微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)用教程

微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)用教程第1頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第一章

可編程控制器概述可編程控制器(簡(jiǎn)稱ＰＬＣ或ＰＣ)，是隨著現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平的日益提高及微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在繼電器控制的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一種新型的工業(yè)控制裝置，是將微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)及通信技術(shù)融為一體，應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域的一種高可靠性控制器，是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的重要支柱。

第2頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四本章主要介紹以下內(nèi)容：l

PLC的產(chǎn)生、定義、分類。l

PLC的特點(diǎn)和主要功能。l

PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較。l

PLC 與其他通用控制器（DCS、PID、IPC）的比較。l

PLC的應(yīng)用現(xiàn)狀。l

PLC的發(fā)展趨勢(shì)。第3頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四本章的重點(diǎn)掌握PLC的特點(diǎn)和主要功能，梯形圖與繼電器控制線路的聯(lián)系和差別，PLC與其它通用控制器的異同及適用范圍，了解PLC的發(fā)展趨勢(shì)。

第4頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.1

可編程控制器的產(chǎn)生、定義和分類一、可編程控制器的產(chǎn)生二、可編程控制器的定義三、可編程控制器的分類

第5頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、可編程控制器的產(chǎn)生在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是以繼電器控制占主導(dǎo)地位的。對(duì)生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性差，一旦生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計(jì)，并改變硬件結(jié)構(gòu)。

1968年，美國(guó)通用汽車公司(GM公司)為了在每次汽車改型或改變工藝流程時(shí)不改動(dòng)原有繼電器柜內(nèi)的接線，降低成本，縮短開發(fā)周期，而提出了研制新型邏輯順序控制裝置，并提出了10項(xiàng)招標(biāo)技術(shù)指標(biāo)。其主要內(nèi)容如下：第6頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四GM十條

1.編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)方便地編輯及修改程序；2.價(jià)格便宜，其性能價(jià)格比要高于繼電器控制系統(tǒng)；3.體積要明顯小于繼電器控制柜；4.可靠性要明顯高于繼電器控制系統(tǒng)；5.具有數(shù)據(jù)通信功能；6.輸入可以是AC115V。7.輸出為AC115V，2A以上。8.硬件維護(hù)方便，最好是插件式結(jié)構(gòu)。9.擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只需做很小改動(dòng)。10.用戶程序存儲(chǔ)器容量至少可以擴(kuò)展到4K。第7頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一九六九年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)上述要求研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器，型號(hào)為PDP-14，并在GM公司的汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)時(shí)人們把它稱為可編程序邏輯控制器(ProgrammableLogicController，簡(jiǎn)稱ＰＬＣ)。

第8頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，七十年代中期以來，由于大規(guī)模集成電路(LSI)和微處理器在ＰＬＣ中的應(yīng)用，使ＰＬＣ的功能不斷增強(qiáng)，它不僅能執(zhí)行邏輯控制、順序控制、計(jì)時(shí)及計(jì)數(shù)控制，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信等功能，具有處理分支、中斷、自診斷的能力，使ＰＬＣ更多地具有了計(jì)算機(jī)的功能。

第9頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四可編程控制器這一新技術(shù)的出現(xiàn)，受到國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)界的極大關(guān)注，紛紛投入力量研制。第一個(gè)把ＰＬＣ商品化的是美國(guó)的哥德公司(GOULD)，時(shí)間也是

1969年，型號(hào)為084。1971年，日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，研制出日本第一臺(tái)可編程控制器DSC-8。1973～1974年，德國(guó)和法國(guó)也都相繼研制出自己的可編程控制器，德國(guó)西門子公司(SIEMENS)于1973年研制出歐洲第一臺(tái)ＰＬＣ，型號(hào)為SIMATICS4。我國(guó)從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)應(yīng)用。

第10頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、可編程控制器的定義

1980年，美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)(NEMA)將可編程控制器正式命名為ProgrammableController，簡(jiǎn)稱為ＰＣ。關(guān)于可編程控制器的定義，因其仍在不斷的發(fā)展，所以國(guó)際上至今還未能對(duì)其下最后的定義。1980年，NEMA將可編程控制器定義為：“可編程控制器是一種帶有指令存儲(chǔ)器，數(shù)字的或模擬的輸入／輸出接口，以位運(yùn)算為主，能完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能，用于控制機(jī)器或生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制裝置?！钡?1頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

1985年1月，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)在頒布可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第二稿時(shí)，又對(duì)ＰＬＣ作了明確定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算和順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的或模擬的輸入和輸出接口，控制各種類型的機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)原則是它應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體和具有擴(kuò)充功能?！钡?2頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

該定義強(qiáng)調(diào)了可編程控制器是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，它是一種計(jì)算機(jī)，它是“專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)”的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)

