CH5可編程序控制器概述

1、第五章 可編程序控制器概述 一、可編程控制器的定義二、可編程控制器的產(chǎn)生三、可編程控制器的特點(diǎn)四、可編程控制器的應(yīng)用五、可編程控制器的發(fā)展六、可編程控制器的類(lèi)型本章主要講解七、可編程控制器的技術(shù)指標(biāo)1 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及數(shù)字技術(shù)為PLC的發(fā)展提供了技術(shù)條件，同時(shí)生產(chǎn)的不斷發(fā)展對(duì)其提出了更高的要求。 PLC是很多機(jī)電一體化產(chǎn)品最理想的首選控制器，其應(yīng)用的深度和廣度也代表了一個(gè)國(guó)家工業(yè)的現(xiàn)代化水平。2什么是PLC？一、可編程控制器的定義是一種工業(yè)控制裝置是在電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，將自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。通用叫

2、法中文名稱(chēng)為可編程控制器；英文名稱(chēng)為Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。3一、可編程控制器的定義1987年，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）定義： “可編程控制器是一種以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)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(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、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(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)”。 4二、可編程控制器的產(chǎn)生因?yàn)槔^電器邏輯電路配線(xiàn)復(fù)雜5二、可編程控制器的產(chǎn)生背景

3、：1968年美國(guó)通用汽車(chē)公司（GM），為了適應(yīng)汽車(chē)型號(hào)的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換繼電器控制系統(tǒng)及接線(xiàn)，以降低成本，縮短周期。 61968年，GM公司提出十項(xiàng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；維護(hù)方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；可靠性高于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；成本可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)；可將數(shù)據(jù)直接送入計(jì)算機(jī)；可直接使用115V交流輸入電壓；輸出采用115V交流電壓，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、交流接觸器等；通用性強(qiáng)，擴(kuò)展方便;能存儲(chǔ)程序，存儲(chǔ)器容量可以擴(kuò)展到4KB。二、可編程控制器的產(chǎn)生7傳統(tǒng)的生產(chǎn)機(jī)械自

4、動(dòng)控制裝置繼電器控制系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、容易操作 。缺點(diǎn)體積龐大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、接線(xiàn)復(fù)雜、故障率高、可靠性及靈活性差 。應(yīng)用比較適用于工作模式固定，控制邏輯簡(jiǎn)單等工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合。 PLC的產(chǎn)生8用戶(hù)迫切需要一種先進(jìn)的自動(dòng)控制裝置繼電器控制系統(tǒng)先進(jìn)自動(dòng)控制系統(tǒng)9對(duì)先進(jìn)自動(dòng)控制裝置提出設(shè)想： 把計(jì)算機(jī)的功能完善、通用、靈活等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，制成一種通用控制裝置。把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡(jiǎn)化，采用面向控制過(guò)程、面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言編程。 工業(yè)控制單板機(jī)（計(jì)算機(jī)） 繼電器控制系統(tǒng) 先進(jìn)控制裝置 101969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制第一臺(tái)可編

5、程控制器，并應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。由于當(dāng)時(shí)主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱(chēng)為可編程序邏輯控制器（PLC）。 二、可編程控制器的產(chǎn)生11三、 可編程控制器的特點(diǎn)無(wú)觸點(diǎn)免配線(xiàn)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) PLC是面向工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，惡劣環(huán)境下可靠的工作是其首要的要求。體現(xiàn)在：（1）輸入輸出采用光電隔離方式；（2）輸入輸出采用獨(dú)立的電源；（3）采用循環(huán)掃描的工作方式；（4）采用動(dòng)態(tài)濾波，減少脈沖干擾；（5）內(nèi)部采用“監(jiān)視器”電路，保證CPU可靠工作；12通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便 PLC取代了布線(xiàn)邏輯，只要修改程序就可以很容易改變生產(chǎn)工藝流程，調(diào)整控制方案。這種方式稱(chēng)為軟接線(xiàn)邏輯。編程簡(jiǎn)單，容易掌

6、握 沿用繼電器控制的一些符號(hào)和定義，直觀清晰，現(xiàn)場(chǎng)工作人員容易理解和掌握。13硬件配套齊全，用戶(hù)使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)接口簡(jiǎn)單，維護(hù)方便 PLC輸入輸出接口設(shè)計(jì)成可直接與現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電相接，有些還可以帶電插拔，故障時(shí)可不脫機(jī)停電，縮短故障修復(fù)時(shí)間。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少14四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域15四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域16四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域17四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域18四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域19四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域20四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域21四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域22四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域23四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域24五、可編程控制器的發(fā)展高性能

