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1,计算机控制系统第10章可编程控制器,北京航空航天大学,2,第10章主要内容,10.1可编程序控制器概述10.2PLC的结构和工作原理10.3PLC常用编程语言10.4可编程控制器的选用及其应用实例本章小结,北京航空航天大学,3,10.1可编程序控制器概述,10.1.1可编程控制器的发展自动控制系统包括连续量的运动控制连续量的过程控制断续量的控制系统离散量，顺序控制为主流时间顺序控制系统逻辑顺序控制系统条件顺序控制系统1969年，美国数字设备公司根据美国通用汽车公司招标的要求，研制出世界上第一台可编程逻辑控制器ProgrammableLogicController，PLC,北京航空航天大学,4,10.1.1可编程控制器的发展,发展经历第一代多用一位机开发，只有单一的逻辑控制功能；第二代换成8位微处理器及半导体存储器，控制功能得到较大的扩展；第三代大量使用高性能微处理器，向多功能及联网通信方面发展，初步形成了分布式的通信网络体系；第四代全面使用16位、32位高性能微处理器、RISC体系CPU等高级CPU，而且在一台PLC中配置多个微处理器，进行多道处理。同时开发大量内含微处理器的智能模块，使第四代PLC产品成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的多功能控制器。,北京航空航天大学,5,10.1.1可编程控制器的发展续,PLC及其网络已成为工厂企业首选的工业控制装置，并成为CIMS系统不可或缺的基本组成部分。PLC及其网络已经被公认为现代工业自动化三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。发展趋势向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展，以占领小型、分散和简单功能的工业控制市场。向大型网络化化、高速度、高可靠性、好的兼容性和多功能方面发展，使其向下可将多个PLC、I/O框架相连；向上与工业计算机、以太网、MAP（制造业自动化通信协议）网等相连构成整个工厂的自动化控制系统。,北京航空航天大学,6,10.1.2可编程控制器的定义,（美国际电工委员会1985年修订版）可编程控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统，它采用一种可编程序的存储器，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。可编程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，并易于扩充其功能的原则设计。,北京航空航天大学,7,10.1.3可编程控制器的特点,1功能齐全①多种控制功能；②输入/输出接口功能；③数据存储与处理功能；④通信联网功能；⑤其他扩展功能。2应用灵活标准的积木硬件结构和模块化的软件设计。3操作维修方便，稳定可靠PLC采用电气操作人员习惯的梯形图形式编程与功能助记符编程。PLC机具有完善的监视和诊断功能。其内部工作等状态均有醒目的显示，大多数模件可以带电插拔。4模块智能化、通信网络化,北京航空航天大学,8,10.1.4PLC与工业控制机的关系,生产来源不同工控机是由微机厂及芯片制造厂开发，其硬件结构方面总线标准化程度高，兼容性强。PLC是由电气控制厂家研制生产，硬件结构专用，各厂家产品不通用。软件使用开发需求不同适用场合和可靠性不同PLC的结构采取整体密封或插件组合型，有很强的抗干扰能力和较高的可靠性，需要在工厂现场运行。输入输出接口不同PLC可以按实际需求选配适当数量的输入输出口。工作方式不同PLC采用扫描方式进行工作。,北京航空航天大学,9,10.2PLC的结构和工作原理,10.2.1PLC的组成和基本结构外形上看，PLC一般具有两种结构形式整体式单元结构可作为独立的控制设备使用。模块化结构系统各组成部分分别制成独立的功能模块，并具有统一的总线接口。