教学目标 1． 感性认识plc。
2． 掌握plc的等效电路。
3． 了解plc与传统的继电-接触式电路及单片机的优缺点。
4． 了解plc的特点功能定义。
5． 了解plc硬件和软件。
6． 掌握plc的工作原理。
7． 了解plc发展历史及发展趋势。
理论内容1.1
一、plc引入
一）传统的继电-接触式电路及缺点。
传统的继电-接触式电路具有工作可靠，造价低廉等优点，它被广泛的应用在自动控制中。但它也有一些致命的缺点，随着生产领域对自动控制的要求越来越高，它已经不能适应。图1.
1是一个典型继电-接触式控制三相交流电动机正反转电路。
如果现在要让正转启动按钮sb1负责控制反转启动线圈km2，而让反转启动按钮sb2负责控制反转启动线圈km2。则应在保持主电路不变的情况下，将控制电路的接线进行改接。该电路是一个非常简单的电路，如果是一个复杂的生产线需要改变控制要求，则必须进行大量的接线改接工作，甚至要将整个生产线的全部电气线路全部拆除，进行重新设计和接线。
这必将造成生产成本的提高，更重要的是会造成不必要的时间上的浪费。在一些需要经常更换生产工艺的厂家来看，是决对不允许出现的。解决这一问题的最有效的方法是采用可编程控制器来设计生产线。
二）plc的等效电路。
在介绍如何用plc来解决上述题之前，必须先介绍一下plc的等效电路。图1.2是plc的等效电路图。
1．输入回路。
1）这一部分的组成是：
外部输入回路：是实际存在的。
ｐlｃ输入接线端子：是实际存在的。
输入继电器：是虚拟的。
2）外部信号经ｐlｃ输入接线端子驱动输入继电器。
3）一个输入端子对应一个等效电路中的输入继电器。
4）输入回路电源可用ｐlｃ电源部件提供直流电压，也可由独立的交流电源供电。
2．内部控制电路。
1）这部分是由用户程序形成的。
2）实际上它是不存在的。
3．输出回路。
1）这一部分的组成是：
输出继电器外部触点：是实际存在的。
输出接线端子：是实际存在的。
外部电路：是实际存在的。
注意：ｐlｃ等效电路中的继电器并不是实际存在的物理继电器，它实际上是存储器中的每一位触发器，该触发器为“1”态，则相当于继电器接通，若为“0”态，则相当于继电器断开。
三）用plc代替传统的继电器电路。
下面我就得用plc对图1.1继电器一接触器实现电机正反转控制的电路进行改造。我们只需将其主电路保留不动，将控制电路部分利用ｐlｃ编程即可（注意此时其控制电路已经变成了程序而不是真正的实物接线了）。
改造后的硬件接线图和程序梯形图，见图1.3。
工作原理如下：
1．正转启动：合上sb1则ｐlｃ内部虚拟线圈x1由3号线→sb1→0号线→电源e→7号线→com点→8号线构成回路而得电，在梯形图中的x1常开触点闭合，则梯形图中的y0线圈得电；输出触点y0闭合；线圈km1,由9号线→12号线→com点→13号线→电源→10号线构成回路得电；主电路km1主触点闭合，电机正转启动。
2.停止：按动sb0,plc内虚拟线圈x0由2号线→1号线→sb0→0号线→电源e→7号线→com点→8号线构成回路而得电；在梯形图中x0的常闭触点x0断开；y0线圈断电；km1线圈断电，主电路km主触点断开；电机停转。
3.反**按动sb2,则plc内虚拟线圈x2由6号线→5号线→0号线→电源e→7号线→com点→8号线而得电；在梯形图中x2的常开触点闭合。
线圈y1得电，y1的常开触点闭合；线圈km2由11号线→12号线→com点→13号线→电源→10号线得电，主电路中km2主触点闭合；电机反转。
如果现在要让正转启动按钮sb1负责控制反转启动线圈km2，而让反转启动按钮sb2负责控制反转启动线圈km2。我们只要在保持主电路不变的情况下，在梯形图程序中将x1改写成x2，而将x2改写成x1就可以了。
二、plc的发展历史。
早期工业生产中广泛使用的电气控制系统是继电器—接触器控制系统简称继电器控制系统。
1. 继电器控制系统的缺点是：系统的布线连接不易更新、功能不易扩展，可靠性不高。
2. 20世纪60年代初，出现了利用二极管、三极管和中小规模集成电路构成的逻辑式顺序控制器。
3. 顺序控制器的缺点是：控制规模小(一般输出不超出64点)、程序编制不够灵活。
4. 2024年美国通用公司(gm)，为了满足汽车型号不断更新的要求，向制造商招标，寻求一种取代传统继电器控制系统的新设备，并提出10条要求：
编程方便，可实现现场修改程序；
维修方便，最好为插件结构；
可靠性高于继电器控制装置；
体积小于继电器控制装置；
数据可以直接输入管理计算机；
可以直接用115v输入；
输出交流115v负载电流要求2a以上，可以直接驱动电磁阀，接触器负载元件。
通用性强，易扩展，扩展时原系统只需很少变更；
用户存储器容量大于4kb；
成本可与继电器控制装置竞争。
这就是著名的gm10条。
5 2024年，美国数字设备公司(dec)根据上述要求，研制出了世界上第一台可编程控制器，型号为pdp-14，并成功应用于通用公司的汽车自动装配线上。
