plc講義第三章 可編程序控制器概述

第三章可編程序控制器概述本章主要內容：第六節(jié)可編程序控制器的主要性能指標第五節(jié)可編程序控制器的工作原理第四節(jié)可編程序控制器的軟硬件組成第三節(jié)PLC的應用與發(fā)展第二節(jié)

PLC的特點以及與繼電器控制的比較第一節(jié)可編程序控制器的產(chǎn)生和定義第一節(jié)PLC的產(chǎn)生和定義一、可編程序控制器的產(chǎn)生1968年美國通用汽車公司（GM），為了適應汽車型號的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實現(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計和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。1969年由美國數(shù)字設備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司（GM）的要求研制成功。二、可編程序控制器的定義可編程序控制器（ProgrammbleController）簡稱PC或PLC國際電工委員會（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標準草案第三稿。在草案中對可編程控制器定義如下：“可編程控制器是一種數(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)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外圍設備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計”。一、可編程序控制器的特點1可靠性高、抗干擾能力強第二節(jié)PLC的特點以及與繼電器控制的比較硬件方面：I/O接口采用采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源的影響；對供電電源及線路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾；對CPU等重要部件采用良好的導電、導磁材料進行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對有些模塊設置了聯(lián)鎖保護、自診斷電路等。軟件方面：采用掃描工作方式，減少了外界的干擾；設有故障檢測和自診斷程序，能對系統(tǒng)硬件電路等故障實現(xiàn)檢測和判斷；當由干擾引起故障時，能立即將當前重要信息加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫操作，一旦正常后，便可恢復到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作。一、可編程序控制器的特點2編程簡單、使用方便目前，各種PLC都采用梯形圖語言為第一編程語言，它是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程語言。梯形圖與電器控制線路圖相似，形象、直觀，不需要掌握計算機知識，很容易讓廣大工程技術人員掌握。當生產(chǎn)流程需要改變時，可以現(xiàn)場改變程序，使用方便、靈活。許多PLC還針對具體問題，設計了各種專用編程指令及編程方法，進一步簡化了編程。一、可編程序控制器的特點3功能完善、通用性強PLC不僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制等功能，而且還具有A/D和D/A轉換、數(shù)值運算、數(shù)據(jù)處理、PID控制、通信聯(lián)網(wǎng)以等許多功能。PLC產(chǎn)品的系列化、模塊化，有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。一、可編程序控制器的特點4設計安裝簡單、維護方便由于PLC用軟件代替了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的硬件，控制柜的設計、安裝接線工作量大為減少。PLC的用戶程序大部分可在實驗室進行模擬調試，縮短了應用設計和調試周期。在維修方面，由于PLC的故障率極低，維修工作量很??；而且PLC具很強的自診斷功能，如果出現(xiàn)故障，可根據(jù)PLC上指示或編程器上提供的故障信息，迅速查明原因，維修極為方便。5體積小、重量輕、能耗低

繼電器系統(tǒng)

PLC系統(tǒng)二、PLC控制與繼電器控制的比較①控制方法上：硬：軟②工作方式上：

并行工作方式：串行工作方式③控制速度上：

速度慢：快

④定時和計數(shù)控制上：

精度低：高

⑤可靠性和可維護性上：可靠性低：高一、可編程序控制器的現(xiàn)狀第三節(jié)PLC的應用與發(fā)展◆70年代初期：僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）◆70年代中期：微處理器技術應用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能◆80年代以后：隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能。一、可編程序控制器的現(xiàn)狀◆近年來PLC發(fā)展迅速

PLC集三電（電控、電儀、電傳）為一體、性能價格比高、高可靠性的特點，已成為自動化工程的核心設備。PLC成為具備計算機功能的一種通用工業(yè)控制裝置，其使用量高居首位。

PLC成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大技術支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一。一、可編程序控制器的現(xiàn)狀PLC三大流派自從第一臺PLC出現(xiàn)以后，日本、德國、法國等也相繼開始研制PLC，并得到了迅速的發(fā)展。各國PLC都有自己的特色?！駳W洲：西門子（Siemens）；法國的TE（Telemecanique）