第13頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四雖然可編程控制器的簡(jiǎn)稱為ＰＣ，但它與近年來人們熟知的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer，也簡(jiǎn)稱為ＰＣ)是完全不同的概念。為加以區(qū)別，國(guó)內(nèi)外很多雜志以及在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的工程技術(shù)人員，仍然把可編程控制器稱為ＰＬＣ。為了照顧到這種習(xí)慣，在后續(xù)章節(jié)的介紹中，仍稱可編程控制器為ＰＬＣ。

第14頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、可編程控制器的分類

1．根據(jù)Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù)分類⒉根據(jù)結(jié)構(gòu)形式分類

⒊根據(jù)用途分類

4．根據(jù)生產(chǎn)廠家分類

第15頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1．根據(jù)Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù)分類（1）微型機(jī)Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù)(總數(shù))在64點(diǎn)以下，內(nèi)存容量為256B～1KB。（2）小型機(jī)Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù)(總數(shù))在65～128點(diǎn)之間，內(nèi)存容量為1～3.6KB。（3）中型機(jī)Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù)在129～512點(diǎn)之間，內(nèi)存容量為3.6～13KB。（4）大型機(jī)Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù)在513～896點(diǎn)之間，內(nèi)存容量為13K。

（5）巨型機(jī)Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù)大于896，內(nèi)存容量大于13K，稱為巨型機(jī)。上述劃分方式并不十分嚴(yán)格，也不是一成不變的。隨著PLC的發(fā)展，劃分標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有過多次修改。第16頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四⒉根據(jù)結(jié)構(gòu)形式分類（1）整體式一般的微型機(jī)和小型機(jī)多為整體式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)ＰＬＣ的電源、ＣＰＵ、Ｉ／Ｏ部件都集中配置在一個(gè)箱體中，有的甚至全部裝在一塊印刷電路板上。

第17頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）模板式這種形式的ＰＬＣ各部分以單獨(dú)的模板分開設(shè)置，如電源模板、ＣＰＵ模板、輸入模板、輸出模板及其它智能模板等。這種ＰＬＣ（如S7-400）一般設(shè)有機(jī)架底板，在底板上有若干插槽，使用時(shí)，各種模板直接插入機(jī)架底板即可。也有的ＰＬＣ（如S7-300）為串行聯(lián)接，沒有底板，各個(gè)模板安裝在機(jī)架導(dǎo)軌上，而各個(gè)模板之間是通過背板總線連接的。這種結(jié)構(gòu)的ＰＬＣ配置靈活，裝備方便，維修簡(jiǎn)單，易于擴(kuò)展，可根據(jù)控制要求靈活配置所需模板，構(gòu)成功能不同的各種控制系統(tǒng)。一般中型機(jī)、大型機(jī)和巨型機(jī)ＰＬＣ均采用這種結(jié)構(gòu)。模板式ＰＬＣ的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，各種插件多，因而增加了造價(jià)。

第18頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第19頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）分散式所謂分散式的結(jié)構(gòu)就是將可編程控制器的ＣＰＵ、電源、存儲(chǔ)器集中放置在控制室，而將各Ｉ／Ｏ模板分散放置在各個(gè)工作站，由通信接口進(jìn)行通信連接，由ＣＰＵ集中指揮。

第20頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四⒊根據(jù)用途分類（1）用于順序邏輯控制

（2）用于閉環(huán)過程控制

（3）用于多級(jí)分布式和集散控制系統(tǒng)

（4）用于機(jī)械加工的數(shù)字控制和機(jī)器人控制

第21頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）用于順序邏輯控制早期的可編程控制器主要用于取代繼電器控制電路，完成如順序、聯(lián)鎖、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)等開關(guān)量的控制，因此順序邏輯控制是可編程控制器的最基本的控制功能，也是可編程控制器應(yīng)用最多的場(chǎng)合。比較典型的應(yīng)用如自動(dòng)電梯的控制、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)存取、各種管道上的電磁閥的自動(dòng)開啟和關(guān)閉、皮帶運(yùn)輸機(jī)的順序起動(dòng)，或自動(dòng)化生產(chǎn)線的多機(jī)控制等，這些都是順序邏輯控制。要完成這類控制，不要求可編程控制器有太多的功能，只要有足夠數(shù)量的Ｉ／Ｏ點(diǎn)即可，因此可選用低檔的可編程控制器。

