电气控制技术与PLC 教学课件 作者 徐文尚 第四章 可编程控制器原理.ppt

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1、第4章　可编程控制器原理本章主要以西门子公司生产的S7-200系列为主介绍其硬件组成、PLC扫描工作过程、PLC的技术性能指标、基本编程元件和基本指令等内容，目的使学生的通过本章的学习，掌握PLC的基本使用技能。4.1　PLC的组成4.1.1PLC发展简介20世纪60年代，电子技术的发展推动了控制电路的电子化，晶体管等无触点器件的应用促进了控制装置的小型化和可靠性的提高。60年代中期，小型计算机被应用到过程控制领域，大大提高了控制系统的性能。但当时计算机价格昂贵，编程很不方便，输入/输出信号与工业现场不兼容，因而没能在工业控制中得到推广与应用。20世纪

2、60年代末期，西方工业国家出现经济大萧条，作为工业龙头的汽车工业受到沉重打击。美国通用汽车公司(GeneralMotorsCorporation，GM)为了在激烈的市场竞争中战胜对手，摆脱困境，制定出多品种、小批量、不断推出新车型来吸引顾客的战略。但原有的控制系统由继电器和接触器等组成，灵活性差，不能满足生产工艺不断更新的需要。1968年，GM提出了以下10条招标的技术指标。①编程简单，可现场修改程序。②维护方便，采用模块式结构。③可靠性高于继电器控制柜。④体积小于继电器控制柜。⑤数据直接送入计算机。⑥价格能与继电器控制柜竞争。⑦输入可以是交流115V

3、。⑧输出≥AC115V、2A，能直接驱动电磁阀。⑨扩展时系统变更很小。⑩用户程序存储容量至少能扩展到4K字节。1969年，美国的数字设备公司(DigitalEquipmentCorporation，DEC)开发出世界上第一台能满足上述要求的样机，在GM的汽车装配线上获得成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂、操作方便、可靠性高、使用灵活、体积小、寿命长等一系列优点很快就推广到其他工业领域。随后德国、日本等国相继引进这一技术，使PLC迅速在工业控制中得到了广泛应用。在可编程控制器的早期设计中虽然采用了计算机的设计思想，但只能进行逻辑(开关量)控制　　主

4、要用于顺序控制，所以被称为可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，微处理器被广泛应用于PLC的设计中，使PLC的功能增强，速度加快，体积减少，成本下降，可靠性提高，更多地具有了计算机的功能。除了常规的逻辑控制功能外，PLC还具有模拟量处理、数据运算、运动控制、PID(Proportional-Integral-Differential)控制和网络通信等功能，易于实现柔性制造系统(FlexibleManufacturingSystem，FMS)，因而与机器人及计算机辅助

5、设计/制造(ComputerAidedDesign/ComputerAidedManufacturing，CAD/CAM)一起并称为现代控制的三大支柱。此外，可编程控制器在设计中还借鉴了计算机的高级语言，给实际应用带来了方便。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会(NationalElectricalManufacturersAssociation，NEMA)经过调查，将其正式命名为ProgrammableController，简称PC(后人为与个人计算机personalcomputer区别起见称作PLC-programmablelogiccon

6、troller)，并给作了如下定义。1）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。2）它采用可编程序的存储器，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。3）可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充功能的原则设计。尽管PLC种类繁多、功能各异，但其工作原理、基本功能、系统构成等方面均有共同之处，所以只要掌握一种PLC的原理与应用，其他自然触类旁通。本章主要以西门子公司生产的S7-200系列为主介绍

7、其硬件组成、扫描工作过程、技术性能指标、基本编程元件和基本指令等内容，学生的通过本章的学习，掌握PLC的基本使用技能。4.1.2　PLC的硬件系统PLC的结构虽然有箱体式和模块式两种，但本质上都是一样的，可认为都是模块式的，箱体式只是集成了模块式的多种功能。一台完整的可编程控制器主要由如图4-1所示的几个模块组成。图4-1PLC组成示意图1．CPU模块CPU是PLC的核心，类似于人体的神经中枢，其配置随机型不同而不同，PLC的主要性能，如速度、规模等都由它来体现，它按PLC系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊地进行工作。2．存储器模块用来存放系统程序、

8、用户程序和运行数据的单元。可编程控制器的存储器中配有两种存储系统，即用于存放系统程序的系统程序