plc基础知识 电工知识

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1、定义

可编程控制器，简称plc（Programmablelogic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会（International ElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。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、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，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及其有关的外围设备都应该按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而设计。”

2、基本结构

各种PLC的组成结构基本相同，主要有CPU,电源，储存器和输入输出接口电路等组成。

**处理器

**处理器单元一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。CPU是PLC的核心，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。

储存器

PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。系统存储器用于存放PLC的系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。现在的PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。

输入输出接口单元

PLC的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU；PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。PLC的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术，可以有效地保护内部电路。

1、输入接口电路

PLC的输入接口电路可分为直流输入电路和交流输入电路。直流输入电路的延迟时间比较短，可以直接与接近开关，光电开关等电子输入装置连接；交流输入电路适用于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。

交流输入电路和直流输入电路类似，外接的输入电源改为220V交流电源。

2、输出接口电路

输出接口电路通常有3种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。

继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型的输出电路类似，只是晶体管或晶闸管代替继电器来控制外部负载。

扩展接口和通信接口

PLC的扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要；通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的PLC或是计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。

电源

PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的**处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常工作。

3、工作原理

PLC 的工作方式为循环扫描方式，当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

其工作过程大致分为3个阶段：输入采样、程序执行和输入采样、程序执行和输出刷新

4、PLC的分类

(一) 小型PLC

小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。

(二) 中型PLC

中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在256~1024点之间。I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，

通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。

(三) 大型PLC

一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。

5、功能特点

1.使用灵活、通用性强——PLC的硬件是标准化的，加之PLC的产品已系列化，功能模块品种多，可以灵活组成各种不同大小和不同功能的控制系统。在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输入输出信号线。当需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，同一个PLC装置用于不同的控制对象，只是输入输出组件和应用软件的不同。

2.可靠性高、抗干扰能力强——微机功能强大但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的变化，都可能导致一般通用微机不能正常工作；传统的继电器—接触器控制系统抗干扰能力强，但由于存在大量的机械触点（易磨损、烧蚀）而寿命短，系统可靠性差。PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性**提高，从实际使用情况来看，PLC控制系统的平均无故障时间一般可达4～5万小时。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，能适应有各种强烈干扰的工业现场，并具有故障自诊断能力。如一般PLC能抗1000V、1ms脉冲的干扰，其工作环境温度为0～60℃，无需强迫风冷。

3.接口简单、维护方便——PLC的接口按工业控制的要求设计，有较强的带负载能力（输入输出可直接与交流220V，直流24V等强电相连），接口电路一般亦为模块式，便于维修更换。有的PLC甚至可以带电插拔输入输出模块，可不脱机停电而直接更换故障模块，**缩短了故障修复时间。

4.体积小、功耗小、性价比高——以小型PLC（TSX21）为例，它具有128个I/O接口，可相当于400～800个继电器组成的系统的控制功能，其尺寸仅为216×127×110mm3，重2.3kg，不带接口的空载功耗为1.2W，其成本仅相当于同功能继电器系统的10～20％。PLC的输入输出系统能够直观地反应现场信号的变化状态，还能通过各种方式直观地反映控制系统的运行状态，如内部工作状态、通讯状态、I/O点状态、异常状态和电源状态等，对此均有醒目的指示，非常有利于运行和维护人员对系统进行监视。

5.编程简单、容易掌握——PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑了现场工程技术人员的技能和**惯。大多数PLC的编程均提供了常用的梯形图方式和面向工业控制的简单指令方式。编程语言形象直观，指令少、语法简便，不需要专门的计算机知识和语言，具有一定的电工和工艺知识的人员都可在短时间内掌握。利用专用的编程器，可方便地查看、编辑、修改用户程序。

6.设计、施工、调试周期短——用继电器—接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏（柜）的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用PLC控制，由于其靠软件实现控制，硬件线路非常简洁，并为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量（输入输出点数、内存大小）等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。由于用软件编程取代了硬接线实现控制功能，**减轻了繁重的安装接线工作，缩短了施工周期。PLC是通过程序完成控制任务的，采用了方便用户的工业编程语言，且都具有强制和仿真的功能，故程序的设计、修改和调试都很方便，这样可**缩短设计和投运周期。

