第八章可编程控制器技术 ■8.1可编程控制器(PLC) 811PLC的定义 国际电工委员会(EC)对可编程控制器(PLC 作出如下定义:“可编程控制器是一种专为在工 业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统。 它采用一种可编程存储器,在其内部存储执行逻 辑运算、顺序控制、定时和算术运算等操作的指 令,通过数字式模拟式的输入输出来控制各种类 型的机械设备或生产过程。可编程控制器及其有 源设备的设计原则是:它应按易于与工业控制系 统连成一个整体和具有扩充功能
第八章 可编程控制器技术 ◼ 8.1 可编程控制器(PLC) ◼ 8.1.1 PLC的定义 ◼ 国际电工委员会(IEC)对可编程控制器(PLC) 作出如下定义：“可编程控制器是一种专为在工 业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统。 它采用一种可编程存储器，在其内部存储执行逻 辑运算、顺序控制、定时和算术运算等操作的指 令，通过数字式模拟式的输入输出来控制各种类 型的机械设备或生产过程。可编程控制器及其有 源设备的设计原则是：它应按易于与工业控制系 统连成一个整体和具有扩充功能”
812PLC的特点与应用 1.可编程控制器的主要特点 PIC与其它控制装置相比具有以下特点: ■(①)适合工业控制环境 PIC工作条件不需要通常的计算机机房设备,可直接 置于工业控制现场之中,其I/○模块输出具有一定的功率 驱动能力,输入也允许一般工业环境中的交直流电源 许多情况下可与电器元件、调速器、检测元件直接相连接 (2)高可靠性 PLC是专为工业控制而设计的,可在恶劣工 业环境下与强电设备一起工作,运行的稳定性和 可靠性较高 用MTB平均无故障时间和 PC主机CPU的MB般可达2万小时以上,1 O模块可达80万小时左右,PC系统的MTBF可 达2万小时以上
8.1.2 PLC的特点与应用 ◼ 1．可编程控制器的主要特点 ◼ PLC与其它控制装置相比具有以下特点： ◼ (1) 适合工业控制环境 ◼ PLC工作条件不需要通常的计算机机房设备，可直接 置于工业控制现场之中，其 I/O模块输出具有一定的功率 驱动能力，输入也允许一般工业环境中的交、直流电源， 许多情况下可与电器元件、调速器、检测元件直接相连接。 ◼ (2) 高可靠性 ◼ PLC是专为工业控制而设计的，可在 恶劣工 业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和 可靠性较高。一般用MTBF(平均无故障时间)和 MTTR(平均修复时间)这两项指标来衡量其可靠性。 PLC主机CPU的 MTBF一般可达20万小时以上，I ／O模块可达 80万小时左右，PLC系统的 MTBF可 达 2万小时以上
3)可编程 ■pIC的最大特点 就是PC的控制逻辑靠用户编程来 实现(相对于继电器等控制)。与讦算机玀程相比,它采用 易学、易懂的梯形图编程语言,它是以计算机软件技术构 继电器模型,形成一种独具风格的以继电器 梯形图为基 象编程语言。 (4)易于扩展 ①控制规模上的扩展指控制I/O点数增加,目前最小的 PLC单元为16点,可扩充的最大规模高达2000点以上。 ②控制区域上的扩展,以ABD公司的PC-5系列为例, 其主机到最远一个Ⅰ/O站的距离可达3千米远。 ③控制功能上的扩展PC系统拥有丰富的待殊功能模块, 速计数模块、通信联网模块、存储扩展模块′ ④通信功能上的扩展指PC的通信联网功能,目前PLC的 通信网络,下可接单元仪表、回路调 上可接小型 婁第毋阿名,是实现管控结合、工厂启动化不可缺
◼ (3) 可编程 ◼ PLC的最大特点之一，就是PLC的控制逻辑靠用户编程来 实现(相对于继电器等控制)。与计算机编程相比，它采用 易学、易懂的梯形图编程语言，它是以计算机软件技术构 成人们惯用的继电器模型，形成一种独具风格的以继电器 梯形图为基础的形象编程语言。 ◼ (4) 易于扩展 ◼ ① 控制规模上的扩展指控制I/O点数增加，目前最小的 PLC单元为16点，可扩充的最大规模高达2000点以上。 ◼ ② 控制区域上的扩展，以AB D公司的PLC－5系列为例， 其主机到最远一个I/O站的距 离可达3千米远。 ◼ ③ 控制功能上的扩展PLC系统拥有丰富的待殊功能模块， 如高速计数模块、通信联网模块、存储扩展模块等。 ◼ ④ 通信功能上的扩展指PLC的通信联网功能，目前PLC的 通信网络，下可接单元仪表、回路调节器，上可接小型计 算机及其管理网络，是实现管控结合、工厂启动化不可缺 少的重要部分
5体积小,易于维护PC的体积小、重量轻, 易于安装和维护。PⅠC配备有自检和监控一功能、 检查出自身的故障并随时显示给操作人员,能 动态地监视控制程序的执行情况,为现场的调试 和维护提供了方便。再者,由于接线少,维修时 只需更换插入式模块,维护方便
