可編程序控制器概論

5可編程序控制器概述控制電器電氣控制方式（重點(diǎn)講述）高壓電器；低壓電器自動(dòng)切換；非自動(dòng)切換等繼電接觸控制系統(tǒng)配電電器；控制電器單片機(jī)可編程序控制器（PLC）什么是可編程序控制器？

以微處理器為核心，把計(jì)算技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及通信技術(shù)融為一體的專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化四大支柱可編程序控制器計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助制造數(shù)控機(jī)床工業(yè)機(jī)器人5.1PLC的產(chǎn)生與發(fā)展5.1.1PLC的產(chǎn)生特點(diǎn)1.最早期電氣控制方式－繼電接觸控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格低廉容易操作容易維護(hù)適用場(chǎng)合工作模式固定控制要求簡(jiǎn)單缺點(diǎn)線路復(fù)雜固定接線硬接線可靠性低控制速度慢控制功能少

這些缺點(diǎn)是繼電接觸控制系統(tǒng)本身無法解決的，必須產(chǎn)生一種新的工控裝置。5.1.1PLC的產(chǎn)生1.最早期電氣控制方式－繼電接觸控制小型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制。對(duì)環(huán)境要求高，現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出與計(jì)算機(jī)不匹配，編程復(fù)雜

1968年，美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷更新的需要，提出了十條技術(shù)指標(biāo)在社會(huì)上公開招標(biāo)，制造一種新型的工業(yè)控制裝置。新工業(yè)裝置的特點(diǎn)設(shè)計(jì)周期短，更改容易接線簡(jiǎn)單，成本低結(jié)合計(jì)算機(jī)與繼電接觸控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)通用性強(qiáng)具體有十項(xiàng)指標(biāo)：

(1)編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；

(2)維修方便，采用模塊式結(jié)構(gòu)；

(3)可靠性高于繼電器控制裝置；

(4)體積小于繼電器控制裝置；

(5)成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)；

(6)數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)；

(7)輸入為交流110V；

(8)輸出為交流110V，容量在2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等；

(9)通用性強(qiáng)，能擴(kuò)展；

(10)能存儲(chǔ)用戶程序，存儲(chǔ)器容量可擴(kuò)展到4KB。

具體有十項(xiàng)指標(biāo)：

1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)首先研制成功世界上第一臺(tái)可編程序邏輯控制器，用它代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，在通用汽車公司的汽車自動(dòng)生產(chǎn)線上試用并獲得極大成功。從此開創(chuàng)了工業(yè)自動(dòng)化控制的新時(shí)代。

5.1.2PLC的發(fā)展

自從美國(guó)在1969年研制出世界上第一臺(tái)可編程序邏輯控制器以后，日本在1971年從美國(guó)引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)后很快研制出日本第一臺(tái)可編程序控制器。原西德和法國(guó)等西歐國(guó)家在1973～1974年也研制出他們的第一臺(tái)可編程序控制器。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，PLC控制技術(shù)已日趨成熟，至今已發(fā)展到第五代。第一代：從第一臺(tái)可編程控制器誕生到70年代初期。其特點(diǎn)是：CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲(chǔ)器為磁芯存儲(chǔ)器；

第二代：70年代初期到70年代末期。其特點(diǎn)是：CPU采用微處理器，存儲(chǔ)器采用EPROM；第三代：70年代末期到80年代中期。其特點(diǎn)是：CPU采用8位和16位微處理器，有些還采用多微處理器結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)器采用EPROM、EAROM、CMOSRAM等；第四代：80年代中期到90年代中期。PC全面使用8位、16位微處理芯片的位片式芯片，處理速度也達(dá)到1us/步；第五代：90年代中期至今。PC使用16位和32位的微處理器芯片，有的已使用RISC芯片。1.早期PLC

主要用于邏輯控制，進(jìn)行邏輯運(yùn)算，更多體現(xiàn)繼電接觸控制系統(tǒng)的功能?？删幊绦蜻壿嬁刂破鱌rogrammableLogicController2.近期PLC

不但可進(jìn)行邏輯運(yùn)算，還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算、傳送及處理的功能。ProgrammableController

