第一節(jié) 定義、產(chǎn)生發(fā)展、國內(nèi)外狀況、特點、分類及技術(shù)指標(biāo)

1、可編程序控制器可編程序控制器(PLC)原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院?可編程序控制器可編程序控制器(PLC)ProgrammableLogicController參考文獻可編程控制器應(yīng)用技術(shù)（第四版） 瘳常初 重慶大學(xué)出版 2002可編程控制器教程（基礎(chǔ)編）胡學(xué)林 電子工業(yè)出版社 2003可編程控制器教程 王兆義主編 機械工業(yè)出版社 2002可編程控制器應(yīng)用技術(shù)（第一版） 陳琳化學(xué)工業(yè)出版社 2004 定義定義 產(chǎn)生及其發(fā)展過程產(chǎn)生及其發(fā)展過程 特點特點 分類及技術(shù)指標(biāo)分類及技術(shù)指標(biāo) 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域 國內(nèi)外狀況國內(nèi)外狀況 發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢PLC的定義國際電工委員會（國際電工委員會（

2、 IECIEC）于）于 19821982年年1111月和月和 19851985年年1 1月對可編程序控月對可編程序控制器作了如下的定義：制器作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子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(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生

3、產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則而設(shè)計制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則而設(shè)計”?？删幊炭刂破魇菍樵诳删幊炭刂破魇菍樵诠I(yè)工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字式的電子裝環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字式的電子裝置，它采用可編程序的存儲器來置，它采用可編程序的存儲器來存儲存儲指令，實現(xiàn)指令，實現(xiàn)邏輯運算邏輯運算、順序運算順序運算、算術(shù)運算算術(shù)運算、計時和計數(shù)計時和計數(shù)等功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。等功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。一種工業(yè)計算機，工業(yè)機器人、一種

4、工業(yè)計算機，工業(yè)機器人、PLC PLC 、CAD/CAM CAD/CAM ，構(gòu)成現(xiàn)代工業(yè)的三，構(gòu)成現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱。大支柱。 PLC的產(chǎn)生及發(fā)展過程的產(chǎn)生及發(fā)展過程一、一、PLCPLC的產(chǎn)生的產(chǎn)生l 時間：時間： 2020世紀(jì)六十年代世紀(jì)六十年代l 原因：原因：制造業(yè)的迅猛發(fā)展制造業(yè)的迅猛發(fā)展 當(dāng)時的工業(yè)控制領(lǐng)域以當(dāng)時的工業(yè)控制領(lǐng)域以繼電器的順序控制繼電器的順序控制為主為主, ,而而繼電器控制系統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)存在存在體積大，耗電多，可靠性差，壽命短，運行速度不高，尤其對生體積大，耗電多，可靠性差，壽命短，運行速度不高，尤其對生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性差等缺點產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性差等缺點.

5、.如果生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化，如果生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化，必須重新設(shè)計，并改變硬件結(jié)構(gòu)，造成時間和資金的浪費，顯然，繼必須重新設(shè)計，并改變硬件結(jié)構(gòu)，造成時間和資金的浪費，顯然，繼電器控制系統(tǒng)已不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。電器控制系統(tǒng)已不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。 當(dāng)時在底特津的美國通用汽車公司（當(dāng)時在底特津的美國通用汽車公司（General motor General motor corparationcorparation）, , 為在每次汽車改型或改變工藝流程時，能不改動原為在每次汽車改型或改變工藝流程時，能不改動原有控制柜內(nèi)的繼電器接線，以降低生產(chǎn)成本，縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，有控制柜內(nèi)的繼電器接線

6、，以降低生產(chǎn)成本，縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，提出研制新型邏輯控制裝置的提出研制新型邏輯控制裝置的十項十項指標(biāo)。并向社會公開招標(biāo)。指標(biāo)。并向社會公開招標(biāo)。 l 創(chuàng)始：美國數(shù)字設(shè)備公司（創(chuàng)始：美國數(shù)字設(shè)備公司（DECDEC），根據(jù)這），根據(jù)這十項十項要求要求, ,19691969年研制出第年研制出第一臺控制器一臺控制器(PDP-14(PDP-14），并投入），并投入GMGM公司的汽車生產(chǎn)線控制中。公司的汽車生產(chǎn)線控制中。十項指標(biāo)十項指標(biāo)（PLC最基本的功能）最基本的功能）1.編程簡便，可現(xiàn)場修改程序編程簡便，可現(xiàn)場修改程序2.維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)3.可靠性高于繼電控制盤可靠性