第22頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）用于閉環(huán)過程控制

對(duì)于閉環(huán)控制系統(tǒng)，除了要用開關(guān)量Ｉ／Ｏ點(diǎn)實(shí)現(xiàn)順序邏輯控制外，還要有模擬量的Ｉ／Ｏ點(diǎn)，以供采樣輸入和調(diào)節(jié)輸出，實(shí)現(xiàn)過程控制中的ＰＩＤ調(diào)節(jié)，形成閉環(huán)過程控制系統(tǒng)。而中期的可編程控制器由于具有數(shù)值運(yùn)算和處理模擬量信號(hào)的功能，可以設(shè)計(jì)出各種ＰＩＤ控制器?，F(xiàn)在隨著可編程控制器控制規(guī)模的增大，ＰＬＣ可控制的回路數(shù)以從幾個(gè)增加到幾十個(gè)甚至幾百個(gè)，因此可實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量、位置、速度等物理量的連續(xù)調(diào)節(jié)。

比較典型的應(yīng)用如：連軋機(jī)的速度和位置控制、鍋爐的自動(dòng)給水，加熱爐的溫度控制等。要完成這類控制，不僅要求可編程控制器有足夠數(shù)量的Ｉ／Ｏ點(diǎn)，還要有模擬量的處理能力，因此對(duì)ＰＬＣ的功能要求高，根據(jù)能處理的模擬量的多少，至少應(yīng)選用中檔的可編程控制器。

第23頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）用于多級(jí)分布式和集散控制系統(tǒng)

在多級(jí)分布式和集散控制系統(tǒng)中，除了要求所選用的可編程控制器具有上述功能外，還要求具有較強(qiáng)的通信功能，以實(shí)現(xiàn)各工作站之間的通信、上位機(jī)與下位機(jī)的通信，最終實(shí)現(xiàn)全廠自動(dòng)化，形成通信網(wǎng)絡(luò)。由于近期的ＰＬＣ都具有很強(qiáng)的通信和聯(lián)網(wǎng)功能，建立一個(gè)自動(dòng)化工廠已成為可能。顯然，能勝任這種工作的可編程控制器為高檔ＰＬＣ。

第24頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（4）用于機(jī)械加工的數(shù)字控制和機(jī)器人控制

機(jī)械加工行業(yè)也是ＰＬＣ廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域，

可編程控制器與CNC(ComputerNumberControl)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，可以進(jìn)行數(shù)值控制。由于ＰＬＣ的處理速度不斷提高和存儲(chǔ)器容量的不斷擴(kuò)大，使CNC的軟件不斷豐富，用戶對(duì)機(jī)械加工的程序編制越來越方便。隨著人工視覺等高科技技術(shù)的不斷完善，各種性能的機(jī)器人相繼問世，很多機(jī)器人制造公司也選用ＰＬＣ作為機(jī)器人的控制器，因此ＰＬＣ在這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也將越來越多。

第25頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4．根據(jù)生產(chǎn)廠家分類比較有代表性：德國(guó)西門子(SIEMENS)公司的S5系列、S7系列。日本歐姆龍(OMRON)公司的C系列。三菱(MITSUBISHI)公司的FX系列。日本松下(PANASONIC)公司的FP系列。法國(guó)施耐德（SCHNEIDER）公司的TWIDO系列。美國(guó)通用電氣(GE)公司的GE-FANUC系列。美國(guó)A-B公司的ＰＬＣ-5系列。第26頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.2可編程控制器的特點(diǎn)及主要功能

一、可編程控制器的一般特點(diǎn)可編程控制器的種類雖然千差萬別，但為了在工業(yè)環(huán)境中使用，它們都有許多共同的特點(diǎn)：

1．抗干擾能力強(qiáng)，可靠性極高

工業(yè)生產(chǎn)對(duì)電氣控制設(shè)備的可靠性的要求是非常高的，它應(yīng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能在很惡劣的環(huán)境下(如溫度高、濕度大、金屬粉塵多、距離高壓設(shè)備近、有較強(qiáng)的高頻電磁干擾等)長(zhǎng)期連續(xù)可靠的工作，平均無故障時(shí)間(MTBF)長(zhǎng)，故障修復(fù)時(shí)間短。而PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。可以說，

沒有任何一種工業(yè)控制設(shè)備能夠達(dá)到可編程控制器的可靠性。

第27頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四在硬件方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，采用合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固簡(jiǎn)化安裝，使它能抗振動(dòng)沖擊。對(duì)印刷電路板的設(shè)計(jì)、加工及焊接都采取了極為嚴(yán)格的工藝措施。對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)過程中最常見的瞬間強(qiáng)干擾，采取的措施主要是采用隔離和濾波技術(shù)。PLC的輸入和輸出電路一般都用光電耦合器傳遞信號(hào)，作到電浮空，使CPU與外部電路完全切斷了電的聯(lián)系，有效地抑制了外部干擾對(duì)PLC的影響。第28頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四在PLC的電源電路和Ｉ／Ｏ接口中，還設(shè)置多種濾波電路，除了采用常規(guī)的模擬濾波器(如LC濾波和Π型濾波)外，還加上了數(shù)字濾波，以消除和抑制高頻干擾信號(hào)，

