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可编程逻辑控制器,可编程逻辑控制器,历史简介结构组成工作原理,什么是,可编程逻辑控制器？,实物展示,西门子,实物展示,三菱,实物展示,欧姆龙,可编程逻辑控制器,西门子,三菱,欧姆龙,ABB,松下,罗克韦尔,施耐德,艾默生,可编程控制器的名称演变,1969 年时被称为可编程逻辑控制器，简称 PLC(Programmable Logic Controller)。70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，称其为可编程控制器，简称 PC(Programmable Controller)。但由于 PC 容易和个人计算机(Personal Computer)相混淆，故人们仍习惯地用 PLC作为可编程控制器的缩写。,可编程控制器定义,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。它采用了可编程序的存储器，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，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。,可编程控制器的产生,1968 年美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司（GM 公司）提出设想。1969 年美国数字设备公司研制出了世界上第一台 PC，型号为 PDP-14。,可编程控制器的产生,第一代：从第一台可编程控制器诞生到 70 年代初期。其特点是：CPU 由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器；第二代：70年代初期到 70 年代末期。其特点是：CPU 采用微处理器，存储器采用 EPROM；,可编程控制器的产生,第三代：70年代末期到 80 年代中期。其特点是：CPU 采用 8 位和 16 位微处理器，有些还采用多微处理器结构，存储器采用 EPROM、EAROM、CMOSRAM 等；,可编程控制器的产生,第四代：80年代中期到 90 年代中期。PC 全面使用8 位、16 位微处理芯片的位片式芯片，处理速度也达到 1us/步；第五代：90年代中期至今。PC 使用16 位和 32 位的微处理器芯片，有的已使用 RISC芯片。,案例简介,案例简介,案例简介,问题提出,传统的继电接触控制系统，只能改变某些硬件接线，才能完成上述的两种控制方式，而可编程控制器控制系统可在不改变硬件接线的情况下，通过修改程序而实现控制顺序的变化。,可编程控制器的基本特点,使用方便，编程简单功能强，性能价格比高硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强可靠性高，抗干扰能力强系统的设计、安装、调试工作量少维修工作量小，维修方便,向高速度、大存储容量方向发展，CPU 处理速度进一步加快，存储容量进一步扩大。控制系统将分散化分散控制、集中管理的原则。可靠性进一步提高，硬件冗余的容错技术将进一步应用。控制与管理功能一体化，PC 将广泛采用计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使 PC 系统的生产控制功能和信息管理功能融为一体。,可编程控制器的发展趋势,可编程控制器的发展趋势,应用领域,1、开关量逻辑控制 2、模拟量闭环控制 3、数据量的职能控制 4、数据采集与监控 5、通讯联网与集算散控制,可编程逻辑控制器,历史简介结构组成工作原理,问题,1、可编程控制器由哪几部分组成？2、可编程控制器怎样分类？,可编程控制器的组成,硬件构成,1、中央处理单元（CPU）2、存储器（ROM/RAM）3、可编程控制器输入端口电路4、可编程控制器输出接口电路5、模拟量接口电路6、电源7、编程器,1、中央处理单元（CPU）,(1)诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。(2)采集现场的状态或数据，并送入PLC的寄存器中。(3)逐条读取指令，完成各种运算和操作。(4)将处理结果送至输出端。(5)响应各种外部设备的工作请求。,2、存储器（ROM/RAM）,（1）系统程序存储器（ROM）用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据PLC 出厂前已将其固化在只读存储器ROM 或PROM中用户不能更改。,2、存储器（ROM/RAM）,（2）用户存储器（RAM）包括用户程序存储区和工作数据存储区。这类存储器一般由低功耗的 CMOS-RAM 构成，其中的存储内容可读出并更改。掉电会丢失存储的内容，一般用锂电池来保持。注意：PLC产品手册中给出的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的,3、可编程控制器输入端口电路,开关量输入接口电路采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关等现场输入设备的控制信号转换成 CPU 所能接受和处理的数字信号。,3、可编程控制器输入端口电路,PLC的输入接口电路（直流输入型）,4、可编程控制器输出接口电路,开关量输出接口电路：采用光电耦合电路，将CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动继电器、接触器、电磁阀等外部设备的通断电。,4、可编程控制器输出接口电路,有三种类型：第一：继电器输出型第二：晶闸管输出型第三：晶体管输出型,第一：继电器输出型,为有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路。,第二：晶闸管输出型,为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载。,第三：晶体管输出型,为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。,5、模拟量接口电路,（1）模拟量输入接口：把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合PLC内部处理的有若干位二进制数字表示的信号标准的模拟量信号：电流信号：420mA 电压信号：110V（2）模拟量输出接口：将PLC运算处理的若干位数字量信号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制的要求信号（3）智能输入输出接口：自带CPU，由专门的处理能力，与主CPU配合共同完成控制任务，可减轻主CPU工作负担，又可提高系统的工作效率,6、电源,PLC的电源是指将外部输入的交流电处理后转换成满足PLC 的CPU、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。许多 PLC 的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备（传感器）提供标准电源。,7、编程器,编程器：专用的手持式、台式；电脑+编程软件。作用：编程，调试，监控,可编程控制器的分类,按硬件的结构类型分类：整体式、模块式、叠装式。按 I/O点数的多少分类：小型PLC、中型 PLC、大型PLC,可编程逻辑控制器,历史简介结构组成工作原理,可编程控制器是如何工作的？,继电器控制系统：硬逻辑并行运行的方式计算机控制系统：采用等待命令的工作方式，如键盘扫描方式或I/O扫描方式可编程控制器控制系统：循环扫描工作方式，即系统工作任务管理及应用程序执行都是按循环扫描方式完成的,工作原理,可编程控制器工作原理,可编程控制器在开机后，完成内部处理、通信处理、输入刷新、程序执行、输出刷新五个工作阶段，称为一个扫描周期。完成一次扫描后，又重新执行上述过程，可编程控制器这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。,1、信号传递过程(从输入到输出),最终输出刷新将输出映像寄存器的状态写入输出锁存电路，再经输出电路传递输出端子，从而控制外接器件动作。,2、扫描周期和 I/O 滞后时间,可编程控制器在运行工作状态时，执行一次扫描操作所需要的时间称为扫描周期。其典型值为1100ms。I/O 滞后时间又称为系统响应时间，是指可编程控制器外部输入信号发生变化的时刻起至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的间隔。,PLC的扫描工作过程,一个扫描周期主要分为三个阶段：1）输入刷新阶段 2）程序执行阶段 3）输出刷新阶段,I/O 滞后现象的原因,（1）输入滤波器有时间常数（2）输出继电器有机械滞后（3）PC循环操作时，进行公共处理、I/O刷新和执行用户程序等产生扫描周期（4）程序语句的安排，也影响响应时间,可编程控制器的系统配置,1、FX2N 系列可编程控制器型号格式如下：M：基本单元 E：输入输出混合扩展单元与扩展模块 EX：输入专用扩展模块 EY：输出专用扩展模块 R：继电器输出 S：晶体管输出 T：晶闸管输出,2、FX2N 系列可编程控制器系统配置,FX 系列中功能最强、速度最高的微型可编程控制器。基本指令执行时间高达0.08s用户存储器容量可扩展到 16K 步最大可以扩展到 256 个 I/O 点有 5 种模拟量输入/输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、4种位置控制模块、多种RS-232C/RS-422/RS-485 串行通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板，使用特殊功能模块和功能扩展板，可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。,3、可编程控制器的技术性能指标,1.输入/输出点数 2.存储容量 3.扫描速度 4.指令系统 5.可扩展性 6.通信功能,