7、高于繼電控制盤4.體積小于繼電控制盤體積小于繼電控制盤5.數(shù)據(jù)可直接送入計算機數(shù)據(jù)可直接送入計算機6.成本可與繼電控制盤相競爭成本可與繼電控制盤相競爭7.輸入可為市電輸入可為市電8.輸出可為市電，可直接驅(qū)動電磁閥、接觸器輸出可為市電，可直接驅(qū)動電磁閥、接觸器9.擴展時原系統(tǒng)變更最少擴展時原系統(tǒng)變更最少10.可存儲程序可存儲程序 十項指標(biāo)的設(shè)想在于：能用于工業(yè)現(xiàn)場；能改變控制邏輯，不需變動十項指標(biāo)的設(shè)想在于：能用于工業(yè)現(xiàn)場；能改變控制邏輯，不需變動組組成它的元件和修改內(nèi)部接線；出現(xiàn)故障時易于診斷和維修。成它的元件和修改內(nèi)部接線；出現(xiàn)故障時易于診斷和維修。二、二、PLC的發(fā)展過程的發(fā)展過程 隨著計

8、算機技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技隨著計算機技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，推動了術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，推動了PLC的發(fā)展。的發(fā)展。 從從控制功能控制功能來分，經(jīng)歷了來分，經(jīng)歷了四個四個階段：階段： 初創(chuàng)階段初創(chuàng)階段：從第一臺：從第一臺PLC問世到問世到20世紀(jì)世紀(jì)60年代末年代末-70年代中期；年代中期； CPU由中小規(guī)模的數(shù)字集成電路組成，控制功能較簡單，主要完成邏輯功能，由中小規(guī)模的數(shù)字集成電路組成，控制功能較簡單，主要完成邏輯功能，所以稱，可編程序邏輯控制器（所以稱，可編程序邏輯控制器（Programmable logical

9、 controller -PLC） 擴展階段擴展階段：從：從20世紀(jì)世紀(jì)70年代中期到末期；年代中期到末期； 產(chǎn)品的主要控制功能得到較大發(fā)展，朝兩個方面發(fā)展產(chǎn)品的主要控制功能得到較大發(fā)展，朝兩個方面發(fā)展（1）從可編程序控制器）從可編程序控制器發(fā)展而來的控制器，主要是邏輯運算，同時也擴展了其他運算功能。（發(fā)展而來的控制器，主要是邏輯運算，同時也擴展了其他運算功能。（2）從）從模擬儀表發(fā)展而來的控制器，主要是模擬運算，同時擴展了邏輯運算功能。模擬儀表發(fā)展而來的控制器，主要是模擬運算，同時擴展了邏輯運算功能。（programmable controller ） 通信功能實現(xiàn)階段通信功能實現(xiàn)階段：從：

10、從20世紀(jì)世紀(jì)70年代中期到年代中期到80年代末期；年代末期；與計算機通信發(fā)展相聯(lián)系，初步形成了分布式通信網(wǎng)絡(luò)體系；數(shù)學(xué)運算功能增強。與計算機通信發(fā)展相聯(lián)系，初步形成了分布式通信網(wǎng)絡(luò)體系；數(shù)學(xué)運算功能增強。 開放階段開放階段：從：從20世紀(jì)世紀(jì)80年代后期開始；年代后期開始；主要表現(xiàn)在通信系統(tǒng)的開放，各制造業(yè)的產(chǎn)品可以通信，通信協(xié)議標(biāo)誰化。主要表現(xiàn)在通信系統(tǒng)的開放，各制造業(yè)的產(chǎn)品可以通信，通信協(xié)議標(biāo)誰化。PLC的特點一、一、PLC的特點的特點 編程方法簡單、易學(xué)編程方法簡單、易學(xué) 硬件配套齊全，用戶使用方便硬件配套齊全，用戶使用方便 通用性強，適應(yīng)性強通用性強，適應(yīng)性強 可靠性高，抗干擾能力強

