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1、第二章 可编程控制器原理 第1节 概述一、可编程控制器的产生与发展,1、可编程控制器的产生 上个世纪60年代末期开始产生。1968年，通用汽车(Gener Motors)公司根据汽车生产流水线改造需要，面向社会进行招标提出了相应的招标条件，即：“GM10条”。,GM10条：1）编程简单：一般电气工程师不需特殊的计算机知识即可编程，且可现场修改；2）维护方便：最好采用插件式结构；3）可靠性高：优于继电器控制系统；4）体积小：小于继电器控制系统；5）成本低：性能价格比低于继电器控制系统；,6）可与计算机通信：数据直接传给计算机；7）输入可以是115VAC：可直接接收交流信号；8）输出也可以用115
2、VAC：可直接驱动电磁阀、接触器等；9）具有可扩展性：采用模块化结构；10）用户程序存储器容量：4K以上。,1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台以逻辑控制为主的可编程序控制器，命名为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）PLC。1971年，日本引进美国技术，开发出自己的PLC产品，称为顺序控制器。1973年，德国SIEMENS（西门子）公司开发自己的PLC产品。1974年，我国开始研制PLC，1977年开始使用。,2、可编程控制器的发展1）由PLC向PC的发展 1975年以微处理器为核心的PLC出现。其功能已不局限于逻辑量控制，模拟量控制
3、系统也大量使用，PLC开始向PC转变。从1976年开始，美国电气制造商协会NEMA经过4年的调查，于1980将其正式命名为可编程序控制器（Programmable Controller），简称为PC。,2）目前PC的发展 新一代网络型PC具有功能强、功耗小、体积小、成本低、可靠性高等特点，且具备远程控制、网络通信、图形编程等优点。目前有两个发展方向：低档PC向小型、简易及廉价方向发展。中、高档PC向大型、高速、多功能方向发展，可对大规模、复杂系统进行综合控制。,3、可编程控制器的定义1980年由NEMA定义，1982年IEC第一稿，1985年IEC第二稿，1987年IEC第三稿。定义：PLC是
4、一种专为工业环境下应用而设计的数字运算电子设备。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、计时、计数和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其外围设备均应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则来设计。,1、开关量控制 主要用于各种生产流水线控制及联锁保护系统等；2、模拟量控制 主要用于各种连续过程控制；3、通信联网及多级控制 主要用于网络型监控系统及远程控制系统。,二、可编程控制器的功能,1、可编程控制器的构成 构成与一般的计算机控制系统相似。,三、可编程控制器的构成及工作过程,2、可编程控制器
5、的分类1）按I/O点数分类 分为微型、小型、中型及大型等。微型：一般I/O点数在128点以下；小型：一般I/O点数在512点以下；中型：一般I/O点数在2048点以下；大型：一般I/O点数在2048以上。,2）按结构型式分类 分为整体式和模块式PC整体式PC：各组成部分集成在一起，封装为单一整体，单台主机具备一定的控制能力。模块式PC：各组成部分按其功能制成独立的模块，如CPU模块、电源模块、输入模块、输出模块等，并按需要选择某些模块组合在一起，构成各种规模或用途的系统。,3、可编程控制器的工作过程1）小型PC工作过程 分为输入采样、程序执行和输出刷新三个过程。,2）中、大型PC工作过程,1、
