电气控制与可编程序控制器应用技术 第2版 教学课件 ppt 作者 刘祖其 第5章 可编程控制器基础知识

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图5-3 PLC循环扫描工作过程
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5.3.2工作过程
PLC工作的三个阶段 （1）输入采样阶段 （2）程序执行阶段 （3）输出处理阶段

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6.其它接口

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其它接口包括外存储器接口、BEPPROM写入器 接口、A/D转换接口、D/A转换接口、远程通信接口、 与计算机相连的接口、打印机接口、与CRT相连的 接口等。
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5.2 PLC的基本组成

5.2.1 PLC的硬件组成
PLC的基本组成包括硬件与软件两部分： PLC的硬件组成包括中央处理器 （CPU）、存储器(RAM、ROM)、输入/输出 (I/O)接口、编程设备、通信接口、电源和其 他一些电路组成。PLC的硬件结构框图如图 5-1所示。

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通信与扩展接口的连接实例
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5.3 PLC 的工作原理
5.3.1

扫描工作方式
PLC采用循环扫描工作方式，为了连续地完成 PLC所承担的扫描工作,系统必须重复执行依一定的 顺序完成循环扫描工作方式，每重复一次的时间称 为一个扫描周期。由于PLC扫描速度很快,输入扫描 和输出刷新的周期时间通常为3ms左右,而程序执行 时间可根据程序的长度不同而不同。PLC一个扫描 周期通常为10-100ms,对一般工业被控对象来说,扫 描过程几乎是与输入同时完成的。如图5-3所示。
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1.可编程序控制器的定义 可编程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，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，并通过数字式和模拟式的输 入和输出，控制各种类型的机械设备或生产 过程。可编程控制器及其有关外围设备，都 应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩 充其功能的原则进行设计。

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5—2 PLC的等效电路
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4.电源模块
电源部件是把交流电转换成直流电源的装置,它 向PLC提供所需要的高质量直流电源。可编程控制 器电源包括各工作单元供电的开关稳压电源和掉电 保护电源。 PLC电源与普通电源相比稳定性好、抗干扰能 力强。许多PLC还向外提供DC 24V稳压电源，用于 对外部传感器供电。
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全国高等职业教育规划教材
电气控制与可编程序控制器应用技术
（第2版） 刘祖其 谢波 胡小东 编著
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第5章 PLC基础知识
5.1概述 5.2
5.3
5.4 5.5 5.6 5.7 5.8
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3.输入/输出接口
输入/输出(I/O)是PLC和工业控制现场各类信号 连接的部件。PLC通过输入接口把工业现场的状态 信息读入,输入部件接收是从开关、按钮、继电器触 点和传感器等输入的现场控制信号,通过用户程序的 运算与操作,对输入信号进行滤波、隔离、电平转换 等,把输入信号的逻辑值准确、可靠地传入PLC内部。 并将这些信号转换成中央处理器能接收和处理的数 字信号，把结果通过输出接口输出给执行机构。 PLC通过输出接口，接收经过中央处理器处理过 的输出的数字信号,并把它转换成被控制设备或显示 装置所能接收的电压或电流信号,从而驱动接触器、 电磁阀和指示器件等。 PLC的等效电路图图5-2所示。

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1.编程语言种类 PLC常用的编程语言有梯形图语言、语句 表语言、流程图语言及某些高级语言等，使 用最多的是前两者。 2.存储容量 小型机内存为1K到几K，中型机为几K至 几百K，大型机几百K至2M字节。 3.输入输出（I/O）总点数

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3.按实现的功能分类
（1）低档机：具有逻辑运算、定时、计数、移位以、 自诊断、监控等基本功能，低档机以逻辑运算为主, 可 实现逻辑、顺序、移位、计时计数控制等。 （2）中档机：PLC除具有低档机的功能外，还具 有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送、比 较、通信、子程序、远程I/O、中断处理等功能。可用 于复杂的逻辑运算及闭环控制场合。 （3）高档机：除具有中档机的功能外，增设有带符 号算术运算、位逻辑运算、矩阵运算、平方根运算以 及函数、表格、CRT显示、打印等功能。具有更强的 通信联网功能，使运算能力更强，还具有模拟调节、 联网通信、监视、记录和打印等功能，使PLC能进行 智能控制、远程控制、可用于大规模过程控制系统及 分布式生产过程综合控制管理系统、自动化网络。
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1.中央处理单元

中央处理单元(CPU)是PLC的核心部件, 整 个PLC的工作过程都是在中央处理器的统一 指挥和协调下进行的,它的主要任务是在系统 程序的控制下,完成逻辑运算、数学运算、协 调系统内部各部分工作等，然后根据用户所 编制的应用程序的要求去处理有关数据,最后 再向被控对象送出相应的控制(驱动)信号。
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5.4 PLC的主要性能指标
在对PLC性能进行描述时,经常用到位、数字、字 节及字等术语。 位指二进制的一位,仅有0、1两种取值。一个位 对应PLC一个继电器,某位的状态为0或1,分别对应 继电器线圈断电或通电。 4位二进制数构成一个数字,这个数字可以是 0000-1001(十进制),也可以是0000～1111(十六进 制)。 2个数字或8位二进制数构成一个字节。 2个字节构成一个字。在PLC术语中,字称为通道。 一个字含16位,或者说一个通道含16个继电器。
5.2.2