6、编程语言

五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和指令表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。

顺序功能图是一种结构块控制程序流程图，梯形图和功能模块图是图形化语言，指令表、结构文本两种文本语言，梯形图的应用直观，与指令表可以相互转换。

7、常用PLC与生产厂家

我国有不少的厂家研制和生产过PLC，但是还没有出现有影响力和较大市场占有率的产品，目前我国使用的PLC几乎都是国外品牌的产品。

在全世界上百个PLC制造厂中，有几家举足轻重的公司。它们是美国Rockwell自动化公司所属的A．B(Allen＆ Bradly)公司、GE-Fanuc公司，德国的西门子(Siemens)公司和法国的施耐德(Schneider)自动化公司，日本的三菱公司和欧姆龙(OMRON)公司。这几家公司控制着全世界80%以上的PLC市场，它们的系列产品有其技术广度和深度，从微型PLC到有上万个I／O(输入，输出)点的大型PLC应有尽有。

附表

国外PLC生产厂家
公司名称	PLC产品
日本三菱公司	A系列、FX系列、Q系列
日本东芝公司	EX小型机及EX-PLUS小型机、EX
日本松下公司	FP-e/FP0/FP∑/FP1/FP-M/FP2/FP2SH/FP3/FP10SH/FP-x
日本富士公司	Flex NS/NJ/NB NWO系列、MICREX-SX SPB系列
日本日立公司	E系列PLC
美国AB公司	PLC-5系列、微型PLC等
GE-FANAC公司	中型机90-30系列，小型机90-20系列，914、781/782、771/772等
日本OMRON公司	CPMIA型，P型，H型，CVM、CV型，Ha型，F型
德国西门子公司	S7-200, S7-300 、S7-400 S7-1200系列
欧姆龙集团	CQM1系列、C200H系列、CS1系列、CJ1系列
美国莫迪康公司（施耐德）	M340、M218 M238、M258
罗克韦尔自动化有限公司	PLC-5、CompactLogix、 SLC 500
韩国LG集团	Master-k系列,X系列
国内PLC生产厂家
公司名称		PLC产品
北京凯迪恩自动化技术有限公司		KDN-K3系列小型一体化PLC
浩纳尔（天津）自动化科技有限公司		XLt系列、XLe系列
石家庄德立科电子科技有限公司		KX1S系列、KX1N系列、KX2N系列PLC
深圳三凌机电科技开发有限公司		FX系列PLC
北京安控科技发展有限公司		PLCcore系列、DemoEC11系列
北京和利时系统工程股份有限公司		LK大型PLC、LM系列小型PLC
基恩士国际贸易（上海）有限公司		SV系列
厦门海为科技有限公司		S系列
Koyo光洋电子（无锡）有限公司		SH/SH1/SH2、SM/SM1、SN、SZ、SU、SR/DL-305系列
丰炜科技企业股份有限公司（台湾）		V、M、VB、VH系列
台达电子工业股份有限公司（台湾）		DVP-EH3/EH2系列、DVP-PM系列、DVP-ES2/EX2系列、DVP-EC3系列等
福建毅天自动化科技有限公司		ET-SX、ET-MX、ET-200、ET-300系列
上海金鸿格国际贸易有限公司		WinPAC智能型、泛用型PAC
浙大中自集成控制股份有限公司		SunyPLC200、SunyPLC300系列
永宏电机股份有限公司		中小型PLC、微型PLC
上海正航电子科技有限公司		A系列、M系列、R系列、U系列
北京张前苏电子科技有限公司		工业级PLC、商业级PLC
中达电通股份有限公司		EH/ES/EX/PM/SS/SA/SX/SC/SV系列
台安科技（无锡）有限公司		TP03
南京冠德科技有限公司		JH200系列、CA2系列
无锡市信捷科技电子有限公司		XC系列PLC、FC系列PLC
兰州全志电子有限公司		RD100、RD200系列微型、小型PLC
河南省轻工机械研究所/洛阳易达自动化研究所		YF系列
威海恒日电子有限公司		恒日PLC
丰彰国际贸易（上海）有限公司		VB系列、VH系列、M系列、V系列

王栋春

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