清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 21世纪高职高专规划教材 俞国亮主编 21世纪高职高专规划散材 pee 后用电平求系 原理与应用 PLc原理与应用 (三菱FX系列) 俞国亮主编 清华大学出版社
PLC 原理与应用 21世纪高职高专规划教材 俞国亮 主编
清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 第1章可编程控制器基础 本章要求 本章主要介绍可编程控制器基础知识。要 求了解可编程控制器的硬件结构、软件系 统和用户程序的特点;熟悉可编程控制器 的性能指标、扫描周期、I/0响应时间;掌 握可编程控制器的扫描工作方式的基本原 理
第1章 可编程控制器基础 本章要求 – 本章主要介绍可编程控制器基础知识。要 求了解可编程控制器的硬件结构、软件系 统和用户程序的特点；熟悉可编程控制器 的性能指标、扫描周期、I/O响应时间；掌 握可编程控制器的扫描工作方式的基本原 理
清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 1.1可编程控制器概述 可编程控制器( Programmable Controller)的英文缩写 是PC,容易同个人计算机( Personal Computer)混淆, 因此通常都称其为PLC( Programmable Logic Controller)。 PIC是在继电器控制基础上以微处理器为核心,将自 动控制技术,计算机技术和通信技术融为一体而发展 起来的一种新型工业自动控制装置。目前PLC已基本 替代了传统的继电器控制系统,成为工业自动化领域 中最重要、应用最多的控制装置,居工业生产自动化 大支柱(可编程控制器、机器人、计算机辅助设计 与制造)的首位
1.1 可编程控制器概述 可编程控制器（Programmable Controller）的英文缩写 是PC，容易同个人计算机（Personal Computer）混淆， 因此通常都称其为PLC（Programmable Logic Controller）。 PLC是在继电器控制基础上以微处理器为核心，将自 动控制技术，计算机技术和通信技术融为一体而发展 起来的一种新型工业自动控制装置。目前PLC已基本 替代了传统的继电器控制系统，成为工业自动化领域 中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化 三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计 与制造）的首位
清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 1.11可编程控制器的产生 继电器控制系统用硬件实现控制程序,当产品更新时 必须改变相应的器件和接线。现代社会制造工业迫切 需要一种新的更先进的“柔性″的控制系统来取代。 20世纪60年代末,美国通用汽车公司(GM)希望有 种“柔性”的汽车制造生产线来适应汽车型号不断更 新的要求,GM提出10条要求,并公开向制造商招标 美国数字设备公司(DEC)根据以上要求,于1969年 硏制出了第一台可编程控制器PDP-14,并在美国通用 汽车公司的生产线上取得了成功。它用计算机的软组 件的逻辑编程成功取代了继电器控制的硬接线编程, 生产硬设备的生产线是“柔性”的愿望终于实现了
继电器控制系统用硬件实现控制程序，当产品更新时， 必须改变相应的器件和接线。现代社会制造工业迫切 需要一种新的更先进的“柔性”的控制系统来取代。 20世纪60年代末，美国通用汽车公司（GM）希望有一 种“柔性”的汽车制造生产线来适应汽车型号不断更 新的要求，GM提出10条要求，并公开向制造商招标。 美国数字设备公司（DEC）根据以上要求，于1969年 研制出了第一台可编程控制器PDP－14，并在美国通用 汽车公司的生产线上取得了成功。它用计算机的软组 件的逻辑编程成功取代了继电器控制的硬接线编程， 生产硬设备的生产线是“柔性”的愿望终于实现了。 1.1.1 可编程控制器的产生