11、可靠性高，抗干擾能力強 系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少 維修工作量小，維修方便維修工作量小，維修方便 體積小，能耗低體積小，能耗低PLC的特點二、二、PLC 與其他順序邏輯控制系統(tǒng)的比較與其他順序邏輯控制系統(tǒng)的比較1、與繼電器順序邏輯控制系統(tǒng)與繼電器順序邏輯控制系統(tǒng)的比較的比較共同點共同點：（：（1）均可用于開關(guān)量邏輯控制，（均可用于開關(guān)量邏輯控制，（2）PLC梯形圖和繼電器電路梯形圖和繼電器電路 圖對邏圖對邏輯關(guān)系表達方式相同，（輯關(guān)系表達方式相同，（3）電路符號相似。）電路符號相似。從幾個方面比較：從幾個方面比較：（1）工作原理工作原理：控制功能分別用軟、硬件實現(xiàn)

12、：控制功能分別用軟、硬件實現(xiàn)（2）功能功能：PLC采用計算機技術(shù)，具有順序控制、定時、計數(shù)、運動控制、數(shù)據(jù)采用計算機技術(shù)，具有順序控制、定時、計數(shù)、運動控制、數(shù)據(jù)處理、閉環(huán)控制和通信聯(lián)網(wǎng)等功能；繼電器只有順序控制。處理、閉環(huán)控制和通信聯(lián)網(wǎng)等功能；繼電器只有順序控制。（3）可靠性與可維護性可靠性與可維護性：繼電器可靠性差，復(fù)雜，故障診斷及排除困難平均修復(fù)：繼電器可靠性差，復(fù)雜，故障診斷及排除困難平均修復(fù)時間長；時間長；PLC用軟繼電器，可靠性高，故障率低，易診斷和排除故障。用軟繼電器，可靠性高，故障率低，易診斷和排除故障。（4）靈活性：靈活性：繼電器線路固定，功能單一，不易修改，靈活性差；繼電器

13、線路固定，功能單一，不易修改，靈活性差；PLC僅改變程僅改變程序就可以改變控制功能；序就可以改變控制功能；（5）響應(yīng)速度：繼電器靠觸點動作，約幾十響應(yīng)速度：繼電器靠觸點動作，約幾十ms，且存在觸點抖動；，且存在觸點抖動；PLC速度快；速度快；（6）設(shè)計與調(diào)試：設(shè)計與調(diào)試：PLC設(shè)計復(fù)雜電路周期短且可模擬調(diào)試。設(shè)計復(fù)雜電路周期短且可模擬調(diào)試。（7）定時與計數(shù)：定時與計數(shù)：PLC內(nèi)部繼電器的精度高，定時范圍寬，時間調(diào)整方便。內(nèi)部繼電器的精度高，定時范圍寬，時間調(diào)整方便。PLC 與其他順序邏輯控制系統(tǒng)的比較2、與計算機控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)的比較的比較（1）與工控機比較：工控機采用總線式結(jié)構(gòu)，與）

14、與工控機比較：工控機采用總線式結(jié)構(gòu)，與PC機兼容，機兼容，有實時操作系統(tǒng)支持，在快速、實時性強、功能復(fù)雜中占有實時操作系統(tǒng)支持，在快速、實時性強、功能復(fù)雜中占優(yōu)勢，且價格較高，用于開關(guān)量控制以取代繼電器系統(tǒng)有優(yōu)勢，且價格較高，用于開關(guān)量控制以取代繼電器系統(tǒng)有些大材小用。接線用多芯扁平電纜和插頭、插座，不如些大材小用。接線用多芯扁平電纜和插頭、插座，不如PLC方便。方便。（2）與單片機比較：單片機不能直接與外部）與單片機比較：單片機不能直接與外部I/O信號連接，信號連接，采用匯編語言、高級語言，硬件設(shè)計和程序設(shè)計工作量大。采用匯編語言、高級語言，硬件設(shè)計和程序設(shè)計工作量大。3、與集散控制系統(tǒng)與集

15、散控制系統(tǒng)的比較的比較 集集散控制系統(tǒng)散控制系統(tǒng)DSC（Distributed Control System），），是用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和是用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種新型控制裝置，由集中管理部分、分散控分散控制的一種新型控制裝置，由集中管理部分、分散控制監(jiān)控部分和通信部分組成，具有通用性強、系統(tǒng)組態(tài)靈制監(jiān)控部分和通信部分組成，具有通用性強、系統(tǒng)組態(tài)靈活、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便、顯示操作集中、人機活、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便、顯示操作集中、人機界面友好、安裝高度方便、運行安全可靠等特點。但隨著界面友好、安裝高度方便、運行安全可