同時(shí)也削弱了各種模板之間的相互干擾。。用集成電壓調(diào)整器對(duì)微處理器的＋5伏電源進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過電壓、欠電壓的影響。在PLC內(nèi)部還采用了電磁屏蔽措施，對(duì)電源變壓器、CPU、存儲(chǔ)器、編程器等主要部件采用導(dǎo)電、

導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。

第29頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四在軟件方面，PLC也采取了很多特殊措施，設(shè)置了警戒時(shí)鐘WDT(WatchingDogTimer)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)WDT定時(shí)刷新，一旦程序出現(xiàn)死循環(huán)，使之能立即跳出，重新起動(dòng)并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。還設(shè)置了故障檢測(cè)及診斷程序，用以檢測(cè)系統(tǒng)硬件是否正常，用戶程序是否正確，便于自動(dòng)地做出相應(yīng)的處理，如報(bào)警、封鎖輸出、保護(hù)數(shù)據(jù)等。當(dāng)PLC檢測(cè)到故障時(shí)，立即將現(xiàn)場(chǎng)信息存入存儲(chǔ)器，由系統(tǒng)軟件配合對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行封閉，禁止對(duì)存儲(chǔ)器的任何操作，以防存儲(chǔ)信息被破壞。這樣，一旦檢測(cè)到外界環(huán)境正常后，便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的程序工作。

這些有效的措施，保證了可編程控制器的高可靠性。

第30頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2．編程簡(jiǎn)單方便可編程控制器的設(shè)計(jì)是面向工業(yè)企業(yè)中一般電氣工程技術(shù)人員的，它采用易于理解和掌握的梯形圖語言，以及面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令。這種梯形圖語言既繼承了傳統(tǒng)繼電器控制線路的表達(dá)形式(如線圈、接點(diǎn)、常開、常閉)，又考慮到工業(yè)企業(yè)中的電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣和微機(jī)應(yīng)用水平。因此，梯形圖語言對(duì)于企業(yè)中熟悉繼電器控制線路圖的電氣工程技術(shù)人員是非常親切的，它形象、直觀，簡(jiǎn)單、易學(xué)，尤其是對(duì)于小型PLC而言，幾乎不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)，只要進(jìn)行短暫幾天甚至幾小時(shí)的培訓(xùn)，就能基本掌握編程方法。因此，無論是在生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)中，還是在傳統(tǒng)設(shè)備的改造中，電氣工程技術(shù)人員都特別歡迎和愿意使用PLC。

除了梯形圖語言以外，PLC還可以采用其他形式的編程語言，

如STL（語句表）語言，功能塊圖（FBD），順序功能圖（SFC）以及高級(jí)語言進(jìn)行編程。

第31頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3．使用方便雖然PLC種類繁多，由于其產(chǎn)品的系列化和模板化，并且配有品種齊全的各種軟件，用戶可靈活組合成各種規(guī)模和要求不同的控制系統(tǒng)，用戶在硬件設(shè)計(jì)方面，只是確定PLC的硬件配置和Ｉ／Ｏ通道的外部接線。在PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需在PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入、輸出信號(hào)即可，不需要諸如繼電器之類的固體電子器件和大量繁雜的硬接線電路。在生產(chǎn)工藝流程改變，或生產(chǎn)線設(shè)備更新、或系統(tǒng)控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)的功能時(shí)，一般不必改變或很少改變Ｉ／Ｏ通道的外部接線，只要改變存儲(chǔ)器中的控制程序即可，這在傳統(tǒng)的繼電器控制時(shí)是很難想象的。PLC的輸入、輸出端子可直接與交流220V、直流24V等強(qiáng)電相連，并有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。

在PLC運(yùn)行過程中，在PLC的面板上(或顯示器上)可以顯示生產(chǎn)過程中用戶感興趣的各種狀態(tài)和數(shù)據(jù)，使操作人員做到心中有數(shù)，即使在出現(xiàn)故障甚至發(fā)生事故時(shí)，也能及時(shí)處理。

第32頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4．維護(hù)方便

PLC的控制程序可通過編程器輸入到PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。編程器不僅能對(duì)PLC控制程序進(jìn)行寫入、讀出、檢測(cè)、修改，還能對(duì)PLC的工作進(jìn)行監(jiān)控，使得PLC的操作及維護(hù)都很方便。PLC還具有很強(qiáng)的自診斷能力，能隨時(shí)檢查出自身的故障，并顯示給操作人員，如Ｉ／Ｏ通道的狀態(tài)、RAM的后備電池的狀態(tài)、數(shù)據(jù)通信的異常、PLC內(nèi)部電路的異常等信息。正是通過PLC的這種完善的診斷和顯示能力，當(dāng)PLC機(jī)或外部的輸入裝置及執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，使操作人員能迅速檢查、判斷故障原因，確定故障位置，以便采取迅速有效的措施。如果是PLC本身故障，在維修時(shí)只需要更換插入式模板或其它易損件即可，既方便又減少了影響生產(chǎn)的時(shí)間。