清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 112PLC的特点 初期:用来替代继电器控制,进行开关量逻辑控制。 70年后:随着微电子技术、计算机技术的发展,PLC以 单片机或其它16位、32位的微处理器作为主控芯片输 入输出等电路也采用ISI或VLSI,功能有了突飞猛进的 发展。PLC除有开关量控制外,还具有数据处理、数据 通信、模拟量控制和PD调节等功能。 80年:NEMA(美国电气制造商协会)将命名中的 “逻辑”一词摘掉,称为 Programmable Controller 定义:PC是一种数字式的电于装置,它使用可编程序 的存储器以及存储指令,能够完成逻辑、顺序、定时、 计数及算术运算等功能,并通过数字或模拟的输入, 输出接口控制各种机械或生产过程。PIC有如下特点
1.1.2 PLC的特点 初期：用来替代继电器控制，进行开关量逻辑控制。 70年后：随着微电子技术、计算机技术的发展，PLC以 单片机或其它16位、32位的微处理器作为主控芯片,输 入/输出等电路也采用LSI或VLSI, 功能有了突飞猛进的 发展。PLC除有开关量控制外，还具有数据处理、数据 通信、模拟量控制和PID调节等功能。 80年： NEMA（美国电气制造商协会）将命名中的 “逻辑”一词摘掉，称为Programmable Controller。 定义：PC是一种数字式的电于装置，它使用可编程序 的存储器以及存储指令，能够完成逻辑、顺序、定时、 计数及算术运算等功能，并通过数字或模拟的输入、 输出接口控制各种机械或生产过程。 PLC有如下特点：
清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 112PLC的特点2 1)可靠性高,抗干扰能力强 采用LSI,开关是无触点的,而硬继电器用的是机械蝕 点开关,可靠程度无法比拟。软硬件抗干扰措施: 硬件:器件筛选和老化。电路采用光电隔离器,隔断 IO电路与內部电路的直流通路,抑制外部千扰源的影 响。电源采取屏蔽、稳压、保护等措施。设置“看门 狗”( watchdog)电路,能把走飞程序拉回来(自动恢 复)。结构上采用耐热、密封、防潮、防尘和抗振的 外壳封装适应恶劣工业环境。 软件:数字滤波、故障检测与诊断,自动扫描,出错 自动处理(报警、保护数据和封锁输出)。采用 EEPROM, 保护断电后用户程序和数据不会丢失。采用循环扫描 的方式
1.1.2 PLC的特点 2 （1）可靠性高，抗干扰能力强 采用LSI，开关是无触点的，而硬继电器用的是机械触 点开关，可靠程度无法比拟。软硬件抗干扰措施： 硬件：器件筛选和老化。电路采用光电隔离器，隔断 I/O电路与内部电路的直流通路，抑制外部干扰源的影 响。电源采取屏蔽、稳压、保护等措施。设置 “看门 狗”（watchdog）电路，能把走飞程序拉回来（自动恢 复）。结构上采用耐热、密封、防潮、防尘和抗振的 外壳封装,适应恶劣工业环境。 软件：数字滤波、故障检测与诊断，自动扫描，出错 自动处理(报警、保护数据和封锁输出)。采用EEPROM, 保护断电后用户程序和数据不会丢失。采用循环扫描 的方式
清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 112PLC的特点3 (2)编程软件,简单易学 从清晰直观的继电器控制线路演化过来的梯形图程序 易学易懂,易修改,深受电器工作人员的欢迎。 (3)适应性好,具有柔性 生产工艺或设备改变时,不必改变硬设备,只需改变 相应的软件就可满足新的控制要求。产品已标准化 系列化和模块化,以适应不同的控制要求。 (4)功能完善,接口多样 除基本单元外,还可选配各种特殊适配器,满足不同 的需要,如数字量(模拟量输入输出,定时计数,A/D 与D/A转换,数据处理,通信联网等功能。 (5)易于操作,维护方便
1.1.2 PLC的特点 3 （2）编程软件，简单易学 从清晰直观的继电器控制线路演化过来的梯形图程序 易学易懂，易修改，深受电器工作人员的欢迎。 （3）适应性好，具有柔性 生产工艺或设备改变时，不必改变硬设备，只需改变 相应的软件就可满足新的控制要求。产品已标准化、 系列化和模块化，以适应不同的控制要求。 （4）功能完善，接口多样 除基本单元外，还可选配各种特殊适配器，满足不同 的需要，如数字量/模拟量输入输出，定时计数， A / D 与D／A转换，数据处理，通信联网等功能。 （5）易于操作，维护方便
