時(shí)間為執(zhí)行用戶(hù)程序時(shí)間為14毫秒毫秒 輸出輸出ON延時(shí)為延時(shí)為15毫秒毫秒輸入狀態(tài)經(jīng)過(guò)一個(gè)掃描周期后在輸出得到響應(yīng)輸入狀態(tài)經(jīng)過(guò)一個(gè)掃描周期后在輸出得到響應(yīng) 最小最小I/O響應(yīng)時(shí)間