有人曾預(yù)言，將來自動(dòng)化工廠的電氣工人，將一手拿著螺絲刀，一手拿著編程器。這也是可編程控制器得以迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的重要因素之一。

第33頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5．設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短

用可編程控制器完成一項(xiàng)控制工程時(shí)，由于其硬、軟件齊全，設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。由于用軟件編程取代了繼電器硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能，使得控制柜的設(shè)計(jì)及安裝接線工作量大為減少，縮短了施工周期。同時(shí)，由于用戶程序大都可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，模擬調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)，使得調(diào)試方便、快速、安全，因此大大縮短了設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期。第34頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

6．易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化

因?yàn)榭删幊炭刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，可靠性高，抗振防潮和耐熱能力強(qiáng)，使之易于安裝在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部，制造出機(jī)電一體化產(chǎn)品。隨著集成電路制造水平的不斷提高，可編程控制器體積將進(jìn)一步縮小，而功能卻進(jìn)一步增強(qiáng)，與機(jī)械設(shè)備有機(jī)的結(jié)合起來，在CNC和機(jī)器人的應(yīng)用中必將更加普遍，以PLC作為控制器的CNC設(shè)備和機(jī)器人裝置將成為典型的機(jī)電一體化的產(chǎn)品。第35頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、可編程控制器的與繼電器邏輯控制系統(tǒng)的比較在可編程控制器出現(xiàn)以前，繼電器硬接線電路是邏輯控制、順序控制的唯一執(zhí)行者，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，一直被廣泛應(yīng)用。但它與PLC控制相比有許多缺點(diǎn).

第36頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四比較項(xiàng)目

繼電器邏輯可編程控制器控制邏輯

接線邏輯,體積大,接線復(fù)雜，修改困難存儲(chǔ)邏輯,體積小、連線少,控制靈活，易于擴(kuò)展控制速度通過觸點(diǎn)的開閉實(shí)現(xiàn)控制作用。動(dòng)作速度為幾十毫秒，易出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)由半導(dǎo)體電路實(shí)現(xiàn)控制作用,每條指令執(zhí)行時(shí)間在微秒級(jí),不會(huì)出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)限時(shí)控制由時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)，精度差，易受環(huán)境、溫度影響用半導(dǎo)體集成電路實(shí)現(xiàn),精度高，時(shí)間設(shè)置方便，不受環(huán)境、溫度影響觸點(diǎn)數(shù)量４～８對(duì)，易磨損任意多個(gè)，永不磨損工作方式并行工作串行循環(huán)掃描設(shè)計(jì)與施工設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試必須順序進(jìn)行，周期長(zhǎng)，修改困難在系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，現(xiàn)場(chǎng)施工與程序設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行,周期短，調(diào)試、修改方便可靠性與可維護(hù)性壽命短可靠性與可維護(hù)性差壽命長(zhǎng)，可靠性高，有自診斷功能，易于維護(hù)價(jià)格使用機(jī)械開關(guān)、繼電器及接觸器等，價(jià)格便宜使用大規(guī)模集成電路，初期投資較高第37頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、可編程控制器的與其他工業(yè)控制器的比較自從微型計(jì)算機(jī)誕生以后，工程技術(shù)人員就一直努力將微型計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域，這樣，在工業(yè)控制領(lǐng)域就產(chǎn)生了幾種有代表性的工業(yè)控制器：可編程控制器(PLC)、PID控制器(又稱PID調(diào)節(jié)器)、集散控制系統(tǒng)(DCS)、微型計(jì)算機(jī)(PC)和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）。由于PID控制器一般只適用于過程控制中的模擬量控制，并且，目前的PLC或DCS中均具有PID的功能。所以，只對(duì)可編程控制器與通用的微型計(jì)算機(jī)、與集散控制系統(tǒng)、與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)分別做一下比較。第38頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1．可編程控制器與通用的微型計(jì)算機(jī)的比較

采用微電子技術(shù)制作的作為工業(yè)控制器的可編程控制器，它也是由CPU、RAM、

ROM、Ｉ／Ｏ接口等構(gòu)成的，與微機(jī)有相似的構(gòu)造，但又不同于一般的微機(jī)，特別是它采用了特殊的抗干擾技術(shù)，有著很強(qiáng)的接口能力，使它更能適用于工業(yè)控制。