清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 112PLC的特点4 安装方便:具有DN标准导轨安装用卡扣 连接方便:具有输入输岀端子排,只要用螺丝刀就可 以与不同的控制设备连接。 调试方便:输入信号可用开关来模拟,输出信号可观 察面板发光二极管 维护方便:完善的自诊断功能和运行故障指示装置。 (6)体积小、重量轻、功耗低 产品结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低。 如FX1S-20MT型PLC 外形尺寸:75mm×90mmx87mm, 重量:400g,功耗:20W。这种迷你型PLC很容易嵌入 机械设备内部,是实现机电一体化的理想控制设备
1.1.2 PLC的特点 4 安装方便：具有DIN标准导轨安装用卡扣。 连接方便：具有输入/输出端子排，只要用螺丝刀就可 以与不同的控制设备连接。 调试方便：输入信号可用开关来模拟，输出信号可观 察面板发光二极管。 维护方便：完善的自诊断功能和运行故障指示装置。 （6）体积小、重量轻、功耗低 产品结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低。 如FX1S－20MT型PLC： 外形尺寸：75mm×90mm×87mm， 重量：400g，功耗：20W。这种迷你型PLC很容易嵌入 机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备
清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 113PLC应用 PIC的主要应用有以下5个方面。 (1)开关量逻辑控制 是PLC最基本的应用,即用PLC取代传统的继电器控制 系统,实现逻辑控制和顺序控制。 (2)模拟量过程控制 控制连续变化的模拟量,如温度、压力、速度、流量 液位、电压和电流等均为模拟量。通过各种传感器 将相应的模拟量转化为电信号,然后通过A/D模块将它 们转换为数字量送PC内部CPU处理,处理后的数字量 再经过D∧A转换为模拟量进行输出控制。 (3)机械件位置控制 用专用的位置控制模块来控制步进电机或伺服电机
1.1.3 PLC应用 PLC的主要应用有以下5个方面。 （1）开关量逻辑控制 是PLC最基本的应用，即用PLC取代传统的继电器控制 系统，实现逻辑控制和顺序控制。 （2）模拟量过程控制 控制连续变化的模拟量，如温度、压力、速度、流量 、液位、电压和电流等均为模拟量。通过各种传感器 将相应的模拟量转化为电信号，然后通过A/D模块将它 们转换为数字量送PLC内部CPU处理，处理后的数字量 再经过D/A转换为模拟量进行输出控制。 （3）机械件位置控制 用专用的位置控制模块来控制步进电机或伺服电机
清华大学出版社 TSINGHUA UNIVERSITY PRESS 113PLC应用 实现对各种机械构件的运动控制,如速度、位移、方 方向等。典型应用有:机器人的运动控制、机械手的 位置控制、电梯运动控制等;PLC还可与计算机数控 CNC)装置组成数控机床,以数字控制方式控制零件 的加工、金属的切削等等,实现了高精度的加工 (4)现场数据采集处理 可以方便地对生产现场的数据进行采集、分析和加工 处理。 (5)通信联网、多级控制 PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间通信,要采用 专用通信模块,并利用RS-232C或RS-422A接口,用 双绞线或同轴电缆或光缆将它们联成网络
1.1.3 PLC应用 实现对各种机械构件的运动控制，如速度、位移、方 方向等。典型应用有：机器人的运动控制、机械手的 位置控制、电梯运动控制等；PLC还可与计算机数控（ CNC）装置组成数控机床，以数字控制方式控制零件 的加工、金属的切削等等，实现了高精度的加工。 （4）现场数据采集处理 可以方便地对生产现场的数据进行采集、分析和加工 处理。 （5）通信联网、多级控制 PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间通信，要采用 专用通信模块，并利用RS－232C或RS-422A接口，用 双绞线或同轴电缆或光缆将它们联成网络