PLC的软件组成
1.系统程序 PLC的系统程序有三种类型。 1）是完成系统命令解释、功能子程序调用、 管理、监控、逻辑运算、通信、各种参数设 定、诊断等功能。 2）由PLC的制造厂家编写的，在PLC使用过 程中不会变动，它和PLC的硬件组成有关，它 关系到PLC的性能。 3）由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、 PROM或EPROM中，用户不能访问和修改。


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输入输出（I/O）点数越多，控制规模就越大。 目前输入输出点数为8～14336点甚至更多 。
4.扫描速度
目前更快的能达到0.75ms/K字逻辑运算程序。
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5.PLC内部继电器的种类
有如输入继电器、输出继电器、辅助继电器、 定时器、计数器、特殊继电器、数据寄存器、状态 继电器等。
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5.6 PLC的控制情况
PLC广泛应用于石油、化工、钢铁、电力、 建材、机械、汽车、轻纺、交通运输、环保及 文化娱乐等各个行业，控制情况可归纳为过程 控制、运动控制、开关量的逻辑控制、模拟量 控制、数据处理、通信及联网等。
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3.可编程序控制器的发展方向
目前PLC发展方向主要有两个: 一是朝着小型化、简易、廉价化、方向发展。单 片机技术的发展,促进了PLC向紧凑型发展,体积减小, 价格降低,可靠性不断提高。 二是朝着大型、高速、标准化、系列化、智能化、 高速化、大容量化、网络化方向发展,这将使PLC功 能更强,可靠性更高,使用更方便,适用面更多功能方 向发展。大型的PLC一般为多微处理器系统,有较大 的存储能力和功能强劲的输入/输出接口。

（2）小型PLC ：输入输出（I/O）点数在64～ 256之间 ,用户程序存储器容量通常在2～4KB。 （3）中型PLC ：输入输出点数在256～512点之 间,用户程序存储器容量通常在2～8K字。 （4）大型PLC ：入输出点数在512 ～8192之间， 用户程序存储器容量通常在8K～64KB。 （5）超大型PLC ：入输出点数在8192以上，用 户程序器容量大于64KB，目前已有I/O点数达 14336点的超大型PLC，使用32位微处理器。
PLC的基本组成 PLC的工作原理 PLC的性能指标 PLC的分类 PLC的控制情况 PLC的市场情况 PLC的发展趋势
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5.1概述

可编程序控制器综合了计算机技术、自动 控制技术和通信技术融为一体的新型工业自 动控制装置。它具有体积小、功能强、程序 设计简单、灵活通用、维护方便等一系列的 优点,在机械、冶金、能源、化工、石油、交 通、电力等领域中得到了越来越广泛的应用, PLC技术已经成为工业自动化控制三大技术 (PLC技术、机器人、计算机辅助设计与分析) 支柱之一。

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2.可编程序控制器的特点



(1)可靠性高,抗干扰能力强 (2) 通用性强,使用方便 (3) 程序设计简单,容易理解和掌握 (4) 系统设计周期短 (5) 体积小,重量轻 (6) 适应性强
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图5-1 PLC的硬件基本结构图
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2.存储器 存储器是PLC用来存放系统程序、用户程 序、逻辑变量及运算数据的单元。存储器的 类型有可读/写操作的随机存储器RAM和只读 存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。 在PLC中，PLC的软件系统由系统程序和用 户程序组成。
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2.用户程序 用户存储器是指使用者根据工程现场的生 产过程和工艺要求编写的控制程序，是PLC 应用于工业控制的一个重要环节。主要用于 存放用户按控制要求所编制的程序，可通过 编程器进行必要的修改。PLC的编程语言多 种多样，不同的PLC厂家，不同系列PLC采 用的编程语言不尽相同。

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5.编程器

编程器是PLC必不可少的重要外围设备。它的 主要作用是进行编辑、输入用户程序、检查、调 试、修改，用来监视PLC的工作状态。也可在线 监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。 它是开发、应用、维护PLC不可缺少的设备。

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2．按结构形式分类 （1）整体式：整体式PLC是将电源、 CPU、存储器、I/O接口安装在同一机体内, 具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格低。 一般小型PLC常采用这种结构。 （2）模块式：模块式PLC是将PLC各部分 分成若干个单独的模块，如电源模块、CPU 模块、输入模块、输出模块等。用户可根据 需要选配不同模块组成一个系统, 构成不同控 制规模和功能的PLC, 一般中型和大型PLC常 采用这种结构。



6.扩展能力
大部分PLC用I/0扩展单元进行I/O点数的扩展。 7.工作环境 工作环境的温度0～50oC
8.其它
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5.5 PLC的分类
1.按输入/输出点数分类 （1）超小型PLC：输入输出（I/O）点数在64 点以下,用户程序存储器容量通常在1～2KB。