PersonalComputer

PLC三菱PLC外形圖2006-3-313

Q系列PLCFX2N系列PLCFX1N系列PLCFX1S系列PLC西門子PLC外形圖2006-3-314

S7-200系列PLCS7-300系列PLCS7-400系列PLC3.PLC著名品牌1993年中國(guó)PLC市場(chǎng)排行榜上的世界十大廠家：美國(guó)A－B公司（Allen－Bradley）德國(guó)西門子公司（Siemens）美國(guó)GE－Fanuc公司美國(guó)的莫迪康（Modicon）和法國(guó)的TE電器公司日本歐姆龍公司（OMRON）日本三菱電機(jī)株式會(huì)社（MITSUBISHI）日本富士電機(jī)株式會(huì)社（FujiElectric）日本東芝公司（TOSHIBA）日本的光洋電子（KOYO）和中國(guó)的華光電子(CKE）日本松下電工株式會(huì)社（MEW）：MatsushitaElectricWorksLtd）我國(guó)在70年代末和80年代初開始引進(jìn)PLC。我國(guó)早期獨(dú)立研制PLC的單位有：北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所，大連組合機(jī)床研究所，成都機(jī)床電器研究所，中科院北京計(jì)算機(jī)所及自動(dòng)化所，長(zhǎng)春一汽，上海起重電器廠，上海香島機(jī)電公司，上海自力電子設(shè)備廠等單位。以上諸單位都沒有形成規(guī)模化生產(chǎn)。4.PLC定義可編程序控制器是一種數(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、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?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?？删幊绦蚩刂破魇菍樵诠I(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的一種面向用戶的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的工程技術(shù)人員和電氣專業(yè)維修人員。幾十年來，PLC控制技術(shù)的發(fā)展相當(dāng)迅速，應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大，幾乎覆蓋了所有的工業(yè)部門。在發(fā)達(dá)的工業(yè)化國(guó)家，百分之八十以上的工業(yè)設(shè)備都采用了PLC控制。PLC已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，與工業(yè)機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造、數(shù)控機(jī)床并稱為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的四大支柱。

單機(jī)控制多機(jī)群控整個(gè)工廠的自動(dòng)化PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)2000年煙臺(tái)通用GM汽車總裝車間使用情況2000年煙臺(tái)通用GM汽車總裝車間使用情況5.2PLC的特點(diǎn)5.2.1可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)6）大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可*性更進(jìn)一步提高。2）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。1）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10~20ms.3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。5）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。5.2PLC的特點(diǎn)5.2.2編程簡(jiǎn)單易學(xué)

編程語言梯形圖助記符（語句表）順序功能圖高級(jí)語言（Basic、Fortran、C語言等）5.2.3模塊品種豐富，適應(yīng)性強(qiáng)，通用性好，功能強(qiáng)大1.硬件：模塊式結(jié)構(gòu)組成控制系統(tǒng)開關(guān)量控制：直流/交流I/O模塊（4點(diǎn)、8點(diǎn)、16點(diǎn)至64點(diǎn)、96點(diǎn)等）模擬量控制：模擬量電壓或電流輸入/輸出模塊（0－5V；0-10V；4-20mA等）非電量：溫控模塊、位控模塊等網(wǎng)絡(luò)控制：通信模塊、總線模塊、以太網(wǎng)卡等5.2PLC的特點(diǎn)5.2.3模塊品種豐富，適應(yīng)性強(qiáng)，通用性好，功能強(qiáng)大5.2PLC的特點(diǎn)2.軟件：程序控制內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)提供多種數(shù)據(jù)類型；指令豐富，功能強(qiáng)大5.2.4速度快繼電器控制：機(jī)械觸點(diǎn)的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，動(dòng)作速度慢PLC：CPU的速度和掃描周期5.2.5設(shè)計(jì)、安裝容易，調(diào)試周期短，維護(hù)簡(jiǎn)單，工作量少

1.PLC內(nèi)部軟元件可取代實(shí)際繼電器，減少系統(tǒng)所需電器的品種和數(shù)量。2.軟件與硬件的工作可同時(shí)進(jìn)行。3.可直接與外部設(shè)備相連，且接線簡(jiǎn)單，不需考慮器件之間的邏輯關(guān)系。4.軟件編程簡(jiǎn)單。可模擬調(diào)試，減少現(xiàn)場(chǎng)工作量。5.故障率低，維修量小。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障