第39頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四PLC與微型計(jì)算機(jī)的比較

比較項(xiàng)目可編程控制器微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用范圍工業(yè)控制科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、通信等使用環(huán)境工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)具有一定溫度、濕度的機(jī)房輸入／輸出控制強(qiáng)電設(shè)備,有光電隔離,有大量的Ｉ／Ｏ口與主機(jī)采用微電聯(lián)系,沒有光電隔離,沒有專用的Ｉ／Ｏ口程序設(shè)計(jì)一般為梯形圖語言，易于學(xué)習(xí)和掌握程序語言豐富，需專門計(jì)算機(jī)的硬件和軟件知識(shí)系統(tǒng)功能自診斷、監(jiān)控等配有較強(qiáng)的操作系統(tǒng)工作方式循環(huán)掃描方式及中斷方式中斷方式可靠性極高，抗干擾能力強(qiáng)，長(zhǎng)期運(yùn)行抗干擾能力差,不能長(zhǎng)期運(yùn)行體積與結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊,體積小外殼堅(jiān)固，密封結(jié)構(gòu)松散，體積大，密封性差鍵盤大，顯示器大第40頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

2．可編程控制器與集散控制系統(tǒng)的比較可編程控制器與集散控制系統(tǒng)都是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)控制設(shè)備，都是以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的，都可以完成工業(yè)生產(chǎn)中大量的控制任務(wù)。但是，它們之間又有一些不同：

①發(fā)展基礎(chǔ)不同

可編程控制器是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在開關(guān)量處理，順序控制方面具有自己的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，發(fā)展初期主要側(cè)重于順序邏輯控制方面。集散控制系統(tǒng)是由儀表過程控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展初期主要側(cè)重于回路調(diào)節(jié)功能。

第41頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四②擴(kuò)展方向不同隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，可編程控制器在初期邏輯運(yùn)算功能的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算及閉環(huán)調(diào)節(jié)功能。運(yùn)算速度不斷提高，控制規(guī)模越來越大，并開始與網(wǎng)絡(luò)或上位機(jī)相連，構(gòu)成了以PLC為核心部件的分布式控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)自70年代問世后，也逐漸的把順序控制裝置，數(shù)據(jù)采集裝置，回路控制儀表，過程監(jiān)控裝置有機(jī)的結(jié)合在一起，構(gòu)成了能滿足各種不同控制要求的集散控制系統(tǒng)。第42頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四③由小型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的中小型DCS將被PLC構(gòu)成的DCS所替代

PLC與DCS從各自的基礎(chǔ)出發(fā)，在發(fā)展過程中互相滲透，互為補(bǔ)償，兩者的功能越來越近，頗有殊路同歸之感。目前，很多工業(yè)生產(chǎn)過程既可以用PLC實(shí)現(xiàn)控制，也可以用DCS實(shí)現(xiàn)控制。但是，由于PLC是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，其可靠性要比一般的小型計(jì)算機(jī)高得多，所以，以PLC為控制器的DCS必將逐步占領(lǐng)以小型計(jì)算機(jī)為控制器的中小型DCS市場(chǎng)。第43頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3．可編程控制器與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）的比較

可編程控制器與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱工控機(jī))都是用來進(jìn)行工業(yè)控制，但是工控機(jī)與PLC相比，仍有一些不同：

第44頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四①硬件方面

工控機(jī)是由通用微型計(jì)算機(jī)推廣應(yīng)用發(fā)展起來的，通常由微型計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家開發(fā)生產(chǎn)，在硬件方面具有標(biāo)準(zhǔn)化總線結(jié)構(gòu)，各種機(jī)型間兼容性強(qiáng)。而PLC則是針對(duì)工業(yè)順序控制，由電氣控制廠家研制發(fā)展起來的，其硬件結(jié)構(gòu)專用，各個(gè)廠家產(chǎn)品不通用，標(biāo)準(zhǔn)化程度較差。但是PLC的信號(hào)采集和控制輸出的功率強(qiáng)，可不必再加信號(hào)變換和功率驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)，而直接和現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量信號(hào)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)接；在結(jié)構(gòu)上，PLC采取整體密封模板組合形式；在工藝上，對(duì)印刷板、插座、機(jī)架都有嚴(yán)密的處理；在電路上，又有一系列的抗干擾措施。因此，PLC的可靠性更能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的要求。第45頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四②軟件方面工控機(jī)可借用通用微型計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源，對(duì)算法復(fù)雜，實(shí)時(shí)性強(qiáng)的控制任務(wù)能較好的適應(yīng)。PLC在順序控制的基礎(chǔ)上，增加了PID等控制算法，它的編程采用梯形圖語言，易于被熟悉電氣控制線路而不太熟悉微機(jī)軟件的工廠電氣技術(shù)人員所掌握。但是，一些微型計(jì)算機(jī)的通用軟件還不能直接在PLC上應(yīng)用，還要經(jīng)過二次開發(fā)。