7、、高速度、大容量發(fā)展為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)容量。目前，有的PLC的掃描速度可達(dá)0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個(gè)性能指標(biāo)。在存儲(chǔ)容量方面，有的PLC最高可達(dá)幾十兆字節(jié)。為了擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，有的公司已使用了磁泡存儲(chǔ)器或硬盤(pán)。 25向小型化和大型化兩個(gè)方向發(fā)展小型PLC由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場(chǎng)需要已開(kāi)發(fā)了各種簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)的超小型微型PLC，最小配置的I/O點(diǎn)數(shù)為816點(diǎn)，以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要。 大型化是指大中型PLC 向大容量、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，使之能與計(jì)算機(jī)組成集成控制系統(tǒng)，對(duì)大規(guī)模、復(fù)雜系

8、統(tǒng)進(jìn)行綜合性的自動(dòng)控制?，F(xiàn)已有I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)的超大型PLC，其使用32位微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲(chǔ)器，功能強(qiáng)。五、可編程控制器的發(fā)展26大力開(kāi)發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)與通信能力為滿(mǎn)足各種控制系統(tǒng)的要求，不斷開(kāi)發(fā)出許多功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。PLC的聯(lián)網(wǎng)與通信有兩類(lèi)： PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信，各PLC生產(chǎn)廠家都有自己的專(zhuān)有聯(lián)網(wǎng)手段； PLC與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信。為了加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)與和通信能力，PLC生產(chǎn)廠家也在協(xié)商制訂通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 五、可編程控制器的發(fā)展27增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明：在PL

9、C控制系統(tǒng)的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，輸入設(shè)備占45%，輸出設(shè)備占30%，線(xiàn)路占5%。前二項(xiàng)共20%故障屬于PLC的內(nèi)部故障，它可通過(guò)PLC本身的軟、硬件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、處理。而其余80%的故障屬于PLC的外部故障。PLC生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測(cè)外部故障的專(zhuān)用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。 五、可編程控制器的發(fā)展28編程語(yǔ)言多樣化在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，PLC的編程語(yǔ)言也越來(lái)越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖、語(yǔ)句表語(yǔ)言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語(yǔ)言、面向過(guò)程控制的流程圖語(yǔ)言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語(yǔ)言（BASIC、C語(yǔ)

10、言等）等。多種編程語(yǔ)言并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢(shì)。五、可編程控制器的發(fā)展29按I/O點(diǎn)數(shù)分小型PLC I/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以下的為小型PLC （其中I/O點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的為超小型或微型PLC）中型PLC I/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以上、2048點(diǎn)以下的為中型PLC大型PLC I/O點(diǎn)數(shù)為2048以上的為大型PLC （其中I/O點(diǎn)數(shù)超過(guò)8192點(diǎn)的為超大型PLC）六、可編程控制器的類(lèi)型30按結(jié)構(gòu)形式分整體式PLC 將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低等特點(diǎn)。六、可編程控制器的類(lèi)型模塊式PLC 將PLC各組成部分分別作成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU

11、模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。緊湊式PLC 還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。模塊式PLC 將PLC各組成部分分別作成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。緊湊式PLC 還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。整體式PLC 將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低等特點(diǎn)。31按功能分低檔PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。 中檔PLC 具有低檔PLC功

12、能外，增加模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還增設(shè)中斷、PID控制等功能。 高檔PLC 具有中檔機(jī)功能外，增加帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)運(yùn)算、制表及表格傳送等。高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能。 六、可編程控制器的類(lèi)型32可編程控制器的技術(shù)指標(biāo)3334舉足輕重的PLC制造廠家美國(guó)的Rockwell自動(dòng)化公司所屬的A-B (Allen-Bradley)公司 GE-Fanuc公司 德國(guó)的西門(mén)子（Siemens）公司 美國(guó)的Modicon公司 法國(guó)TE（Telemecanique）公司 日本三菱公司 日本立石（OMRON）公司 35國(guó)內(nèi)PLC的發(fā)展概況 用于PLC改造設(shè)備 國(guó)產(chǎn)的小型PLC（I/O點(diǎn)數(shù)256）已形成一定的批量，但無(wú)主流產(chǎn)品 中型PLC的開(kāi)發(fā)才剛剛起步 國(guó)產(chǎn)