可編程控制器概述

可編程控制器概述第一頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五1.1可編程控制器的定義PLC是一種專門為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或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。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。第二頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五1.2PLC之前的工業(yè)控制裝置第三頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五接觸器實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制第四頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五1.3可編程序控制器(PLC)的歷史及發(fā)展20世紀(jì)60年代末期，美國汽車制造工業(yè)競爭激烈，為了使汽車型號不斷翻新，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，1968年美國通用汽車公司(GM)提出研制PLC的基本要求。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出了第一臺可編程序控制器，首次在美國GM公司的汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。第五頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五這項(xiàng)新技術(shù)的使用，在工業(yè)界產(chǎn)生了巨大的影響。自第一臺PLC誕生以來，PLC經(jīng)過了五個發(fā)展時期。（1）從1969年到70年代初期。主要特點(diǎn)：CPU由中、小規(guī)模數(shù)字集成電路組成。存儲器為磁心存儲器；控制功能比較簡單，能完成定時、計(jì)數(shù)及邏輯控制。（2）20世紀(jì)70年代初期到末期。主要特點(diǎn)是：CPU采用微處理器，存儲器采用半導(dǎo)體存儲器，不僅使整機(jī)的體積減小，而且數(shù)據(jù)處理能力獲得很大提高，增加了數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳送、比較等功能；實(shí)現(xiàn)了對模擬量的控制；軟件上開發(fā)出自診斷程序。使PLC的可靠性進(jìn)一步提高。產(chǎn)品已初步實(shí)現(xiàn)系列化。第六頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五（3）20世紀(jì)70年代末期到80年代中期。主要特點(diǎn)：由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，推動了PLC的發(fā)展。CPU開始采用8位和16位微處理器，使數(shù)據(jù)處理能力和速度大大提高；PLC開始具有了一定的通信能力，為實(shí)現(xiàn)PLC分散控制、集中管理奠定了基礎(chǔ)；軟件上開發(fā)了面向過程的梯形圖語言，為PLC的普及提供了必要條件。在這一時期，發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家在多種工業(yè)控制領(lǐng)域開始使用PLC控制。（4）20世紀(jì)80年代中期到90年代中期。主要特點(diǎn)是：超大規(guī)模集成電路促使PLC完全計(jì)算機(jī)化，CPU開始采用32位微處理器；數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理能力大大增強(qiáng)，增加了運(yùn)動控制、模擬量PID控制等，聯(lián)網(wǎng)通信能力進(jìn)一步加強(qiáng)；PLC功能不斷增加的同時，體積在減小，可靠性更高。國際電工委員會(IEC)頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)，使PLC向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化發(fā)展。第七頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五（5）20世紀(jì)90年代中期至今。主要特點(diǎn)：CPU使用16位和32位微處理器，運(yùn)算速度更快，功能更強(qiáng)，具有更強(qiáng)的數(shù)值運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算和大批量數(shù)據(jù)處理能力；出現(xiàn)了智能化模塊，可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜系統(tǒng)的控制；編程語言除了傳統(tǒng)的梯形圖、助記符語言外，還增加了高級語言。可編程序控制器經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，現(xiàn)已形成了完整的產(chǎn)品系列，強(qiáng)大的軟、硬件功能已接近或達(dá)到計(jì)算機(jī)功能。目前PLC產(chǎn)品在工業(yè)控制領(lǐng)域中無處不見，并且已滲透到國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域。第八頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五1.4PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域1.4.1PLC的特點(diǎn)⒈可靠性高

