第1章可編程序控制器概述

可編程序控制器原理劉鳳春王林周曉丹編著機械工業(yè)出版社1PLC應用基礎第1章可編程序控制器概述第2章可編程序控制器的基本原理第3章S7－200PLC的硬件系統(tǒng)第4章S7－200PLC的指令系統(tǒng)第5章可編程序控制器程序設計基礎第6章可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡2第1章可編程序控制器概述功能完備靈活通用通用工業(yè)控制裝置簡單易懂、操作方便價格便宜3第1章可編程序控制器概述1.1可編程序控制器的由來與定義1.2可編程序控制器的特點與功能1.3可編程序控制器的發(fā)展與應用1.4常用可編程序控制器簡介41.1可編程序控制器的由來與定義一、可編程序控制器的由來功能完備靈活通用通用工業(yè)控制裝置簡單易懂、操作方便價格便宜

1968年美國GM公司提出十項指標進行招標：

(1)編程簡單，可現(xiàn)場修改程序。

(2)維護方便，采用模塊式結構。

(3)可靠性高于繼電器控制柜。

(4)體積小于繼電器控制柜。5

(5)數(shù)據(jù)直接送入計算機。

(6)價格能與繼電器控制柜競爭。

(7)輸入可以是交流115V。

(8)輸出≥AC115V、2A，能直接驅動電磁閥。

(9)擴展時系統(tǒng)變更很小。

(10)用戶程序存儲容量至少能擴展到4K字節(jié)。

1969年美國DEC研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司試用，獲得了成功。

1971年日本研制出第一臺可編程序控制器。

1974年我國開始研制，1977年開始工業(yè)應用。

20世紀70年代中期，PLC進入了實用化階段。

20世紀70年代末和80年代初，PLC進入了成熟階段。6早期的可編程序控制器，一般稱為可編程序邏輯控制器(ProgrammableLogicController)，簡稱PLC。它以準計算機形式出現(xiàn)。

1980年，美國電氣制造商協(xié)會正式將其命名為可編程序控制器(ProgrammableController)，簡稱PC?，F(xiàn)代可編程序控制器，邏輯運算僅是其眾多功能之一，故取消了“Logic”。為了區(qū)別“個人計算機”，PC仍被稱為PLC。7二、可編程序控制器的定義（IEC）可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴充功能的原則設計。8三、PLC的主要性能指標和分類1.PLC

的主要性能指標

(1)輸入/輸出點數(shù)（I/O

點數(shù)）(2)存儲容量（字節(jié)）指用戶程序存儲器容量。大約：1KB~2MB。(3)掃描速度

指

PLC

執(zhí)行程序的速度。

有兩種表示方法執(zhí)行

1KB

用戶程序所用的時間。

執(zhí)行一條布爾指令所用的時間。(4)編程指令的種類和條數(shù)(5)擴展能力和功能模塊種類

92.PLC的分類(1)按結構形式分類整體式PLC

將電源、CPU、I/O電路都集中裝在一個機箱內。一般小型PLC采用這種結構。模塊式PLC

將PLC各部分分成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊、功能模塊。一般大、中型PLC采用模塊式結構。10(2)按數(shù)字量I/O點數(shù)分類微型機小型機中型機大型機超大型機≤6464~256256~20482048~8196≥81961~2KB2~4KB4~16KB16~64KB64~128KB分類I/O點數(shù)CPU存儲器8位處理器8位處理器8位字處理器和位處理器16位字、位浮點處理器32位或多個16位字、位浮點處理器11(3)按功能分類低檔機中檔機高檔機具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位、自診斷、監(jiān)控等基本功能，有的還具備AI/AO、數(shù)據(jù)傳送、運算、通訊等。除上述功能，還有數(shù)制轉換、子程序調用、通訊聯(lián)網(wǎng)功能，有的還具備中斷控制、PID回路控制等。除上述功能，還有較強的數(shù)據(jù)處理功能、模擬量調節(jié)、函數(shù)運算、監(jiān)控、智能控制、通訊聯(lián)網(wǎng)功能等。分類主要功能應用場合開關量控制、順序控制、定時/計數(shù)控制、少量模擬量控制等。

過程控制、位置控制等。大規(guī)模過程控制系統(tǒng)，構成分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)全局自動化網(wǎng)絡。12四、可編程序控制器的硬件

PLC

系統(tǒng)的構成都屬于積木式結構。一般由中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入/輸出模塊、I/0

擴展模塊、通信模塊、編程器和電源等組成。還可配置各種特殊功能的I/O模塊和智能模塊。

通過擴展各種功能模塊使PLC系統(tǒng)的功能易于擴充和增強。

131.2可編程序控制器的特點與功能一、PLC的特點1.可靠性高、抗干擾能力強

無故障時間：4～5萬小時。措施：隔離、濾波、屏蔽、檢測與自診斷、數(shù)據(jù)備份、后備電池······2.功能完善、通用性強、使用方便

能實現(xiàn)各種控制功能、用于各個控制領域。3.編程方法簡單、易于掌握梯形圖圖形語言簡單易學。4.系統(tǒng)設計周期短、安裝容易、維護方便

5.體積小、重量輕、功耗低146.各公司的PLC互補兼容

PLC的軟硬件體系結構是封閉而不是開放的。

如專用總線、專家通訊網(wǎng)絡及協(xié)議，I/O模板不通用，甚至連機柜、電源模板亦各不相同。編程語言雖多數(shù)是梯形圖，但組態(tài)、尋址、語言結構均不一致。因此各公司的PLC互不兼容。15二、PLC的主要功能及其應用1.邏輯控制

