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、可編程控制器的類型本章主要講解七、可編程控制器的技術(shù)指標(biāo)1 計算機(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，同時生產(chǎn)的不斷發(fā)展對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國家工業(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，將自動化技術(shù)、計算機(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、法中文名稱為可編程控制器；英文名稱為Programmable Logic Controller，簡稱PLC。3一、可編程控制器的定義1987年，國際電工委員會（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(yùn)算、順序控制、定時、計數(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。可編程控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計”。 4二、可編程控制器的產(chǎn)生因為繼電器邏輯電路配線復(fù)雜5二、可編程控制器的產(chǎn)生背景

3、：1968年美國通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)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(shè)計和更換繼電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。 61968年，GM公司提出十項設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；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爭；可將數(shù)據(jù)直接送入計算機(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)動電磁閥、交流接觸器等；通用性強(qiáng)，擴(kuò)展方便;能存儲程序，存儲器容量可以擴(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、動控制裝置繼電器控制系統(tǒng) 優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、容易操作 。缺點體積龐大、生產(chǎn)周期長、接線復(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，控制邏輯簡單等工業(yè)應(yīng)用場合。 PLC的產(chǎn)生8用戶迫切需要一種先進(jìn)的自動控制裝置繼電器控制系統(tǒng)先進(jìn)自動控制系統(tǒng)9對先進(jìn)自動控制裝置提出設(shè)想： 把計算機(jī)的功能完善、通用、靈活等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置。把計算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡化，采用面向控制過程、面向?qū)ο蟮恼Z言編程。 工業(yè)控制單板機(jī)（計算機(jī)） 繼電器控制系統(tǒng) 先進(jìn)控制裝置 101969年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制第一臺可編

5、程控制器，并應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。由于當(dāng)時主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱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無觸點免配線，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) PLC是面向工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，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）輸入輸出采用獨立的電源；（3）采用循環(huán)掃描的工作方式；（4）采用動態(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。這種方式稱為軟接線邏輯。編程簡單，容易掌

6、握 沿用繼電器控制的一些符號和定義，直觀清晰，現(xiàn)場工作人員容易理解和掌握。13硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)接口簡單，維護(hù)方便 PLC輸入輸出接口設(shè)計成可直接與現(xiàn)場強(qiáng)電相接，有些還可以帶電插拔，故障時可不脫機(jī)停電，縮短故障修復(fù)時間。系統(tǒng)的設(shè)計、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性能指標(biāo)。在存儲容量方面，有的PLC最高可達(dá)幾十兆字節(jié)。為了擴(kuò)大存儲容量，有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤。 25向小型化和大型化兩個方向發(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，為了市場需要已開發(fā)了各種簡易、經(jīng)濟(jì)的超小型微型PLC，最小配置的I/O點數(shù)為816點，以適應(yīng)單機(jī)及小型自動控制的需要。 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，使之能與計算機(jī)組成集成控制系統(tǒng)，對大規(guī)模、復(fù)雜系

8、統(tǒng)進(jìn)行綜合性的自動控制。現(xiàn)已有I/O點數(shù)達(dá)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(qiáng)。五、可編程控制器的發(fā)展26大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)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(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： PLC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； PLC與計算機(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)外部故障的檢測與處理能力據(jù)統(tǒng)計資料表明：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%，線路占5%。前二項共20%故障屬于PLC的內(nèi)部故障，它可通過PLC本身的軟、硬件實現(xiàn)檢測、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)展用于檢測外部故障的專用智能模塊，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編程語言多樣化在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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、語句表語言外，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)編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計算機(jī)兼容的高級語言（BASIC、C語

10、言等）等。多種編程語言并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢。五、可編程控制器的發(fā)展29按I/O點數(shù)分小型PLC I/O點數(shù)為256點以下的為小型PLC （其中I/O點數(shù)小于64點的為超小型或微型PLC）中型PLC I/O點數(shù)為256點以上、2048點以下的為中型PLC大型PLC I/O點數(shù)為2048以上的為大型PLC （其中I/O點數(shù)超過8192點的為超大型PLC）六、可編程控制器的類型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機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低等特點。六、可編程控制器的類型模塊式PLC 將PLC各組成部分分別作成若干個單獨的模塊，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結(jié)合起來。模塊式PLC 將PLC各組成部分分別作成若干個單獨的模塊，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結(jié)合起來。整體式PLC 將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機(jī)箱內(nèi)，有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低等特點。31按功能分低檔PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時、計數(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制造廠家美國的Rockwell自動化公司所屬的A-B (Allen-Bradley)公司 GE-Fanuc公司 德國的西門子（Siemens）公司 美國的Modicon公司 法國TE（Telemecanique）公司 日本三菱公司 日本立石（OMRON）公司 35國內(nèi)PLC的發(fā)展概況 用于PLC改造設(shè)備 國產(chǎn)的小型PLC（I/O點數(shù)256）已形成一定的批量，但無主流產(chǎn)品 中型PLC的開發(fā)才剛剛起步 國產(chǎn)