6、梯形图编程 梯形图编程语言是借鉴继电器控制线路的特点而形成的，因此与继电器控制线路非常相似。,继电器控制线路,梯形图编程语言,四、可编程控制器的编程语言,2、指令语句编程 在计算机汇编语言基础上开发产生的，因此与计算机汇编语言非常相似。,ST X0OR Y0AN/X1OT Y0ED,指令语句编程语言,梯形图编程语言,3、逻辑符号图编程 逻辑符号图编程语言是在数字电路逻辑符号图基础上产生的，与数字电路中的逻辑图非常相似。,继电器控制线路,逻辑符号图编程语言,I1,I1,Q1,4、顺序功能图编程 主要用于顺序控制。,5、高级语言编程 有些可编程控制器可以使用高级语言来编写一些复杂的控制程序，这些编
7、程语言有专用的编程语言，也有通常使用的一些编程语言，如BASIC、FORTRAN、C、VB、VC等语言。其核心问题是这些语言与可编程控制器专用编程语言及变量的接口。,1、PC与继电器控制系统比较 PC取代以继电器为基础的控制系统的原因是:现代生产线要求的时间响应快,控制精度高,可靠性好,控制程序可随工艺改变,易与计算机接口,维修方便等诸多高品质与功能,继电器控制系统远远比不上PC控制系统。,五、PC与其它控制系统比较,2、PC与集散控制系统（DCS）比较 可编程序控制器与集散系统(分布式计算机控制系统)都是自动化控制设备,它们分别由两个不同的古典设备发展而来。可编程序控制器是由继电器逻辑控制系
8、统发展而来,所以它在数字处理、顺序控制方面具有一定优势,发展初期主要侧重于数字量顺序控制方面的应用。在此之后,其模拟量处理功能也得到了迅速的发展。,集散系统是由回路仪表控制系统发展而来,所以它在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势,发展初期主要侧重于回路调节功能。这两种设备都在随着微电子技术、大规模集成电路芯片、计算机技术、通信技术等的发展而发展,同时都向对方扩展自己的技术功能。,3、PC与工业控制计算机比较 这两种机器都适合于工业控制应用。工业控制机是由通用微机推广应用发展起来的,在硬件结构方面,总线标准化程度高,品种兼容性强,是微机厂及芯片制造厂开发的。可编程序控制器是由电气控制厂家研制生
9、产的,从开始就是针对工业顺序控制而发展起来的。因此硬件结构专用、各厂家产品不通用。,工业控制机由于直接由通用微机而来,故软件资源丰富,特别是有实时操作系统的支持,故在要求快速,实时性强,运算复杂的领域占有优势。可编程序控制器非常适合于逻辑及顺序控制。编程时使用的梯形图编程语言直观易懂，很受熟悉电器控制人员欢迎。目前其功能已进一步扩充,如数据运算,PID调节等功能，可满足一般模拟量控制系统的需要。,FP1可编程控制器是由日本松下公司生产的，属于小型机系列。分为C16、C24、C40、C56、C72等型号。最大I/O点数：I 208点；O 208点。定时/计数器数量：144个程序步数：最大2720
10、步指令系统：192条扫描速度：1.6S/步,第2节 FP1可编程控制器一、概述,1、控制单元 按I/O点数的多少，及输入/输出类型（继电器、晶体管、可控硅）等分为多种型号。控制单元由主机部分和I/O部分组成，包括：主机板（带有内置电源）；I/O接口及I/O接线端子；编程器接口及扩展接口；,二、FP1硬件,控制单元上还提供了一个24VDC电源，供用户使用。此外，还有状态指示和状态切换开关等。,1）FP1-C24,RS232口,电池座,电源输入端子,输出端子,直流电源输出端子,输入端子,I/O状态指示灯,扩展插座,方式选择开关,运行监视指示灯,电位器（V0、V1）,波特率选择开关,编程工具连接插座
11、,2）输入接口电路,COM,（）,LED,3K,470,输入端子,内部电路,3）输出接口电路（A）继电器输出型,（B）晶体管输出型,（C）晶闸管（双向可控硅）输出型,2、扩展单元 包括输入扩展单元、输出扩展单元、输入/输出扩展单元。按I/O点数可分为E8、E16、E24、E40。E88入/0出、4入/4出、0入/8出E1616/0、8/8、0/16E2416/8E4024/16,3、智能单元 1）A/D单元 每个单元有四个通道，模拟量输入范围为0 5VDC、0 10VDC、0 20mADC。对应的数字量输出范围为K0 K1000 2）D/A单元 每个单元有两个通道，模拟量输出范围为0 5VDC