◼ (5) 体积小，易于维护 PLC的体积小、重量轻， 易于安装和维护。 PLC配备有自检和监控一功能、 能检查出自身的故障并随时显示给操作人员，能 动态地监视控制程序的执行情况，为现场的调试 和维护提供了方便。再者，由于接线少，维修时 只需更换插入式模块，维护方便
2.PLC的主要功能 (1)条件控制PC具有逻辑运算功能,可代替继电 器进行开关量控制 (2)限时控制PC具有定时功能,它为用户提供了 用定时指令设置的若干个电子定时器进行限时控 制和延时控制。 ()计数控制PC具有计数控制功能,它为用户提 供了用设置指令计数的若干个计数器,电子值可 以在运行中读出与修改。 步进控制PIC具有步进控制功能,使系统在完 成前道工序后才能转入下道工序,实现步进控制。 ⑤5数据处理PC具有数据处理功能,如并行运算 并行数据传送、BCD码的自行运算等
2．PLC的主要功能 ◼ (1) 条件控制 PLC具有逻辑运算功能，可代替继电 器进行开关量控制。 ◼ (2) 限时控制 PLC具有定时功能，它为用户提供了 用定时指令设置的若干个电子定时器进行限时控 制和延时控制。 ◼ (3) 计数控制 PLC具有计数控制功能，它为用户提 供了用设置指令计数的若干个计数器，电子值可 以在运行中读出与修改。 ◼ (4) 步进控制 PLC具有步进控制功能，使系统在完 成前道工序后才能转入下道工序，实现步进控制。 ◼ (5) 数据处理 PLC具有数据处理功能，如并行运算、 并行数据传送、BCD码的自行运算等
■(⑥通信和联网PC采用通信技术,进行上位链 接,构成一台计算机与每台PC的分布控制网络, 以完成复杂的网络控制和通信。 )A/D、D/A转换可完成对模拟量的控制。 ■(⑧)对控制系统进行监控操作人员可以通过监控 令监控有关程序的运行状态,调整走时计数设 定值 ■(⑨)自诊断功能可以在线诊断系统的软、硬件故 障状况,诊断机器和生产过程中的故障状况
◼ (6) 通信和联网 PLC采用通信技术，进行上位链 接，构成一台计算机与每台PLC的分布控制网络， 以完成复杂的网络控制和通信。 ◼ (7) A／D、D／A转换 可完成对模拟量的控制。 ◼ (8) 对控制系统进行监控 操作人员可以通过监控 命令监控有关程序的运行状态，调整走时计数设 定值。 ◼ (9) 自诊断功能 可以在线诊断系统的软、硬件故 障状况，诊断机器和生产过程中的故障状况
3.PLC的应用场合 目前PLC应用领域大致可分为四类: (1)用于开关逻辑控制主要用于对机械设备规定的逻辑动 作控制,如机床电器控制、电机控制等;用来进行顺序控 制和程序控制,如髙炉上料系统、电梯控制、采矿带的运 输等。总之,可用于单机控制、多机控制和自动生产线的 控制。 ■(2)用于闭环过程控制给PC配上PID调节控制、比例控 制等过程控制软件包后,能广泛应用于锅炉、酿酒、水处 理等场合,并可用于闭环的位置控制和速度控制,如自动 电焊机控制、辊轧机的位置控制等。 3)用于机械加工的数字控制PC能和机械加工中的数控 装置组成一体,联机使用。 ■④4用于组成分布控制系统PIC具有通信联网功能,可组 成小型分布式控制系统,广泛应用于石油、化工、电力等 部门
3．PLC的应用场合 ◼ 目前PLC应用领域大致可分为四类： ◼ (1) 用于开关逻辑控制 主要用于对机械设备规定的逻辑动 作控制，如机床电器控制、电机控制等；用来进行顺序控 制和程序控制，如高炉上料系统、电梯控制、采矿带的运 输等。总之，可用于单机控制、多机控制和自动生产线的 控制。 ◼ (2) 用于闭环过程控制 给PLC配上PID调节控制、比例控 制等过程控制软件包后，能广泛应用于锅炉、酿酒、水处 理等场合，并可用于闭环的位置控制和速度控制，如自动 电焊机控制、辊轧机的位置控制等。 ◼ (3) 用于机械加工的数字控制 PLC能和机械加工中的数控 装置组成一体，联机使用。 ◼ (4) 用于组成分布控制系统 PLC具有通信联网功能，可组 成小型分布式控制系统，广泛应用于石油、化工、电力等 部门
813PLC的硬件系统组成 PLC的基本组成部分包括CPU、存储器和I /O系统三个部分。PIC的系统程序和用户 程序都存放在存储器中,现场输入信号经 过I/O系统传送至CPU,CPU按照用户程序 存储器里存放的程序指令,执行逻辑或算 术运算,并发出相应的控制指令,该指令 通过/O系统传送至现场,驱动相应的执 行机构动作,从而完成相应的控制任务
8.1.3 PLC的硬件系统组成 ◼ PLC的基本组成部分包括CPU、存储器和I ／O系统三个部分。PLC的系统程序和用户 程序都存放在存储器中，现场输入信号经 过I/O系统传送至CPU，CPU按照用户程序 存储器里存放的程序指令，执行逻辑或算 术运算，并发出相应的控制指令，该指令 通过 I／O系统传送至现场，驱动相应的执 行机构动作，从而完成相应的控制任务
主机 电源 微处理器(CPU 运算器 户输入设备 输入单 输出单元 用户输出 元 控制器 编程器 存f 储器 VO I/O 外部设 盒式磁带机 外设接口 EPROM RAM 打印机 系统程序〖用户程序 扩展接口 扩展机 备 EPROM写入器 图形监控系统 PC或上位计算机 PLC的硬件系统简化框图
PLC的硬件系统简化框图