《電氣控制與LC》第章2

第3章PLC概述學(xué)習(xí)情景引入：1、PLC是什么？2、PLC有何特點(diǎn)？3、PLC如何分類？4、編程語(yǔ)言是什么？5、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢(shì)是什么？6、對(duì)今后的學(xué)習(xí)及職業(yè)生涯有何影響？等等。。。3.1PLC的產(chǎn)生3.2PLC的特點(diǎn)3.3PLC的分類3.4PLC的編程語(yǔ)言3.5PLC的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展趨勢(shì)本章從如下幾個(gè)方面進(jìn)行闡述3.1PLC的產(chǎn)生

3.1.1PLC的由來原因：因?yàn)槔^電器邏輯電路配線復(fù)雜3.1.1PLC的由來背景：1968年美國(guó)通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號(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，以降低成本，縮短周期。

1968年，GM公司提出十項(xiàng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序；維護(hù)簡(jiǎn)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；數(shù)據(jù)可直接送入計(jì)算機(jī)；成本可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)；輸入可為市電；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。3.1.1PLC的由來1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制第一臺(tái)可編程控制器，并應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。3.1.1PLC的由來什么是PLC？3.1.2PLC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)上開發(fā)出來的，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。通用叫法中文名稱為可編程控制器；英文名稱為ProgrammableLogicController，簡(jiǎn)稱PLC。3.1.2PLC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、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)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？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)”。3.2PLC的特點(diǎn)可靠性高，抗干擾強(qiáng)功能強(qiáng)大，性價(jià)比高編程簡(jiǎn)易，現(xiàn)場(chǎng)可修改配套齊全，使用方便壽命長(zhǎng)，體積小，能耗低系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修工作量少，維護(hù)方便3.3.1按I/O點(diǎn)數(shù)分小型PLCI/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PLCI/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以上、2048點(diǎn)以下的為中型PLC大型PLCI/O點(diǎn)數(shù)為2048以上的為大型PLC

（其中I/O點(diǎn)數(shù)超過8192點(diǎn)的為超大型PLC）3.3PLC的分類3.3.2按結(jié)構(gòu)形式分分整體式PLC將電源、CPU、I/O接口等部件都都集中裝在一一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，，具有結(jié)構(gòu)緊緊湊、體積小小、價(jià)格低等等特點(diǎn)。3.3PLC的分類模塊式PLC將PLC各組成部分分分別作成若干干個(gè)單獨(dú)的模模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模模塊（有的含含在CPU模塊中）以及及各種功能模模塊。緊湊式PLC還有一些PLC將整體式和模模塊式的特點(diǎn)點(diǎn)結(jié)合起來。。模塊式PLC將PLC各組成部分分分別作成若干干個(gè)單獨(dú)的模模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模模塊（有的含含在CPU模塊中）以及及各種功能模模塊。緊湊式PLC還有一些PLC將整體式和模模塊式的特點(diǎn)點(diǎn)結(jié)合起來。。整體式PLC將電源、CPU、I/O接口等部件都都集中裝在一一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，，具有結(jié)構(gòu)緊緊湊、體積小小、價(jià)格低等等特點(diǎn)。