任何一種控制設(shè)備都有自己最適合的應(yīng)用領(lǐng)域。熟悉、了解PLC與通用微型計(jì)算機(jī)、集散控制系統(tǒng)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的異同，將有助于根據(jù)控制任務(wù)和應(yīng)用環(huán)境來恰當(dāng)?shù)剡x用最合適的控制設(shè)備，最好的發(fā)揮其效用。

第46頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四四、可編程控制器的主要功能可編程控制器是采用微電子技術(shù)來完成各種控制功能的自動(dòng)化設(shè)備，可以在現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)作用下，按照預(yù)先輸入的程序，控制現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按照一定規(guī)律進(jìn)行動(dòng)作。其主要功能如下：第47頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1．順序邏輯控制這是PLC最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，用來取代繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制。它既可用于單機(jī)控制或多機(jī)控制，又可用于自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制。PLC根據(jù)操作按鈕、限位開關(guān)及其它現(xiàn)場(chǎng)給出的指令信號(hào)和傳感器信號(hào)，控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行相應(yīng)的操作。第48頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2．運(yùn)動(dòng)控制

在機(jī)械加工行業(yè)，可編程控制器與計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)集成在一起，用以完成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制。很多PLC機(jī)制造廠家已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模板。在多數(shù)情況下，PLC把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模板，模板移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。當(dāng)每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模板保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣龋_保運(yùn)動(dòng)平滑。目前已用于控制無心磨削、沖壓、復(fù)雜零件分段沖裁、滾削、磨削等應(yīng)用中。

第49頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3．定時(shí)控制

PLC為用戶提供了一定數(shù)量的定時(shí)器，并設(shè)置了定時(shí)器指令，一般每個(gè)定時(shí)器可實(shí)現(xiàn)0.1秒～999.9秒或0.01秒～99.99秒的定時(shí)控制，也可按一定方式進(jìn)行定時(shí)時(shí)間的擴(kuò)展。定時(shí)精度高，定時(shí)設(shè)定方便、靈活。同時(shí)PLC還提供了高精度的時(shí)鐘脈沖，用于準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)控制。第50頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

4．計(jì)數(shù)控制

PLC為用戶提供的計(jì)數(shù)器分為普通計(jì)數(shù)器、可逆計(jì)數(shù)器、高數(shù)計(jì)數(shù)器等，用來完成不同用途的計(jì)數(shù)控制。當(dāng)計(jì)數(shù)器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值等于計(jì)數(shù)器的設(shè)定值，或在某一數(shù)值范圍時(shí)，發(fā)出控制命令。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可以在運(yùn)行中被讀出，也可以在運(yùn)行中進(jìn)行修改。

第51頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

5．步進(jìn)控制

PLC為用戶提供了一定數(shù)量的移位寄存器，用移位寄存器可方便地完成步進(jìn)控制功能。在一道工序完成之后，自動(dòng)進(jìn)行下一道工序。一個(gè)工作周期結(jié)束后，自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)工作周期。有些PLC還專門設(shè)有步進(jìn)控制指令，使得步進(jìn)控制更為方便。

第52頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

6．?dāng)?shù)據(jù)處理

大部分PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理功能，如F2系列、C系列、S5系列PLC等，能完成數(shù)據(jù)運(yùn)算如：加、減、乘、除、乘方、開方等，邏輯運(yùn)算如：字與、字或、字異或、求反等，移位、數(shù)據(jù)比較和傳送及數(shù)值的轉(zhuǎn)換等操作。

第53頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7．模／數(shù)和數(shù)／模轉(zhuǎn)換

在過程控制或閉環(huán)控制系統(tǒng)中，存在溫度、壓力、流量、速度、位移、電流、電壓等連續(xù)變化的物理量(或稱模擬量)。過去，由于PLC機(jī)長(zhǎng)于邏輯運(yùn)算控制，對(duì)于這些模擬量的控制主要靠?jī)x表控制(如果回路數(shù)較少)或分布式控制系統(tǒng)DCS(如果回路數(shù)較多)。目前，不但大、中型PLC都具有模擬量處理功能，甚至很多小型PLC(如C系列P型機(jī))也具有模擬量處理功能，而且編程和使用都很方便。第54頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8．通信及聯(lián)網(wǎng)

目前絕大多數(shù)PLC都具備了通信能力，能夠在PLC機(jī)與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行同位鏈接及上位鏈接。通過這些通信技術(shù)，使PLC更容易構(gòu)成工廠自動(dòng)化(FA)系統(tǒng)。也可與打印機(jī)、監(jiān)視器等外部設(shè)備相連，記錄和監(jiān)視有關(guān)數(shù)據(jù)。

