第1章可編程序控制器概述

可編程序控制器原理劉鳳春王林周曉丹編著機(jī)械工業(yè)出版社1PLC應(yīng)用基礎(chǔ)第1章可編程序控制器概述第2章可編程序控制器的基本原理第3章S7－200PLC的硬件系統(tǒng)第4章S7－200PLC的指令系統(tǒng)第5章可編程序控制器程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第6章可編程序控制器的通信及網(wǎng)絡(luò)2第1章可編程序控制器概述功能完備靈活通用通用工業(yè)控制裝置簡單易懂、操作方便價(jià)格便宜3第1章可編程序控制器概述1.1可編程序控制器的由來與定義1.2可編程序控制器的特點(diǎn)與功能1.3可編程序控制器的發(fā)展與應(yīng)用1.4常用可編程序控制器簡介41.1可編程序控制器的由來與定義一、可編程序控制器的由來功能完備靈活通用通用工業(yè)控制裝置簡單易懂、操作方便價(jià)格便宜

1968年美國GM公司提出十項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行招標(biāo)：

(1)編程簡單，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序。

(2)維護(hù)方便，采用模塊式結(jié)構(gòu)。

(3)可靠性高于繼電器控制柜。

(4)體積小于繼電器控制柜。5

(5)數(shù)據(jù)直接送入計(jì)算機(jī)。

(6)價(jià)格能與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)。

(7)輸入可以是交流115V。

(8)輸出≥AC115V、2A，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥。

(9)擴(kuò)展時(shí)系統(tǒng)變更很小。

(10)用戶程序存儲(chǔ)容量至少能擴(kuò)展到4K字節(jié)。

1969年美國DEC研制出世界上第一臺(tái)可編程序控制器，并在GM公司試用，獲得了成功。

1971年日本研制出第一臺(tái)可編程序控制器。

1974年我國開始研制，1977年開始工業(yè)應(yīng)用。

20世紀(jì)70年代中期，PLC進(jìn)入了實(shí)用化階段。

20世紀(jì)70年代末和80年代初，PLC進(jìn)入了成熟階段。6早期的可編程序控制器，一般稱為可編程序邏輯控制器(ProgrammableLogicController)，簡稱PLC。它以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)形式出現(xiàn)。

1980年，美國電氣制造商協(xié)會(huì)正式將其命名為可編程序控制器(ProgrammableController)，簡稱PC?，F(xiàn)代可編程序控制器，邏輯運(yùn)算僅是其眾多功能之一，故取消了“Logic”。為了區(qū)別“個(gè)人計(jì)算機(jī)”，PC仍被稱為PLC。7二、可編程序控制器的定義（IEC）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?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)。8三、PLC的主要性能指標(biāo)和分類1.PLC

的主要性能指標(biāo)

(1)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)（I/O

點(diǎn)數(shù)）(2)存儲(chǔ)容量（字節(jié)）指用戶程序存儲(chǔ)器容量。大約：1KB~2MB。(3)掃描速度

指

PLC

執(zhí)行程序的速度。

有兩種表示方法執(zhí)行

1KB

用戶程序所用的時(shí)間。

執(zhí)行一條布爾指令所用的時(shí)間。(4)編程指令的種類和條數(shù)(5)擴(kuò)展能力和功能模塊種類

92.PLC的分類(1)按結(jié)構(gòu)形式分類整體式PLC

將電源、CPU、I/O電路都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。模塊式PLC

將PLC各部分分成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊、功能模塊。一般大、中型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)。10(2)按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)分類微型機(jī)小型機(jī)中型機(jī)大型機(jī)超大型機(jī)≤6464~256256~20482048~8196≥81961~2KB2~4KB4~16KB16~64KB64~128KB分類I/O點(diǎn)數(shù)CPU存儲(chǔ)器8位處理器8位處理器8位字處理器和位處理器16位字、位浮點(diǎn)處理器32位或多個(gè)16位字、位浮點(diǎn)處理器11(3)按功能分類低檔機(jī)中檔機(jī)高檔機(jī)具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位、自診斷、監(jiān)控等基本功能，有的還具備AI/AO、數(shù)據(jù)傳送、運(yùn)算、通訊等。除上述功能，還有數(shù)制轉(zhuǎn)換、子程序調(diào)用、通訊聯(lián)網(wǎng)功能，有的還具備中斷控制、PID回路控制等。除上述功能，還有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能、模擬量調(diào)節(jié)、函數(shù)運(yùn)算、監(jiān)控、智能控制、通訊聯(lián)網(wǎng)功能等。分類主要功能應(yīng)用場(chǎng)合開關(guān)量控制、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)控制、少量模擬量控制等。