●美國：A-B（Allen-Bradly）、GE（GeneralElectric）

●日本：三菱電機（MitsubishiElectric）、歐姆龍（OMRON）、FUJI（日本主要發(fā)展中小型PLC，其小型機性能先進，結構緊湊，價格便宜）目前國內市場還有韓國、臺灣等PLC產(chǎn)品。一、可編程序控制器的現(xiàn)狀中國PLC市場（

2004年度）一、可編程序控制器的現(xiàn)狀PLC品牌分布情況的原因：產(chǎn)品覆蓋范圍。排在最前的三個品牌有最豐富的產(chǎn)品系列，而且沒有偏重，用戶很容易得到恰當?shù)漠a(chǎn)品；其他品牌如Fuji，LG則以小型和微型產(chǎn)品為主，GE和Schneider以中大型產(chǎn)品為主。雖然A－B擁有出色的技術和全面的產(chǎn)品系列，但是高價格使用戶卻步。中國市場上的歷史。Siemens，Mitsubishi和Omron都是在中國市場上傳統(tǒng)的供應商，在很多領域占了先機，相對應的是GE，Schneider（其實Modicon進入中國也比較早，但沒有完整的銷售和服務體系）和LG這些后來者雖然市場快速增長，但距先行者仍有一定的差距。

行業(yè)分布。某些品牌會側重于一些行業(yè)，如Schneider更加注重電力行業(yè)，Rockwell在冶金行業(yè)表現(xiàn)出眾。一、可編程序控制器的現(xiàn)狀2007年度PLC市場研究報告①作為目前國內控制市場上的主流控制器，PLC市場的國內參與者卻需要尷尬地面對這樣一個局面，即在高達36億的PLC市場總需求中，國產(chǎn)PLC不到整個市場份額1％。

②在按照I/O數(shù)量劃分的市場總量中，小型PLC（256點以下）的市場巨大，占據(jù)市場總額的64％，而國產(chǎn)PLC的市場貢獻恰恰就在小型PLC的市場中。一、可編程序控制器的現(xiàn)狀2007年度PLC市場研究報告表明

國內PLC銷售額度是56億人民幣

大型PLC銷售額度12.5億元。施耐德3.9億元、Rockwell3.6億元、西門子2.7億元、GE0.9億元、三菱0.8億元

中型PLC銷售額度13.5億元。西門子9.2億元、、Rockwell1.1億元、歐姆龍1億元、施耐德0.9億元、GE0.7億元、三菱0.4億元

小型PLC銷售額度17.9億元。三菱7億元、西門子3億元、、歐姆龍2.5億元、光洋0.8億元、臺達0.75億元、松下0.6億元、西門子PLC小型PLC(S7-200系列)西門子PLC中型PLC(S7-300系列)西門子PLC大型PLC(S7-400系列)西門子PLC超小型PLC(LOGO)三菱PLC小型PLC(FX系列)三菱PLC中型PLC(AnS系列)三菱PLC大型PLC(QnS系列)歐姆龍PLC小型PLC(CPM，CP1H系列)歐姆龍PLC中型PLC（C200，CJ1M，CQM系列)歐姆龍PLC大型PLC（CV，CS1系列)松下PLC小型PLC（FP1，F(xiàn)P0，F(xiàn)PSigma系列)松下PLC中型PLC（FP2，F(xiàn)P3系列)松下PLC大型PLC（FP10系列)松下PLC超小型PLC（FPe系列)AB（羅克韋爾自動化公司）PLCSLC500、AB1756、1746系列二、可編程序控制器的發(fā)展趨勢1向高速度、大容量方向發(fā)展

為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應速度和更大的存儲容量。目前，有的PLC的掃描速度可達0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個性能指標。在存儲容量方面，有的PLC最高可達幾十兆字節(jié)。為了擴大存儲容量，有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤。

