《电机与电气控制》——可编程控制器.ppt

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1、电机与电气控制电机与电气控制第第7 7章章 可编程控制器可编程控制器v教学重点教学重点了解S7-200系列PLC的构成，掌握S7-200系列PLC内部元器件和输入、输出扩展可编程序控制器的工作过程，输入/输出接口，编程语言和梯形图。v教学难点教学难点具备PLC输入、输出扩展的能力，能够理解PLC工作过程和计算机及单片机工作过程的不同，理解可编程序控制器的工作过程以及输入/输出映像寄存器。可编程控制器（ProgrammableController，简称为PLC）是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通信技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行

2、逻辑运算、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。可编程控制器具有能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单、维护方便等优点，是当代工业生产自动化的主要手段和重要的自动化控制设备。第第7 7章章 可编程控制器可编程控制器第第7 7章章 可编程控制器可编程控制器7.1可编程控制器的概念可编程控制器的概念7.1.1PLC的产生和定义的产生和定义1.PLC的产生的产生1968年，美国通用汽车公司（GM），为适应汽车型号的不断翻新，为了在生产线改造时不改动原有继电器控制结构，尽可能地降低生产成本，缩短时间，满足生产的需求，提出了开发新型工业控制器的条件，把计算机功能全面和灵活的特点与继电器控制系统的简

3、单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，研制出一套硬件上体积小，软件应用简单、修改灵活的控制器。1969年第一台PLC在美国数字设备公司（DEG）根据上述要求研制成功。2.PLC的定义的定义美国电气制造商协会（NEMA）经过四年的调查工作，在1980年正式将可编程序控制器命名为PC（ProgrammableController，简称为PC），但为了与个人计算机（PersonalComputer，简称为PC）相区别，常将可编程序控制器简称为PLC，并给PLC作了定义，即“可编程序控制器是一种带有指令存储器、数字量或模拟量的输入/输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和运算等功能，

4、用于控制机器或生产过程的自动化控制装置”。7.1.2PLC的发展的发展随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通信技术的不断进步，PLC也得以迅速发展，其发展过程大致可分如下三个阶段：1.早期的早期的PLC早期（20世纪60年代末至70年代中期）早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。2.中期的中期的PLC在20世纪70年代，各种类型的顺序控制器不断出现，但被迅速淘汰。20世纪80年代，国际电工委员会（IEC）正式发表了PLC的标准，各厂家的PLC都向规范化发展，产品的规格、品种开始系列话，生产规模日益扩大，价格不断下降，PLC被迅速普及。3.近期的近期的PLC进入20世

5、纪90年代初期，随着微电子技术的进步，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高，PLC的功能不断开发与完善。在性能提高的同时，PLC的体积也大幅度缩小。与此同时，PLC的网络与通信功能得到迅速发展，可以通过各种总线构成网络系统，为工厂自动化奠定了基础。第第7 7章章 可编程控制器可编程控制器第第7 7章章 可编程控制器可编程控制器7.1.3PLC的发展趋势的发展趋势1.向大型化、小型化两个方向发展向大型化、小型化两个方向发展2.向集成化发展向集成化发展3.加强联网通信能力加强联网通信能力4.编程语言多样化编程语言多样化第第7 7章章 可编程控制器可编程控

6、制器7.2PLC的特点、应用及分类的特点、应用及分类7.2.1PLC的特点的特点1.高可靠性高可靠性2.配套齐全，功能完善，适用性强配套齐全，功能完善，适用性强3.编程简单易学编程简单易学4.安装简单，维修方便安装简单，维修方便5.体积小、重量轻、功耗低体积小、重量轻、功耗低7.2.2PLC的主要功能的主要功能1.逻辑控制逻辑控制2.定时控制定时控制3.计数控制计数控制4.步进控制步进控制5.数据处理数据处理6.通信及联网通信及联网7.监控监控第第7 7章章 可编程控制器可编程控制器 7.2.3PLC的分类的分类1按点数和功能分类按点数和功能分类2按结构形式分类按结构形式分类1）整体式结构2）

7、模块式结构第第7 7章章 可编程控制器可编程控制器 7.3PLC的组成及工作原理的组成及工作原理7.3.1PLC的组成的组成1.硬件组成硬件组成PLC的硬件主要由CPU、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。PLC结构简图，如图7-1所示。图7-1PLC结构简图第第7 7章章 可编程控制器可编程控制器2.软件组成软件组成PLC控制系统的软件主要包括系统程序和用户程序。系统程序由PLC制造厂商固化在机器内部，用于控制PLC的运行，用户不能直接读写与修改。用户程序是由使用者根据PLC编程语言编制并输入，用于控制外部对象的运行，实现控制目的。第第7 7章章 可编程控制器可编程

8、控制器 7.3.2PLC的工作原理的工作原理PLC在运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的。PLC执行控制任务时是按照串行工作的方式执行的，按顺序每次执行一个操作。PLC执行过程中的执行结果似乎是并行输出的，实际上是由于CPU的运算速度快造成的。PLC的这种串行的工作方式称为扫描工作方式。PLC在执行用户程序时是以循环扫描方式进行的，每一个扫描过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。第第7 7章章 可编程控制器可编程控制器1.输入采样阶段输入采样阶段在每一个扫描周期开始时，PLC都会首先进入输入采样阶段，PLC按顺序以扫描方式读取全部现场输入信号，并将它

9、们存入输入映像寄存器区中的相应的单元内。当输入是脉冲信号时，为保证在任何情况下都会被正常读取，应使该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期。2.程序执行阶段程序执行阶段在程序执行阶段，PLC按顺序对用户程序进行扫描。3.输出刷新阶段输出刷新阶段当前面两个阶段结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在这一阶段，CPU按照输出映像寄存器中各输出点的通断状态转存到输出锁存器中，再经输出电路驱动相应的输出设备。PLC完成以上三个过程所需要的时间称为PLC的扫描周期，PLC在完成一个扫描周期后，再返回进行下一个扫描周期，重新执行输入采样，周而复始。第第7 7章章 可编程控制器可编程控制器 7.3.3PLC的的I/

10、O处理原理处理原理通过对PLC的用户程序执行过程进行分析，可以总结出PLC对输入输出的处理规则，如图7-4所示。图7-4PLC对输入输出的处理原则第第7 7章章 可编程控制器可编程控制器7.4PLC的编程语言的编程语言7.4.1常见的常见的PLC编程语言编程语言根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3），PLC的编程语言包括顺序功能流程图语言SFC、梯形图语言LD、指令表语言IL、功能模块图语言FBD、结构化文本语言ST五种。7.4.2编程语言的相互转换和选用编程语言的相互转换和选用在西门子S7-200的编程软件中，用户可以选用梯形图、语句表和功能模块图这三种编程语言进行编程，一般情况下梯形图和语句表使用较多。7.4.3PLC的程序结构的程序结构西门子S7-200的程序结构属于线性化编程，其用户程序一般由用户程序、数据块和参数块三个部分构成。