過程控制、位置控制等。大規(guī)模過程控制系統(tǒng)，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全局自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。12四、可編程序控制器的硬件

PLC

系統(tǒng)的構(gòu)成都屬于積木式結(jié)構(gòu)。一般由中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出模塊、I/0

擴(kuò)展模塊、通信模塊、編程器和電源等組成。還可配置各種特殊功能的I/O模塊和智能模塊。

通過擴(kuò)展各種功能模塊使PLC系統(tǒng)的功能易于擴(kuò)充和增強(qiáng)。

131.2可編程序控制器的特點(diǎn)與功能一、PLC的特點(diǎn)1.可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)

無故障時(shí)間：4～5萬小時(shí)。措施：隔離、濾波、屏蔽、檢測(cè)與自診斷、數(shù)據(jù)備份、后備電池······2.功能完善、通用性強(qiáng)、使用方便

能實(shí)現(xiàn)各種控制功能、用于各個(gè)控制領(lǐng)域。3.編程方法簡單、易于掌握梯形圖圖形語言簡單易學(xué)。4.系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短、安裝容易、維護(hù)方便

5.體積小、重量輕、功耗低146.各公司的PLC互補(bǔ)兼容

PLC的軟硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開放的。

如專用總線、專家通訊網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，I/O模板不通用，甚至連機(jī)柜、電源模板亦各不相同。編程語言雖多數(shù)是梯形圖，但組態(tài)、尋址、語言結(jié)構(gòu)均不一致。因此各公司的PLC互不兼容。15二、PLC的主要功能及其應(yīng)用1.邏輯控制

用PLC的與、或、非指令取代繼電器觸點(diǎn)的串并聯(lián)等邏輯連接，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的控制。2.定時(shí)與計(jì)數(shù)控制

用PLC的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器指令取代時(shí)間繼電器等，實(shí)現(xiàn)某些操作的定時(shí)或計(jì)數(shù)控制。3.數(shù)據(jù)處理用數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)碼轉(zhuǎn)換、編碼、譯碼以及數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算等指令來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。用于數(shù)控機(jī)床、柔性制造系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)和機(jī)器人控制系統(tǒng)等大中型控制系統(tǒng)中。

164.步進(jìn)控制

用PLC的步進(jìn)指令取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器等，實(shí)現(xiàn)上、下工序操作的控制。5.運(yùn)動(dòng)控制通過高速計(jì)數(shù)器和位置控制模塊等控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)，從而控制單軸或多軸生產(chǎn)機(jī)械。6.過程控制通過A/D和D/A轉(zhuǎn)換，用PLC的PID指令（或PID

模塊）對(duì)生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、速度、流量等模擬量進(jìn)行單回路或多回路的閉環(huán)控制。7.通信與遠(yuǎn)程控制通過各種通信模塊能夠?qū)LC與PLC、PLC與上位計(jì)算機(jī)之間聯(lián)結(jié)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。8.監(jiān)控功能17可編程序控制器的應(yīng)用示例傳送帶生產(chǎn)線控制印刷機(jī)械18木材加工電梯控制空調(diào)控制可編程序控制器的應(yīng)用示例19灌裝及包裝機(jī)械紡織機(jī)械可編程序控制器的應(yīng)用示例20三、PLC與其他控制系統(tǒng)的比較1.PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較

PLC的梯形圖與繼電器控制線路圖十分相似，主要原因是PLC梯形圖的發(fā)明大致上沿用了繼電器控制的電路元件符號(hào)，僅個(gè)別處有些不同。信號(hào)的輸入/輸出形式及控制功能也是相同的，但是

PLC是軟邏輯，繼電器是硬邏輯。

PLC在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、設(shè)計(jì)施工周期短、調(diào)試修改方便，而且體積小、功耗低、維護(hù)方便，但價(jià)格高于繼電器。21單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格比較低等優(yōu)點(diǎn)，一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制。