6 2024年，日本引进该技术；2024年，西德、法国开始研制；2024年，我国开始研制，2024年应用于工业生产。
7 目前，世界上有上百家厂家生产可编程控制器，竞争十分激烈，平均每两年便有新一代产品问世。
三、plc、继电器、单片机系统比较。
继电器：由开关、继电器、接触器等组成，靠硬接线实现逻辑运算，有触点，并行方式，易出现故障，排除难，不易系统更新换代。
plc：由cpu、存储器等组成，靠cpu实现逻辑运算，无触点，串行方式，可靠性极强，安装、使用、维护、维修方便，易系统更新换代。
单片机：硬件需人工设计、焊接，需较强的电子技术技能，抗干扰能力差，程序控制方式，无触点，维护、使用需较强的专业知识，程序设计较难，系统更新换代周期长。
四、plc的特点。
一) 可靠性高，抗干扰能力强。
在plc设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干扰措施。
1.硬件方面：
1> 隔离：
plc输入、输出口电路一般采用光电耦合器来传递信号，使外部电路之间完全避免电的联系，有效地抑制外部干扰。
2> 滤波：
plc的电源和输入、输出电路中设置多种滤波电路，有效抑制高频干扰信号。
3> 屏蔽：
对plc的电源变压器、内部cpu、编程器等主要部件采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，防止外界电磁干扰。
4> 分离：
输入/输出接口电路电源彼此独立，避免电源间互相干扰。
2.软件方面：
1> 故障检测：
设计故障检测与诊断程序，定期检测外部和内部故障，发现错误可立即自动做出相应处理。
2> 信息保护恢复：
设有恢复程序，一旦发生故障可将plc内部信息进行保护。
3> 程序检查：
可对用户程序进行检查和检验一旦程序有错，立即报警，并停止运行。
采取以上措施后一般plc的抗电平干扰强度可达峰值1000v，脉宽10微秒，其平均无故障时间可高达30~50万小时以上(35至57年)。
二) 编程简单易学。
plc采用梯形图作为主要编程语言，它与继电器电路中的电路图非常相近，符合电气工人和技术人员的读图习惯。
三) 功能完善，适应性强。
不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制功能，还具有a/d、d/a转换、算术运算及数据处理，通信联网和生产监控等功能。
目前已形成了标准化、系列化和模块化，能根据需要方便灵活的组成大小各异，功能不一的控制系统。
四) 使用简单，调试维修方便。
的接线极其方便。
的用户程序可在实验室模拟调试。
五) 体积小，重量轻，功耗低。
采用了大规模集成电路。
2.以三菱fxon-24m型为例，尺寸为130mm×90mm×87mm,重量600g，功耗小于50w。五、plc的控制功能。
一) 开关量控制。
这是plc最基本的应用领域，可用plc取代传统的继电器控制系统，实现逻辑和顺序控制。这一部分也是本书主讲内容。
二) 模拟量控制。
通过模拟量i/o模块(a/d、d/a转换单元)可对温度、压力、速度、流量等连续变化的模拟量进行控制。大、中型plc还具有pi d闭环控制功能。
三) 运动控制。
plc可不通过位置传感器而利用运动控制模块对设备进行直线或圆周控制。
四) 数据处理。
plc 能够完成数字运算(如函数、矩阵运算、逻辑运算)数据的移位、比较、传递等操作。
五) 通信联网。
plc与plc之间，plc与计算机之间可以实现联网通信。
六、三菱 fx2n系列plc简介。
一）、三菱公司近年推出的fx系列plc类型：
fx0、fx2、fxos、fxon、fx2c、fx1s、fx1n、fx2n、fx2nc等系列。
二）、fx系列plc特点：
1、先进美观的外部结构。
1) 其基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和宽度相同；
2) 它们的相互连接不用基板，仅用扁平电缆连接；
2、提供多种系列机型供用户选用。
1) fxos的功能简单实用、**便宜，用于小型开关量控制。
2) fxon可用于要求较高的中小型控制系统。
3) fx2n功能最强，用于要求较高的系统。
3、灵活多变的系统配置。
三）、fx系列plc型号命名方式。
系列序号：即系列名称，如os、on、1n、1s、2n、2nc
i/o总点数：10~256
单元类型：m---基本单元。
e---输入输出混合扩展单元与扩展模块。
ex---输入专用模块。
ey---输出专用模块。
输出形式：r---继电器输出。
t---晶体管输出。
s---晶闸管输出。
特殊品种的区别：d---dc电源、ac输入。
al---ac电源、ac输入。
h---大电路输出扩展模块（ia/c点）
y---立式端于排的扩展模块。
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