16、靠等特點。但隨著PLC增加了數(shù)值運算、增加了數(shù)值運算、PID閉環(huán)調(diào)節(jié)功能、與閉環(huán)調(diào)節(jié)功能、與PC機聯(lián)網(wǎng)或機聯(lián)網(wǎng)或PLC自身構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，組成分級控制，也能實現(xiàn)自身構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，組成分級控制，也能實現(xiàn)DSC所完成所完成的功能。的功能。 PLC的分類及技術(shù)性能指標(biāo)一、分類一、分類PLC產(chǎn)品的種類很多，主要從幾個方面來分類產(chǎn)品的種類很多，主要從幾個方面來分類 按結(jié)構(gòu)形式分：按結(jié)構(gòu)形式分：整體式整體式、模塊式模塊式 整體式結(jié)構(gòu)：把整體式結(jié)構(gòu)：把CPU、存儲單元、存儲單元、I/O單元、單元、 I/O擴展單元、擴展單元、外部設(shè)備接口單元及電源單元等集中裝在一個機箱內(nèi)；其外部設(shè)備接口單元及電源單元等集中裝在一個機箱

17、內(nèi)；其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低，一般小型結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低，一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)。整體式整體式PLC由不同由不同I/O點數(shù)的基本單元和擴展單元組成，基點數(shù)的基本單元和擴展單元組成，基本單元內(nèi)有本單元內(nèi)有CPU、I/O和電源，擴展單元內(nèi)只有和電源，擴展單元內(nèi)只有I/O和電源。和電源。基本單元和擴展單元之間用扁平電纜連接。整體式基本單元和擴展單元之間用扁平電纜連接。整體式PLC一一般配備有特殊功能單元。如模擬量單、位置控制單元。般配備有特殊功能單元。如模擬量單、位置控制單元。 適用于單體設(shè)備的開關(guān)量自動控制和機電一體化產(chǎn)品的開適用于單體設(shè)備的開關(guān)量自動控制和機電一體化產(chǎn)品

18、的開發(fā)應(yīng)用發(fā)應(yīng)用。 模塊式結(jié)構(gòu)：把模塊式結(jié)構(gòu)：把CPU、存儲單元、存儲單元、 I/O單元等做成各自獨立單元等做成各自獨立的模塊，再組裝在一個帶電源單元的機架或母板上。的模塊，再組裝在一個帶電源單元的機架或母板上。 適用于復(fù)雜過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用適用于復(fù)雜過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用。 按輸入輸出點數(shù)（容量）：超小型、小型、中型、大型、超按輸入輸出點數(shù)（容量）：超小型、小型、中型、大型、超大型大型 IO點數(shù)小于點數(shù)小于 32為微型為微型PLC； IO點數(shù)在點數(shù)在32128為超小型為超小型PLC； IO點數(shù)在點數(shù)在128256為為小型小型PLC； IO點數(shù)在點數(shù)在2561024為為中型中型PLC； IO點數(shù)大

19、于點數(shù)大于1024為為大型大型PLC； IO點數(shù)在點數(shù)在4000以上為超大型以上為超大型PLC。 以上劃分不包括模擬量以上劃分不包括模擬量I0點數(shù)，且劃分界限不是固定不變點數(shù)，且劃分界限不是固定不變的。的。 按功能分：低檔、中檔、高檔按功能分：低檔、中檔、高檔低檔：以邏輯控制為主，適用開關(guān)控制場合；低檔：以邏輯控制為主，適用開關(guān)控制場合；中檔：兼有開關(guān)量和模擬量控制，適用于小型連續(xù)生產(chǎn)過程的中檔：兼有開關(guān)量和模擬量控制，適用于小型連續(xù)生產(chǎn)過程的復(fù)雜邏輯控制和閉環(huán)調(diào)節(jié)控制復(fù)雜邏輯控制和閉環(huán)調(diào)節(jié)控制高檔：可與其他高檔：可與其他PLC、上位計算機，構(gòu)成分布式生產(chǎn)過程綜合、上位計算機，構(gòu)成分布式生產(chǎn)過