PLC在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等方面不如單片機(jī)。

PLC用于工業(yè)控制，穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，使用方便，但單片機(jī)的通用性和適應(yīng)性較強(qiáng)。3.可編程控制器與個(gè)人計(jì)算機(jī)控制的比較使用環(huán)境、程序設(shè)計(jì)、運(yùn)算速度、存儲(chǔ)容量、價(jià)格。應(yīng)用范圍：微機(jī)除了用在控制領(lǐng)域外，還大量用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)通信等方面。

PLC是專用微機(jī)控制系統(tǒng)，主要用于工業(yè)控制。2.可編程控制器與單片機(jī)控制的比較22輸入/輸出：微機(jī)系統(tǒng)的I/O設(shè)備與主機(jī)之間采用弱電聯(lián)系，一般不需要電氣隔離。而PLC一般控制強(qiáng)電設(shè)備，需要電氣隔離，輸入輸出均用光電耦合，輸出還采用繼電器、可控硅或大功率晶體管進(jìn)行功率放大。系統(tǒng)功能：微機(jī)系統(tǒng)一般配有較強(qiáng)的系統(tǒng)軟件和許多應(yīng)用軟件。而PLC一般只有簡單的監(jiān)控程序，能完成故障檢查、用戶程序的輸入和修改、用戶程序的執(zhí)行與監(jiān)視等。互相配合各司其職：在一個(gè)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的集散控制系統(tǒng)中，使PLC集中在功能控制上，微機(jī)則集中在信息處理上，兩者相輔相成。23一、PLC的發(fā)展概況

早期的PLC控制功能簡單基本邏輯和順序控制、條件步進(jìn)和時(shí)間步進(jìn)控制等功能。

PLC已經(jīng)成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱：

PLC技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)。

PLC的生產(chǎn)也成了重要的產(chǎn)業(yè)隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，使制造成本，功能。

我國PLC的應(yīng)用和發(fā)展

20世紀(jì)70年代是初級(jí)認(rèn)識(shí)階段，20世紀(jì)80年代是引進(jìn)使用階段，20世紀(jì)90年代是迅速普及和發(fā)展階段

1.3可編程序控制器的發(fā)展與應(yīng)用24二、PLC的發(fā)展趨勢(shì)1.向小型化方向發(fā)展便于實(shí)現(xiàn)“機(jī)電儀”一體化。2.向大型化方向發(fā)展(1)

功能不斷加強(qiáng)

各種運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、模擬調(diào)節(jié)、監(jiān)控、記錄、與計(jì)算機(jī)接口、通信······(2)

應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大

邏輯控制、中斷控制、智能控制、過程控制、通信控制······(3)

性能不斷提高25(3)

性能不斷提高處理速度、響應(yīng)時(shí)間、存儲(chǔ)容量、多處理器技術(shù)、各種智能模塊······(4)

編程軟件的多樣化和高級(jí)化如BASIC、C、匯編語言、專用高級(jí)語言等。(5)

構(gòu)成形式的分散化和集散化三、PLC在中國的發(fā)展與應(yīng)用

最早研究和應(yīng)用PLC始于20世紀(jì)70年代末期。自2001年起，我國機(jī)械工業(yè)成為工業(yè)發(fā)展新亮點(diǎn)。近年來每年約新投入10萬臺(tái)套PLC產(chǎn)品。化工行業(yè)也是需求PLC的一個(gè)持續(xù)而穩(wěn)定的市場(chǎng)。26一、西門子公司的可編程序控制器

主流產(chǎn)品：SIMATICS7－200、300、400。1.4常用可編程序控制器簡介

(a)S7-200系列PLC(b)S7-300系列PLC(c)S7-400系列PLC西門子公司的可編程序控制器27二、AB公司的可編程序控制器SLC500系列屬于小型模塊化PLC產(chǎn)品。MicroLogix1500屬于高級(jí)的小型PLC產(chǎn)品。PLC-5系列屬于大中型PLC產(chǎn)品。

(a)MicroLogix1500PLC(b)ControlLogix1756系列PLCA-B公司的可編程序控制器28三、三菱公司的可