⒉編程簡單

⒊通用性好

⒋功能強(qiáng)大⒌體積小、功耗低

⒍設(shè)計(jì)施工周期短

第九頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五1.4.2PLC的應(yīng)用領(lǐng)域隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，PLC的制造成本不斷下降，而功能卻大大增強(qiáng)。目前，在先進(jìn)工業(yè)國家中PLC已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，應(yīng)用的領(lǐng)域已覆蓋整個工業(yè)企業(yè)。概括起來主要應(yīng)用在以下幾個方面：⒈開關(guān)量的邏輯控制開關(guān)量的邏輯控制是工業(yè)控制中應(yīng)用最多的控制。PLC的輸入和輸出信號都是通/斷的開關(guān)信號。對控制的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)可以不受限制，從十幾個到成千上萬個點(diǎn)，可通過擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)。在開關(guān)量的邏輯控制中，PLC是繼電器接觸器控制系統(tǒng)的替代產(chǎn)品第十頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五⒉模擬量控制PLC能夠?qū)崿F(xiàn)對模擬量的控制。如果配上閉環(huán)控制PID模塊后，可對溫度、壓力、流量、液面高度等連續(xù)變化的模擬量進(jìn)行閉環(huán)過程控制。如鍋爐、冷凍、反應(yīng)堆、水處理、釀酒等。⒊機(jī)械運(yùn)動控制PLC可采用專用的運(yùn)動控制模塊，對伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的速度與位置進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對各種機(jī)械的運(yùn)動控制。如金屬切削機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等。第十一頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五⒋通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制PLC通過網(wǎng)絡(luò)通信模塊及遠(yuǎn)程I/O控制模塊，實(shí)現(xiàn)PLC與PLC之間，PLC與上位計(jì)算機(jī)之間的通信、聯(lián)網(wǎng)；實(shí)現(xiàn)PLC分散控制、計(jì)算機(jī)集中管理的集散控制，增加系統(tǒng)的控制規(guī)模，甚至可以使整個工廠實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化。⒌數(shù)據(jù)處理許多PLC具有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算(包括邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算)、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序、檢索等功能；還可以完成數(shù)據(jù)采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，也可以傳送給其它智能裝置或打印機(jī)打印。較復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理一般在大、中型控制系統(tǒng)。第十二頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五1.5未來的可編程控制器隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器也同時得到迅速發(fā)展。今后PLC將朝著兩個方向發(fā)展。1．方便靈活和小型化

工業(yè)上大部分的單機(jī)自動控制只需要監(jiān)測控制參數(shù)，而且執(zhí)行的動作有限，因此小型機(jī)需求量十分巨大。小型化發(fā)展是指體積小、價(jià)格低、速度快、功能強(qiáng)、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化發(fā)展。尤其體積小巧，易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。第十三頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五⒉高功能和大型化

對鋼鐵工業(yè)、化工工業(yè)等大型企業(yè)實(shí)施生產(chǎn)過程的自動控制一般比較復(fù)雜，尤其實(shí)現(xiàn)對整個工廠的自動控制更加復(fù)雜，因此PLC需向大型化發(fā)展，即向大容量、高可靠性、高速度、高功能、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。為更高速度，需要提高CPU的等級。雖然，目前PLC的CPU在向前發(fā)展，但仍較落后，最高也僅僅處在80486一級。不久的將來，大型PLC會全部使用64位RISC芯片。

PLC自1969年出現(xiàn)，立即引起各國的關(guān)注。1971年日本引入PLC技術(shù)；1973年，德國引入PLC技術(shù)；我國于1973年開始研制PLC。目前世界上百家的PLC制造廠中，仍以美、日、德三國占主導(dǎo)地位。近年來我國PLC生產(chǎn)有了長足地發(fā)展。國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家主要分布在天津、上海、杭州、北京等地，產(chǎn)品已有幾十種，有的形成系列產(chǎn)品。但與世界水平相比，研制開發(fā)和生產(chǎn)仍比較落后。第十四頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五現(xiàn)在國際一些著名的PLC生產(chǎn)大公司，幾乎每年都推出一些小型化，甚至微型化的新產(chǎn)品。它們的功能十分強(qiáng)大，將原來中大型PLC移植過來。在結(jié)構(gòu)上一些小型機(jī)采用框架和模式的組合方式，用戶可根據(jù)需要選擇I/O接口、內(nèi)存容量或其它功能模塊。這樣，方便靈活地構(gòu)成所需要的控制系統(tǒng)，滿足各種特殊的控制要求。第十五頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五習(xí)題與思考題2.1PLC定義的內(nèi)容是什么？2.3PLC的發(fā)展趨勢是什么？2.4簡述PLC的主要特點(diǎn)。2.5PLC有哪些應(yīng)用領(lǐng)域？2.6PLC的輸入、輸出接口為什么采用光電隔離？2.7PLC的輸出接口電路有幾種？它們分別帶什么類型的負(fù)載？2.8PLC的工作過程分為