3.3.3按功能分低檔PLC具有邏輯運(yùn)算算、定時(shí)、計(jì)計(jì)數(shù)、移位以以及自診斷、、監(jiān)控等基本本功能，還可可有少量模擬擬量輸入／輸輸出、算術(shù)運(yùn)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳傳送和比較、、通信等功能能。中檔PLC具有低檔PLC功能外，增加加模擬量輸入入/輸出、算術(shù)運(yùn)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳傳送和比較、、數(shù)制轉(zhuǎn)換、、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通通信聯(lián)網(wǎng)等功功能。有些還還增設(shè)中斷、、PID控制等功能。。高檔PLC具有中檔機(jī)功功能外，增加加帶符號(hào)算術(shù)術(shù)運(yùn)算、矩陣陣運(yùn)算、位邏邏輯運(yùn)算、平平方根運(yùn)算及及其它特殊功功能函數(shù)運(yùn)算算、制表及表表格傳送等。。高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的的通信聯(lián)網(wǎng)功功能。3.3PLC的分類3.3.4按生產(chǎn)廠家家分3.4.1梯形圖（LD）梯形圖是一一種以圖形形符號(hào)及其其在圖中的的相互關(guān)系系來表示控控制關(guān)系的的編程語(yǔ)言言，是從繼繼電控制電電路圖演變變過來的，，是使用得得最多的PLC圖形形編程語(yǔ)言言。梯形圖圖由觸點(diǎn)、、線圈和功功能指令等等組成，觸觸點(diǎn)代表邏邏輯輸入條條件，如外外部的開關(guān)關(guān)、按鈕和和內(nèi)部條件件等；線圈圈和功能指指令通常代代表邏輯輸輸出結(jié)果，，用來控制制外部的負(fù)負(fù)載（如指指示燈、交交流接觸器器、電磁閥閥等）或內(nèi)內(nèi)部的輸出出條件。3.4PLC的編程語(yǔ)言言梯形圖的特特點(diǎn)①梯形圖圖是按從上上到下的順順序繪制②梯形圖圖的左、右右母線并未未加電壓，，梯形圖中中的支路接接通時(shí)，并并沒有真正正的電流流流動(dòng)③梯形圖中中使用的各各種器件是是按照繼電電控制電路路圖中相應(yīng)應(yīng)的名稱稱稱呼的，并并不是真實(shí)實(shí)的電器器器件④梯形圖圖中輸入繼繼電器的狀狀態(tài)唯一地地取決于對(duì)對(duì)應(yīng)輸入電電路中輸入入信號(hào)的通通斷狀態(tài)，，與程序的的執(zhí)行無關(guān)關(guān)⑤梯形圖圖中輔助繼繼電器不對(duì)對(duì)外驅(qū)動(dòng)外外部負(fù)載⑥梯形圖圖中各軟元元件的觸點(diǎn)點(diǎn)既可常開開，又可常常閉，其常常開、常閉閉觸點(diǎn)的數(shù)數(shù)量是無限限的3.4.1梯形圖四、編程語(yǔ)言3.4.2指令表（IL）指令表是由由許多指令令構(gòu)成的，，是一種與與微型計(jì)算算機(jī)的匯編編語(yǔ)言中的的指令相似似的助記符符表達(dá)式，，它由操作作碼和操作作數(shù)兩部分分組成。操作碼用助助記符表示示，它表明明CPU要要執(zhí)行某種種操作，是是不可缺少少的部分；；操作數(shù)包括括執(zhí)行某種種操作所必必需的信息息，一般由由常數(shù)和軟軟元件組成成，大多數(shù)數(shù)指令只有有1個(gè)操作作數(shù)，但有有的沒有操操作數(shù)，而而有的有2個(gè)或更多多。如LDM8002這條指令令，其中LD為助記記符（即操操作碼），，M8002為軟元元件（即操操作數(shù)），，其中的M為元件符符號(hào)，8002為元元件M的編編號(hào)；又如如MOVK0D0這條指指令3.4PLC的編程語(yǔ)言言3.4.3順序功能圖圖（SFC）順序功能圖圖是用來描述開開關(guān)量控制制系統(tǒng)的功功能，是一一種位于其其他編程語(yǔ)語(yǔ)言之上的的圖形語(yǔ)言言，用于編編制順序控控制程序。。順序功能能圖提供了了一種組織織程序的圖圖形方法，，根據(jù)它可可以很容易易地畫出順順控梯形圖圖，本書將將在第4章章中作詳細(xì)細(xì)介紹。順順序功能能圖是用來描述開開關(guān)量控制制系統(tǒng)的功功能3.4.4功能圖塊3.4.5結(jié)構(gòu)文本3.5PLC的應(yīng)用領(lǐng)域域及發(fā)展趨趨勢(shì)3.5.1PLC的應(yīng)用領(lǐng)域域PLC在國(guó)內(nèi)外已已廣泛應(yīng)用用于鋼鐵、、石油、化化工、電力力、建材、、機(jī)械制造造、汽車、、輕紡、交交通運(yùn)輸、、環(huán)保等各各行各業(yè)。。1．開關(guān)量邏邏輯控制2．運(yùn)動(dòng)控制制3．過程控制制4．?dāng)?shù)據(jù)處理理5．