用户只要根据系统的功能要求选用相应的模块组装到一起，就可以组成完整的系统。按I/O点数将PLC分类微型PLCI/O点数一般为几十点，整体单元结构。小型PLC点数可达256点，整体单元结构或模块化结构。中型PLC点数可达5121024，模块化结构。大型PLC点数可达2048甚至更多，模块化结构。,结构形式图,北京航空航天大学,10,10.2.1PLC的组成和基本结构,PLC采用了典型的计算机结构，主要由CPU、RAM、ROM和专门设计的输入输出的接口电路等组成。其原理结构图。PLC的系统的硬件结构框图,北京航空航天大学,11,10.2.2PLC的工作原理,（一）PLC的等效电路PLC的等效电路可分为三部分输入部分、内部控制电路和输出部分。（二）PLC的工作方式采用巡回扫描的工作方式扫描周期从扫描过程中的一点开始，经过顺序扫描又回到该点的过程。一个扫描周期的工作包括进行系统监控与自诊断输入扫描执行扫描输出扫描,PLC的等效电路图,PLC工作过程图,北京航空航天大学,12,10.3PLC常用编程语言,1992年国际电工委员会IEC颁布了IEC61131-3控制编程语言标准，IEC61131-3定义了以下五种编程语言梯形图语言命令语句表语言（助记符语言）结构化文本语言ST（StructuredText）SFC语言（顺序功能图）功能模块图,北京航空航天大学,13,10.4可编程控制器的选用及其应用实例,10.4.1可编程控制器的选用1输入/输出模块及其点数的选择输入输出点数估算的原则是在实际统计出的I/O点数的基础上加上1520的备用量，以便今后调整和扩充。2存储器类型及其容量选择3控制系统结构的选择集中控制远程I/O控制分布式控制,北京航空航天大学,14,10.4.2应用举例,一．某分类传送系统控制要求分析传送机自动从混合容器内将小铁球取出并运送到小球容器内，将大铁球取出运送到大球容器内。操作人员可以通过控制台上的启动按钮和停止按钮控制系统。一旦系统启动后，全部操作均由PLC控制自动完成。,北京航空航天大学,15,10.4.2应用举例,系统工艺过程如下（1）在左限位处，传送机的手臂下降20s，根据传送机手臂能否到达下限位来判断是否碰到大球。（2）给电磁铁通电，电磁铁就可吸住在其下面的球。（3）5s后，吸住球的机械臂上升，到达上限位。（4）传送机向右行。若吸住的是小球，则传送机在右限位X4停住。若吸住的是大球，则传送机在右限位X5停住。（5）传送机到达右限位后，机械臂下降，到下限位后，电磁铁断电，将所吸住的球放入相应的容器内。（6）机械臂上升，到上限位X3后，传送机左行。（7）传送车回到左限位X1（此时系统已回初始状态）。,北京航空航天大学,16,二．PLC规模的估算和机型的选择,PLC规模的估算1）I/O类型及点数的估算,表10-4系统输入输出信号分配表,北京航空航天大学,17,二．PLC规模的估算和机型的选择,PLC规模的估算2）存储器容量的估算本例以I/O总点数的1015倍估算，故本例选用1KB的存储器为宜。PLC机型的选取从分析以及系统的工艺流程可见，本例系统属于一个较小的控制系统，其I/O点数较少，可以采用微型或小型的PLC来实现控制。可以根据选用的具体的PLC型号，使用其所带的软件编程环境（如梯形图、步进顺控图设计等）来编制相应的控制程序。控制系统结构的选择本例为小系统，可以采用集中式控制方式来构成控制系统。,北京航空航天大学,18,4．对应分类传送系统的顺序功能图,北京航空航天大学,19,本章小结,给出PLC的定义，归纳其重要特点，介绍其与工业控制机的关系。给出PLC的组成和基本结构，在介绍其工作原理的时候，给出PLC的等效电路以及不同于微机的工作方式。PLC的常用编程语言主要包括梯形图语言、命令语句表语言、结构化文本语言、顺序功能图语言和功能模块图。对于可编程控制器的选用，归纳了几条基本原则，可以分别从输入/输出模块及其点数的选择、存储器类型及其容量选择、控制系统结构的选择等方面来进行考虑。最后给出一个应用实例。,北京航空航天大学,20,第10章结束,