第55頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.3

可編程控制器的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

一、可編程控制器應(yīng)用現(xiàn)狀1．可編程控制器的市場(chǎng)狀況（1）國(guó)際市場(chǎng)在全世界約200家可編程控制器生產(chǎn)廠商中，控制整個(gè)市場(chǎng)60％以上份額的公司只有6家，即美國(guó)的A-B公司，GE-FANUC公司，德國(guó)的SIEMENS公司，法國(guó)的SchneiderMODICON公司，日本的MITSUBISHI公司，OMRON公司。

從市場(chǎng)份額指標(biāo)來看，第一位是SIEMENS公司，約占有30％的市場(chǎng)份額；第二位是AB公司,約占有18％的市場(chǎng)份額；第三位是Schneider，約占有12％的市場(chǎng)份額。前三家共占有60％的市場(chǎng)份額。剩下的被包括OMRON等近200余家PLC廠商占領(lǐng)！

按市場(chǎng)占有率排序，一流廠商主要有四大廠商：SIEMENS，AB，SchneiderMODICON，GE－Fanuc；二流廠商主要有四大廠商：Mitsubishi，Omron，Panasonic和Fujiton；三流廠商主要有：Sunsong，LG，臺(tái)達(dá)等。

第56頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）國(guó)內(nèi)市場(chǎng)我國(guó)對(duì)可編程控制器的研制始于1974年。

國(guó)內(nèi)的可編程控制器市場(chǎng)，同工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，目前還處于初級(jí)階段。盡管在對(duì)外開放政策的推動(dòng)下，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，如寶鋼的一、二期工程(引進(jìn)了500多套)，秦皇島煤碼頭、平朔煤礦、咸陽顯像管廠等，都是我國(guó)較早引進(jìn)和應(yīng)用可編程控制器的企業(yè)，但目前仍局限在鋼鐵、化工、煤炭、汽車、機(jī)床、電站等幾類行業(yè)，其他生產(chǎn)行業(yè)的應(yīng)用尚未普及。如飲水處理及供水系統(tǒng)，全國(guó)應(yīng)用可編程控制器的比率不足10％，還有在國(guó)外已廣泛應(yīng)用的食品加工、交通、造紙、制藥、精細(xì)化工等行業(yè)，應(yīng)用可編程控制器的更是屈指可數(shù)，因此我國(guó)有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域等待開拓。

目前的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)幾乎被國(guó)外的ＰＬＣ產(chǎn)品占領(lǐng)，在大、中型ＰＬＣ中，幾乎100％是國(guó)外產(chǎn)品。主要以前邊所提到的6家公司中的前4家為主，而小型ＰＬＣ機(jī)則由日本的MITSUBISHI公司、OMRON公司和德國(guó)的SIEMENS公司占據(jù)主要地位。

第57頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2．可編程控制器應(yīng)用范圍

可編程控制器作為一種通用的工業(yè)控制器，它可用于所有的工業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外已廣泛地將可編程控制器成功的應(yīng)用到機(jī)械、汽車、冶金、石油、化工、輕工、紡織、交通、電力、電信、采礦、建材、食品、造紙、軍工、家電等各個(gè)領(lǐng)域，并且取得了相當(dāng)可觀的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

通過以上介紹，看到了可編程控制器應(yīng)用的發(fā)展速度之快，應(yīng)用范圍之廣。ＰＬＣ控制技術(shù)代表了當(dāng)今電氣控制技術(shù)的世界先進(jìn)水平，它已與CAD/CAM、工業(yè)機(jī)器人并列為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。

第58頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)隨著ＰＬＣ技術(shù)的推廣、應(yīng)用，ＰＬＣ將進(jìn)一步向以下幾個(gè)方向發(fā)展：

1.系列化、模板化

每個(gè)生產(chǎn)ＰＬＣ的廠家?guī)缀醵加凶约旱南盗谢a(chǎn)品，同一系列的產(chǎn)品指令向上兼容，擴(kuò)展設(shè)備容量，以滿足新機(jī)型的推廣和使用。要形成自己的系列化產(chǎn)品，以便與其它ＰＬＣ生成廠家競(jìng)爭(zhēng)，就必然要開發(fā)各種模板，使系統(tǒng)的構(gòu)成更加靈活、方便。一般的ＰＬＣ可分為主模板、擴(kuò)展模板、Ｉ／Ｏ模板以及各種智能模板等，每種模板的體積都較小，相互聯(lián)接方便，使用更簡(jiǎn)單，通用性更強(qiáng)。

第59頁(yè)，共64頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.小型機(jī)功能強(qiáng)化

從可編程控制器出現(xiàn)以來，小型機(jī)的發(fā)展速度大大高于中、大型ＰＬＣ。隨著微電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，ＰＬＣ的結(jié)構(gòu)必將更為緊湊，體積更小，而安裝和使用更為方便。有的小型機(jī)只有手掌大小，很容易用其制成機(jī)電一體