通信聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)3.5.1PLC的應(yīng)用領(lǐng)域域3.5.1PLC的應(yīng)用領(lǐng)域域3.5.1PLC的應(yīng)用領(lǐng)域域3.5.1PLC的應(yīng)用領(lǐng)域域3.5.1PLC的應(yīng)用領(lǐng)域域3.5.1PLC的應(yīng)用領(lǐng)域域3.5.1PLC的應(yīng)用領(lǐng)域域3.5.1PLC的應(yīng)用領(lǐng)域域3.5.1PLC的應(yīng)用領(lǐng)域域3.5.1PLC的應(yīng)用領(lǐng)域域3.5.2PLC的發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)從技術(shù)上看看，PLC會(huì)向運(yùn)算速速度更快、、存儲(chǔ)容量量更大、功功能更廣、、性能更穩(wěn)穩(wěn)定、性價(jià)價(jià)比更高的的方向發(fā)展展。為了提高PLC的處理能力力，要求PLC具有更好的的響應(yīng)速度度和更大的的存儲(chǔ)容量量。目前，，有的PLC的掃描描速度度可達(dá)達(dá)0.1ms/k步左右右。PLC的掃描描速度度已成成為很很重要要的一一個(gè)性性能指指標(biāo)。。在存儲(chǔ)儲(chǔ)容量量方面面，有有的PLC最高可可達(dá)幾幾十兆兆字節(jié)節(jié)。為為了擴(kuò)擴(kuò)大存存儲(chǔ)容容量，，有的的公司司已使使用了了磁泡泡存儲(chǔ)儲(chǔ)器或或硬盤盤。從規(guī)模模上看看，PLC會(huì)進(jìn)一一步向向超小小型和和超大大型兩兩個(gè)方方向發(fā)發(fā)展。。小型PLC由整體體結(jié)構(gòu)構(gòu)向小小型模模塊化化結(jié)構(gòu)構(gòu)發(fā)展展，使使配置置更加加靈活活，為為了市市場(chǎng)需需要已已開發(fā)發(fā)了各各種簡(jiǎn)簡(jiǎn)易、、經(jīng)濟(jì)濟(jì)的超超小型型微型型PLC，最小小配置置的I/O點(diǎn)數(shù)為為8～16點(diǎn)，以以適應(yīng)應(yīng)單機(jī)機(jī)及小小型自自動(dòng)控控制的的需要要。大型化化是指指大中中型PLC向大容容量、、智能能化和和網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化發(fā)發(fā)展，，使之之能與與計(jì)算算機(jī)組組成集集成控控制系系統(tǒng)，，對(duì)大大規(guī)模模、復(fù)復(fù)雜系系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)行綜綜合性性的自自動(dòng)控控制。?，F(xiàn)已已有I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)達(dá)14336點(diǎn)的超超大型型PLC，其使使用32位微處處理器器，多多CPU并行工工作和和大容容量存存儲(chǔ)器器，功功能強(qiáng)強(qiáng)。3.5.2PLC的發(fā)展展趨勢(shì)勢(shì)從配套套性上上看，，PLC產(chǎn)品會(huì)會(huì)向品品種更更豐富富、規(guī)規(guī)格更更齊備備的方方向發(fā)發(fā)展。。為滿足足各種種控制制系統(tǒng)統(tǒng)的要要求，，不斷斷開發(fā)發(fā)出許許多功功能模模塊，，如高高速計(jì)計(jì)數(shù)模模塊、、溫度度控制制模塊塊、遠(yuǎn)遠(yuǎn)程I/O模塊、、通信信和人人機(jī)接接口模模塊等等。3.5.2PLC的發(fā)展展趨勢(shì)勢(shì)從標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)上看看，隨隨著IEC1131標(biāo)準(zhǔn)的的誕生生，將將會(huì)使使PLC的通用用信息息、設(shè)設(shè)備特特性、、編程程語(yǔ)言言等向向IEC1131標(biāo)準(zhǔn)的的方向向發(fā)展展。據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)資料料表明明：在在PLC控制系系統(tǒng)的的故障障中，，CPU占5%，I/O接口占占15%，輸入入設(shè)備備占45%，輸出出設(shè)備備占30%，線路路占5%。前二項(xiàng)項(xiàng)共20%故障屬屬于PLC的內(nèi)部部故障障，它它可通通過PLC本身的的軟、、硬件件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)檢測(cè)測(cè)、處處理。。而其余余80%的故障障屬于于PLC的外部部故障障。PLC生產(chǎn)廠廠家都都致力力于研研制、、發(fā)展展用于于檢測(cè)測(cè)外部部故障障的專專用智智能模模塊，，進(jìn)一一步提提高系系統(tǒng)的的可靠靠性。。在PLC系統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)不不斷發(fā)發(fā)展的的同時(shí)時(shí)，PLC的編程程語(yǔ)言言也越越來越越豐富富，功功能也也不斷斷提高高。除了大大多數(shù)數(shù)PLC使用的的梯形圖圖、語(yǔ)句表表語(yǔ)言外外，為為了適適應(yīng)各各種控控制要要求，，出現(xiàn)現(xiàn)了面面向順順序控控制的的步進(jìn)編編程語(yǔ)言、、面向向過程程控制制的流程圖圖語(yǔ)言、、與計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)兼容容的高高級(jí)語(yǔ)語(yǔ)言（（BASIC、C語(yǔ)言等）