12、、0 10VDC、0 20mADC。数字量输入范围为K0 K1000,4、链接单元 1）同位链接单元 I/O LINK单元，用于PCPC链接。2）上位链接单元 CNET单元，用于PC上位机链接。,5、编程单元 1）手持编程器 属于简易编程设备，一般只支持指令语句编程。此外，具有简单的监控功能。2）计算机编程终端 分为专用编程终端和通用计算机编程终端。支持多种编程语言，且具有较强的监控功能。,系统的最大配置为1个控制单元，2个扩展单元，1个A/D单元，2个D/A单元，1个链接单元。,控制单元,扩展单元,扩展单元,A/D单元,D/A单元,D/A单元,链接单元,各附加模块的安放顺序任意,三、FP1硬
13、件配置方式,所谓编址也称为地址分配，即编程时用户可以使用的各种内部寄存器（有时也称为编程元件）。寻址方式分为“位寻址”和“字寻址”。现以C24为例编址。1、控制单元 支持位寻址和字寻址。输入：X0 XF（字地址为WX0）共16点。输出：Y0 Y7（WY0的低8位）共8点。WY0的高8位为内部点。,四、FP1的编址,2、扩展单元 支持位寻址和字寻址 1#单元：按E40计，占用X30 X47（24点）及Y30 Y3F（16点）字地址：WX3、WX4（低8位为外部点，高8位为内部点）；WY3。2#单元：按E40计，占用X50 X67（24点）及Y50 Y5F（16点）字地址：WX5、WX6（低8位为
14、外部点，高8位为内部点）；WY5。,3、I/O链接单元 X70 X8F（WX7、WX8）Y70 Y8F（WY7，WY8）4、A/D单元模拟量输入，通常以字为单位读取数据。CH1：WX9（X90 X9F）CH2：WX10（X100 X10F）CH3：WX11（X110 X11F）CH4：WX12（X120 X12F）FP1-C24最多4个A/D通道。,5、D/A单元 模拟量输出，通常以字为单位读写数据。0#单元 CH0：WY9（Y90 Y9F）CH1：WY10（Y100 Y10F）1#单元：CH0：WY11（Y110 Y11F）CH1：WY12（Y120 Y12F）FP1-C24最多4个D/A通
15、道。,6、内部继电器内部通用继电器 支持位寻址和字寻址，用于中间计算、存储。R000 R62F（共16*63=1008点）字寻址时为WR0WR62内部特殊继电器 通常使用位寻址，用于存储各种状态标志。R9000 R903F（共16*4=64点，未全部使用）,常用内部特殊继电器：R9000 自诊断错误R9009 进位标志R900A 大于标志R900B 等于标志R900C 小于标志R9010 常ONR9011 常OFFR9013 第1扫描周期为ON，然后一直为OFFR901C 1秒脉冲,7、定时/计数器 共144个，默认为前100个为定时器，后44个为计数器。定时器：T0T99，定时时间常数为13
16、2767。定时器的时基有三种：TMR0.01s TMX0.1s TMY1s 定时时间=时基*时间常数,计数器：C100C143，为减计数器。计数设定常数为132767。,8、数据寄存器（均为字寄存器）1）通用数据寄存器：DT0000 DT1659（共1660个16位寄存器）2）专用数据寄存器：DT9000 DT9069（共70个16位寄存器）DT9000 自诊断错误代码 DT9015 除法余数（低16位）DT9016 除法余数（高16位）DT9040 可调输入寄存器（V0）DT9041 可调输入寄存器（V1）,3）设定值寄存器：SV0 SV143 与定时器和计数器对应，存放设定值。4）经过值寄存器：EV0 EV143 与定时器和计数器对应，存放剩余的时间或计数值。5）索引寄存器：IX 和 IY 用于地址修正或常数修正。,9、常数 十进制常数以K开头，如K1，K30 十六进制常数以H开头，如H1，H1E,
