电气控制与PLC技术 第2版 向晓汉 第5章 可编程控制器基本知识新.ppt

第5章 可编程控制器基本知识 5.1 概 述 可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC），国际电工委员会（IEC）于1985年对可编程控制器作了如下定义：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指令，并通过数字、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 1．PLC的发展历史 1969年，美国的通用汽车公司（GM）公开招标，要求用新的装置取代继电器控制装置，并提出10项招标指标，要求编程方便、现场可修改程序、维修方便、采用模块化设计、体积小、可与计算机通信等。 同一年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程控制器PDP-14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，并取得了满意的效果，可编程控制器从此诞生。 1971年日本引进这项技术，很快研制出日本第一台PLC，欧洲于1973年研制出第一台PLC，我国从1974年开始研制，1977年国产PLC 正式投入工业应用。 进入20世纪80年代以来，随着电子技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC得到快速发展，随着远程输入/输出、通信网络、数据处理和图像显示的发展，已经使得PLC普遍用于控制复杂的生产过程。PLC已经成为工厂自动化的三大支柱之一。 2．PLC的主要特点 其主要特点如下。 （1）抗干扰能力强、可靠性高 （2）程序简单易学，系统的设计调试周期短 （3）安装简单，维修方便 （4）采用模块化结构 （5）丰富的I/O接口模块，扩展能力强 3．PLC的应用范围 （1）顺序控制 （2）计数和定时控制 （3）位置控制 （4）模拟量处理 （5）数据处理 （6）通信连网 4．PLC的分类 （1）从组成结构形式分类 可以将PLC分为两类：一类是整体式PLC（也称单元式）；另一类是标准模板式结构化的PLC（也称组合式）。 （2）按输入/输出（I/O）点数分类 ① 小型PLC。 I/O点数一般在128点以下。 ② 中型PLC。 I/O点数一般在256～1?024点之间。 ③ 大型PLC。 1?024点以上的称为大型PLC。 5．PLC的性能指标 （1）输入/输出（I/O）点数 （2）存储容量 （3）扫描速度 （4）指令系统 （5）内部寄存器（继电器） （6）扩展能力 6．PLC与继电器系统的比较 两者的性能比较见表5-1。 7．PLC与计算机的比较 两者的性能比较见表5-2。 8．PLC的发展趋势 PLC的发展趋势如下。 ① 向高性能、高速度、大容量的方向发展。 ② 网络化。③ 小型化、低成本、简单易用。 ④ 不断提高编程软件的功能。 ⑤ 适合PLC应用的新模块。 ⑥ PLC的软件化与PC化。 9．PLC在我国的应用 目前PLC在我国得到了广泛的应用，几乎所有知名厂家的PLC产品在我国都有应用。 我国自主品牌的PLC生产厂家有近30余家。 5.2 PLC的结构和工作原理 5.2.1 PLC的硬件组成 可编程控制器种类繁多，但其基本结构和工作原理相同。可编程控制器的功能结构区由CPU（中央处理器）、存储器和输入/输出模块三部分组成，如图5-1所示。 1．CPU（中央处理器） CPU的功能是完成PLC内所有的控制和监视操作。中央处理器一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储器、输入/输出接口电路连接。 2．存储器 在PLC中使用两种类型的存储器：一种是只读类型的存储器，如EPROM和EEPROM，另一种是可读/写的随机存储器RAM。PLC的存储器分为5个区域，如图5-2所示。 用户存储器的类型可以是随机存储器、可擦除存储器（EPROM）和电擦除存储器（EEPROM），高档的PLC还可以使用Flash ROM（闪速存储器）。用户编程存储器主要用于存放用户编写的程序。存储器的关系如图5-3所示。 3．输入/输出接口 可编程控制器的输入和输出信号可以是开关量或模拟量。输入/输出接口是PLC内部弱电（Low Power）信号和工业现场强电（High Power）信号联系的桥梁。 输入/输出接口主要有两个作用，一是利用内部的电隔离电路将工业现场和PLC内部进行隔离，起保护作用；二是调理信号，可以将把不同的信号（如强电、弱电信号）调理成CPU可以处理的信号（5V、3.3V或2.7V等），如图5-4所示。 输入/输出接