二、可編程序控制器的發(fā)展趨勢2向超大型、超小型兩個方向發(fā)展

當前中小型PLC比較多，為了適應市場的多種需要，今后PLC要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個方向發(fā)展?，F(xiàn)已有I/O點數(shù)達14336點的超大型PLC，其使用32位微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲器，功能強。小型PLC由整體結構向小型模塊化結構發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場需要已開發(fā)了各種簡易、經(jīng)濟的超小型微型PLC，最小配置的I/O點數(shù)為8～16點，以適應單機及小型自動控制的需要，如三菱公司α系列PLC、西門子公司的LOGO系列PLC。

二、可編程序控制器的發(fā)展趨勢3開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)與通信能力為滿足各種控制系統(tǒng)的要求，不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠程I/O模塊、通信和人機接口模塊等。這些帶CPU和存儲器的智能I/O模塊，既擴展了PLC功能，又使用靈活方便，擴大了PLC應用范圍。加強PLC聯(lián)網(wǎng)與通信的能力，是PLC技術進步的潮流。PLC的聯(lián)網(wǎng)與和通信有兩類：①PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信，各PLC生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；②PLC與計算機之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般PLC都有專用通信模塊與計算機通信。二、可編程序控制器的發(fā)展趨勢4編程語言多樣化在PLC系統(tǒng)結構不斷發(fā)展的同時，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖語言外，為了適應各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計算機兼容的高級語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言的并存、互補與發(fā)展是PLC進步的一種趨勢。三、可編程序控制器的應用領域PLC的應用通常可分為五種類型：順序控制

運動控制閉環(huán)過程控制數(shù)據(jù)處理通信和聯(lián)網(wǎng)PLC在國內外已廣泛應用冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著PLC性能價格比的不斷提高，其應用領域不斷擴大。（一）按I∕O點數(shù)容量分類1．小型機

2．中型機

3．大型機（二）按結構形式分1．整體式結構2．組合式結構第三節(jié)PLC的分類1．整體式結構整體式PLC組成示意圖2．組合式結構組合式PLC組成示意圖二、PLC的等效電路圖接觸器控制電動機單向旋轉控制電路PLC控制系統(tǒng)等效電路圖第四節(jié)可編程序控制器的硬件組成一、中央處理器（CPU）二、存儲器 三、輸入、輸出接口（一）開關量輸入接口電路1．直流輸入接口電路直流輸入接口電路2．交流輸入接口電路交流輸入接口電路3、交、直流輸入接口電路交、直流輸入接口電路（二）開關量輸出接口電路1．晶體管輸出接口電路晶體管輸出接口電路2．晶閘管輸出接口電路晶閘管輸出接口電路3．繼電器輸出接口電路繼電器輸出接口電路四、編程工具四、編程工具五、通信接口六、智能單元七、電源八、擴展接口九、智能I／O接口十、其他部件第四節(jié)可編程序控制器的軟件組成（三）標準程序模塊及系統(tǒng)調用程序一、系統(tǒng)程序（一）系統(tǒng)管理程序（二）用戶指令解釋程序二、用戶程序1.梯形圖（LadderDiagram，LD）2.功能塊圖（FunctionBlockDiagram，F(xiàn)BD）3.順序功能圖（SequentialFunctionChart，SFC）4.結構化文本（StructuredText，ST）5.指令表（InstructionList，IL）五種編程語言常用的編程語言（一）梯形圖（LAD）編程符號對照典型梯形圖示意典型的梯形圖示意圖（二）指令表（STL）編程指令表編程舉例a）梯形圖b）指令表（三）狀態(tài)流程圖（功能圖）編程鉆孔順序的狀態(tài)流程圖三、可編程序控制器的程序結構（一）用戶程序（二）數(shù)據(jù)塊（三）參數(shù)塊第五節(jié)可編程序控制器的工作原理一、可編程序控制器的工作方式與運行框圖繼電接觸器控制與P