5.2PLC的特點(diǎn)電動(dòng)機(jī)“正—反—?！笔謩?dòng)控制線路KM3SB2SB1FRQSFRFUM3

~~~SB3KM2KM3KM2KM3KM2KM3KM2X0Y0X1Y1X2COMCOM1SB2SB3SB1KM2KM3KM3KM2FR負(fù)載電源正轉(zhuǎn)啟動(dòng)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)停止PLC接線圖

MITSUBISHI：FX系列PLC

X0X2X1Y1Y0Y0

X1X2X0Y0Y1Y1正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)PLC梯形圖CPU221CPU222CPU224CPU226CPU226XM5.2.5設(shè)計(jì)、安裝容易，調(diào)試周期短，維護(hù)簡(jiǎn)單，工作量少

PLC接線圖（西門子）5.2.6體積小、重量輕、功耗低

5.2.7缺點(diǎn)

⑴

工作速度比計(jì)算機(jī)慢，輸出對(duì)輸入的響應(yīng)有滯后現(xiàn)象。⑵用PLC控制系統(tǒng)代替簡(jiǎn)單繼電器控制系統(tǒng)的價(jià)格還比較高。⑶到目前為止尚未生產(chǎn)>2A的繼電器輸出模塊，因此，對(duì)于>2A的大容量接觸器線圈還不能直接驅(qū)動(dòng)，需中間繼電器轉(zhuǎn)換方可。

5.2PLC的特點(diǎn)5.3PLC與其它工業(yè)控制裝置的比較

5.3.1與繼電器控制系統(tǒng)比較

1.控制方式繼電器控制系統(tǒng)：硬接線

PLC：軟接線2.控制速度繼電器控制系統(tǒng)：慢

PLC：快

5.3PLC與其它工業(yè)控制裝置的比較

5.3.1與繼電器控制系統(tǒng)比較

3.延時(shí)控制繼電器控制系統(tǒng)：時(shí)間繼電器

PLC：內(nèi)部定時(shí)器

4.其他控制方式繼電器控制系統(tǒng)：開關(guān)量的邏輯控制

PLC：多種復(fù)雜控制

5.3PLC與其它工業(yè)控制裝置的比較

5.3.1與繼電器控制系統(tǒng)比較

5.設(shè)計(jì)與施工繼電器控制系統(tǒng)：依次進(jìn)行

PLC：同步進(jìn)行

6.可靠性和可維護(hù)性繼電器控制系統(tǒng)：差

PLC：高

5.3PLC與其它工業(yè)控制裝置的比較

5.3.1與繼電器控制系統(tǒng)比較

7.價(jià)格繼電器控制系統(tǒng)：低

PLC：高

工業(yè)控制機(jī)控制要求開發(fā)人員具有較高的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)和微機(jī)軟件編程的能力。PLC采用了工廠技術(shù)人員熟悉的梯形圖語言編程，易學(xué)易懂，便于推廣應(yīng)用。PLC是專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，具有更高的可靠性。在模型復(fù)雜、計(jì)算量大且較難、實(shí)時(shí)性要求較高的環(huán)境中，工業(yè)控制機(jī)則更能發(fā)揮其專長(zhǎng)。5.3.2與微型計(jì)算機(jī)比較5.3.3與單片機(jī)比較5.4PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

1.PLC控制方式（1）單機(jī)控制控制器（PLC）被控對(duì)象（單條生產(chǎn)線；單臺(tái)數(shù)控機(jī)床等）（2）集中控制控制器（PLC）被控對(duì)象被控對(duì)象被控對(duì)象（3）分散控制上位機(jī)被控對(duì)象PLC（4）遠(yuǎn)程控制PLC遠(yuǎn)程I/O本地I/O（5）就地控制主控PLC被控對(duì)象本地PLC………………管理層（以太網(wǎng)）上位計(jì)算機(jī)PLC主機(jī)控制層（ControllerLink）現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備層（現(xiàn)場(chǎng)總線）Profibus或DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（6）大型網(wǎng)絡(luò)控制（7）冗余控制兩臺(tái)PLC控制同一系統(tǒng)被控對(duì)象主PLC備用PLC開關(guān)量的邏輯控制----開關(guān)量的邏輯控制使PC的最基本控制功能。目前，PC首用的目標(biāo)，就是用于開關(guān)量的控制。2、PC的應(yīng)用領(lǐng)域？模擬量的閉環(huán)控制----PC具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換及算術(shù)運(yùn)算等功能，因此可以實(shí)現(xiàn)模擬量控制。數(shù)字量的智能控制----利用PC能接受和輸出高速脈沖的功能，在配備了相應(yīng)的傳感器（如旋轉(zhuǎn)編碼器）或脈沖伺服裝置（如環(huán)型分配器、功放、步進(jìn)電機(jī)）就能實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的智能控制。數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控----利用PC自檢信號(hào)多的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自診斷的式的監(jiān)控，減少系統(tǒng)的故