20、程綜合控制管理系統(tǒng)控制管理系統(tǒng)。 PLC的分類及技術(shù)性能指標(biāo)二、PLC的技術(shù)性能指標(biāo)1、I/O點數(shù)：指I/O總數(shù)。2、掃描速度：執(zhí)行一步指令的時間 ， 3、內(nèi)存容量 ：在PLC中，程序指令按“步”存放，一條指令往往不止一步，一步=一個地址單元=兩個字節(jié)。4、指令條數(shù)和指令功能：衡量PLC軟件功能強弱的主要指標(biāo)。5、內(nèi)部寄存器：用于存放變量狀態(tài)，中間結(jié)果和數(shù)據(jù)；衡量PLC硬件功能的指標(biāo)。6、特殊功能模塊：衡量PLC產(chǎn)品水平高低的一個重要標(biāo)志。步或步kms，s/ PLC的國內(nèi)外狀況 1969年美國研制出世界上第一臺年美國研制出世界上第一臺PLC以后，日本、以后，日本、德國、法國等國相繼研制了各自的

21、德國、法國等國相繼研制了各自的PLC。美國美國PLC發(fā)展得最快發(fā)展得最快： 1984年有年有48家，生產(chǎn)家，生產(chǎn)150多種多種PLC； 1987年有年有63家，生產(chǎn)家，生產(chǎn)243種種PLC； 1996年有年有70余家，生產(chǎn)近余家，生產(chǎn)近300種種PLC。 著名廠家著名廠家有：有：AB（AllenBradley）艾倫一布）艾倫一布拉德利公司拉德利公司 IPM（International Parallel Machines）國際并行機器公司國際并行機器公司 T I（Texas Instrument）德州儀器公司，）德州儀器公司， WESTHOUSE Electric西屋電氣公司，西屋電氣公司， M

22、ODICON莫迪康公司，莫迪康公司， GEFSNUC公司，等公司，等 PLC的國內(nèi)外狀況歐洲PLC的廠家有60余家: 西門子（Siemens）于1973年研制出第一臺PLC。 金鐘默勒 （Klockner Moeller Gmbh）， AEG， 法國的TE(Telemecanique）(施耐德） 瑞士的Selectron (史力頓)公司等。 PLC的國內(nèi)外狀況1971年，年，日本日本從美國引進從美國引進PLC技術(shù)，由日立公司研制成功日技術(shù)，由日立公司研制成功日本第一臺本第一臺PLC。 日本生產(chǎn)日本生產(chǎn)PLC的廠家有的廠家有40余家：余家： 三菱電機三菱電機(MITSUBISHI),歐姆龍歐姆龍

23、(OMRON), 富士電機（富士電機（Fuji Electric）,東芝（東芝（TOSHIBA）, 光洋（光洋（KOYO),松下電工（松下電工（MEW）, 和泉（和泉（IDEC）,夏普夏普(SHARP）, 安川等公司。安川等公司。PLC的國內(nèi)外狀況 我國在我國在 70年代末和年代末和 80年代初開始引進年代初開始引進PLC。我國早期獨。我國早期獨立研制立研制PLC的單位有：的單位有： 北京機械工業(yè)自動化研究所，北京機械工業(yè)自動化研究所， 上海工業(yè)自動化儀表研究所，上海工業(yè)自動化儀表研究所， 大連組合機床研究所，大連組合機床研究所， 成都機床電器研究所，成都機床電器研究所， 中科院北京計算機所及自動化所，中科院北京計算機所及自動化所， 長春一汽，長春一汽， 上海起重電器廠，上海起重電器廠， 上海香島機電公司，上海香島機電公司， 上海自力電子設(shè)備廠等單位。上海自力電子設(shè)備廠等單位。 以上諸單位都沒有形成規(guī)?；a(chǎn)。以上諸單位都沒有形成規(guī)?；a(chǎn)。 PLC的國內(nèi)外狀況 1993年中國年中國PLC市場排行榜上的世界十大廠家：市場排行榜上的世界十大廠家： 美國美國 AB公司公司 （AllenBradley） 德國西門子公司（德國西門子公司（Siemens） 美國美國GEFanuc公司公司 美國的莫迪康（美國的莫迪康（Modicon）和法國的）和法國的TE電器公司電器公司 日