用PLC的與、或、非指令取代繼電器觸點的串并聯(lián)等邏輯連接，實現(xiàn)開關量的控制。2.定時與計數(shù)控制

用PLC的定時器、計數(shù)器指令取代時間繼電器等，實現(xiàn)某些操作的定時或計數(shù)控制。3.數(shù)據(jù)處理用數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)碼轉換、編碼、譯碼以及數(shù)學運算和邏輯運算等指令來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。用于數(shù)控機床、柔性制造系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)和機器人控制系統(tǒng)等大中型控制系統(tǒng)中。

164.步進控制

用PLC的步進指令取代由硬件構成的步進控制器等，實現(xiàn)上、下工序操作的控制。5.運動控制通過高速計數(shù)器和位置控制模塊等控制步進電動機或伺服電動機，從而控制單軸或多軸生產(chǎn)機械。6.過程控制通過A/D和D/A轉換，用PLC的PID指令（或PID

模塊）對生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、速度、流量等模擬量進行單回路或多回路的閉環(huán)控制。7.通信與遠程控制通過各種通信模塊能夠將PLC與PLC、PLC與上位計算機之間聯(lián)結成一個網(wǎng)絡。8.監(jiān)控功能17可編程序控制器的應用示例傳送帶生產(chǎn)線控制印刷機械18木材加工電梯控制空調控制可編程序控制器的應用示例19灌裝及包裝機械紡織機械可編程序控制器的應用示例20三、PLC與其他控制系統(tǒng)的比較1.PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較

PLC的梯形圖與繼電器控制線路圖十分相似，主要原因是PLC梯形圖的發(fā)明大致上沿用了繼電器控制的電路元件符號，僅個別處有些不同。信號的輸入/輸出形式及控制功能也是相同的，但是

PLC是軟邏輯，繼電器是硬邏輯。

PLC在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、設計施工周期短、調試修改方便，而且體積小、功耗低、維護方便，但價格高于繼電器。21單片機具有結構簡單、使用方便、價格比較低等優(yōu)點，一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制。

PLC在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等方面不如單片機。

PLC用于工業(yè)控制，穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，使用方便，但單片機的通用性和適應性較強。3.可編程控制器與個人計算機控制的比較使用環(huán)境、程序設計、運算速度、存儲容量、價格。應用范圍：微機除了用在控制領域外，還大量用于科學計算、數(shù)據(jù)處理、計算機通信等方面。

PLC是專用微機控制系統(tǒng)，主要用于工業(yè)控制。2.可編程控制器與單片機控制的比較22輸入/輸出：微機系統(tǒng)的I/O設備與主機之間采用弱電聯(lián)系，一般不需要電氣隔離。而PLC一般控制強電設備，需要電氣隔離，輸入輸出均用光電耦合，輸出還采用繼電器、可控硅或大功率晶體管進行功率放大。系統(tǒng)功能：微機系統(tǒng)一般配有較強的系統(tǒng)軟件和許多應用軟件。而PLC一般只有簡單的監(jiān)控程序，能完成故障檢查、用戶程序的輸入和修改、用戶程序的執(zhí)行與監(jiān)視等?；ハ嗯浜细魉酒渎殻涸谝粋€聯(lián)網(wǎng)運行的集散控制系統(tǒng)中，使PLC集中在功能控制上，微機則集中在信息處理上，兩者相輔相成。23一、PLC的發(fā)展概況

早期的PLC控制功能簡單基本邏輯和順序控制、條件步進和時間步進控制等功能。

PLC已經(jīng)成為工業(yè)控制的標準設備現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱：

PLC技術、機器人技術、CAD/CAM技術。

PLC的生產(chǎn)也成了重要的產(chǎn)業(yè)隨著微電子技術的快速發(fā)展，使制造成本，功能。

我國PLC的應用和發(fā)展

20世紀70年代是初級認識階段，20世紀80年代是引進使用階段，20世紀90年代是迅速普及和發(fā)展階段

1.3可編程序控制器的發(fā)展與應用24二、PLC的發(fā)展趨勢1.向小型化方向發(fā)展便于實現(xiàn)“機電儀”一體化。2.向大型化方向發(fā)展(1)

功能不斷加強

各種運算、定時、計數(shù)、模擬調節(jié)、監(jiān)控、記錄、與計算機接口、通信······(2)

應用范圍不斷擴大

邏輯控制、中斷控制、智能控制、過程控制、通信控制······(3)

性能不斷提高25(3)

性能不斷提高處理速度、響應時間、存儲容量、多處理器技術、各種智能模塊······(4)

編程軟件的多樣化和高級化如BASIC、C、匯編語言、專用高級語言等。(5)

構成形式的分散化和集散化三、PLC在中國的發(fā)展與應用

最早研究和應用PLC始于20世紀70年代末期。自2001年起，我國機械工業(yè)成為工業(yè)發(fā)展新亮點。近年來每年約新投入10萬臺套PLC產(chǎn)品。化工行業(yè)也是需求PLC的一個持續(xù)而穩(wěn)定的市場。26一、西門子公司的可編程序控制器

主流產(chǎn)品：SIMATICS7－200、300、400。1.4常用可編程序控制器簡介

(a)S7-200系列PLC(b)S7-300系列PLC(c)S7-400系列PLC西門子公司的可編程序控制器27二、AB公司的可編程序控制器SLC500系列屬于小型模塊化PLC產(chǎn)品。MicroLogix1500屬于高級的小型PLC產(chǎn)品。PLC-5系列屬于大中型PLC產(chǎn)品。

(a)MicroLogix1500PLC(b)ControlLogix1756系列PLCA-B公司的可編程序控制器28三、三菱公司的可