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(nèi)容：第六節(jié)可編程序控制器的主要性能指標(biāo)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(yīng)用與發(fā)展第二節(jié)

PLC的特點(diǎn)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(guó)通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)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(jì)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(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國(guó)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(jiǎn)稱PC或PLC國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿。在草案中對(duì)可編程控制器定義如下：“可編程控制器是一種數(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(lái)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(guò)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(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)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)”。一、可編程序控制器的特點(diǎn)1可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)第二節(jié)PLC的特點(diǎn)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(duì)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(duì)CPU等重要部件采用良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料進(jìn)行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對(duì)有些模塊設(shè)置了聯(lián)鎖保護(hù)、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(shè)有故障檢測(cè)和自診斷程序，能對(duì)系統(tǒng)硬件電路等故障實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和判斷；當(dāng)由干擾引起故障時(shí)，能立即將當(dāng)前重要信息加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫(xiě)操作，一旦正常后，便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來(lái)的工作。一、可編程序控制器的特點(diǎn)2編程簡(jiǎn)單、使用方便目前，各種PLC都采用梯形圖語(yǔ)言為第一編程語(yǔ)言，它是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程語(yǔ)言。梯形圖與電器控制線路圖相似，形象、直觀，不需要掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)，很容易讓廣大工程技術(shù)人員掌握。當(dāng)生產(chǎn)流程需要改變時(shí)，可以現(xiàn)場(chǎng)改變程序，使用方便、靈活。許多PLC還針對(duì)具體問(wèn)題，設(shè)計(jì)了各種專用編程指令及編程方法，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了編程。一、可編程序控制器的特點(diǎn)3功能完善、通用性強(qiáng)PLC不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，而且還具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運(yùn)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(diǎn)4設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)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(shè)計(jì)、安裝接線工作量大為減少。PLC的用戶程序大部分可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試，縮短了應(yīng)用設(shè)計(jì)和調(diào)試周期。在維修方面，由于PLC的故障率極低，維修工作量很?。欢襊LC具很強(qiáng)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(shí)和計(jì)數(shù)控制上：

精度低：高

⑤可靠性和可維護(hù)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(yīng)用與發(fā)展◆70年代初期：僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來(lái)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(shù)應(yīng)用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運(yùn)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(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，同時(shí)可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測(cè)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(lái)PLC發(fā)展迅速

PLC集三電（電控、電儀、電傳）為一體、性能價(jià)格比高、高可靠性的特點(diǎn)，已成為自動(dòng)化工程的核心設(shè)備。PLC成為具備計(jì)算機(jī)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(dòng)化的三大技術(shù)支柱（PLC、機(jī)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(tái)PLC出現(xiàn)以后，日本、德國(guó)、法國(guó)等也相繼開(kāi)始研制PLC，并得到了迅速的發(fā)展。各國(guó)PLC都有自己的特色?！駳W洲：西門(mén)子（Siemens）；法國(guó)的TE（Telemecanique）

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

●日本：三菱電機(jī)（MitsubishiElectric）、歐姆龍（OMRON）、FUJI（日本主要發(fā)展中小型PLC，其小型機(jī)性能先進(jìn)，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格便宜）目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還有韓國(guó)、臺(tái)灣等PLC產(chǎn)品。一、可編程序控制器的現(xiàn)狀中國(guó)PLC市場(chǎng)（

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(gè)品牌有最豐富的產(chǎn)品系列，而且沒(méi)有偏重，用戶很容易得到恰當(dāng)?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(shù)和全面的產(chǎn)品系列，但是高價(jià)格使用戶卻步。中國(guó)市場(chǎng)上的歷史。Siemens，Mitsubishi和Omron都是在中國(guó)市場(chǎng)上傳統(tǒng)的供應(yīng)商，在很多領(lǐng)域占了先機(jī)，相對(duì)應(yīng)的是GE，Schneider（其實(shí)Modicon進(jìn)入中國(guó)也比較早，但沒(méi)有完整的銷售和服務(wù)體系）和LG這些后來(lái)者雖然市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，但距先行者仍有一定的差距。

行業(yè)分布。某些品牌會(huì)側(cè)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(chǎng)研究報(bào)告①作為目前國(guó)內(nèi)控制市場(chǎng)上的主流控制器，PLC市場(chǎng)的國(guó)內(nèi)參與者卻需要尷尬地面對(duì)這樣一個(gè)局面，即在高達(dá)36億的PLC市場(chǎng)總需求中，國(guó)產(chǎn)PLC不到整個(gè)市場(chǎng)份額1％。

②在按照I/O數(shù)量劃分的市場(chǎng)總量中，小型PLC（256點(diǎn)以下）的市場(chǎng)巨大，占據(jù)市場(chǎng)總額的64％，而國(guó)產(chǎn)PLC的市場(chǎng)貢獻(xiàn)恰恰就在小型PLC的市場(chǎng)中。一、可編程序控制器的現(xiàn)狀2007年度PLC市場(chǎng)研究報(bào)告表明

國(guó)內(nèi)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(mén)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(mén)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(mén)子3億元、、歐姆龍2.5億元、光洋0.8億元、臺(tái)達(dá)0.75億元、松下0.6億元、西門(mén)子PLC小型PLC(S7-200系列)西門(mén)子PLC中型PLC(S7-300系列)西門(mén)子PLC大型PLC(S7-400系列)西門(mén)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(dòng)化公司）PLCSLC500、AB1756、1746系列二、可編程序控制器的發(fā)展趨勢(shì)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(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)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(gè)性能指標(biāo)。在存儲(chǔ)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(chǔ)容量，有的公司已使用了磁泡存儲(chǔ)器或硬盤(pán)。

二、可編程序控制器的發(fā)展趨勢(shì)2向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展

當(dāng)前中小型PLC比較多，為了適應(yīng)市場(chǎng)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(gè)方向發(fā)展?，F(xiàn)已有I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)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(chǔ)器，功能強(qiáng)。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(chǎng)需要已開(kāi)發(fā)了各種簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)的超小型微型PLC，最小配置的I/O點(diǎn)數(shù)為8～16點(diǎn)，以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要，如三菱公司α系列PLC、西門(mén)子公司的LOGO系列PLC。

二、可編程序控制器的發(fā)展趨勢(shì)3開(kāi)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(kāi)發(fā)出許多功能模塊，如高速計(jì)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。這些帶CPU和存儲(chǔ)器的智能I/O模塊，既擴(kuò)展了PLC功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大了PLC應(yīng)用范圍。加強(qiáng)PLC聯(lián)網(wǎng)與通信的能力，是PLC技術(shù)進(jìn)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(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般PLC都有專用通信模塊與計(jì)算機(jī)通信。二、可編程序控制器的發(fā)展趨勢(shì)4編程語(yǔ)言多樣化在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，PLC的編程語(yǔ)言也越來(lái)越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖語(yǔ)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(yǔ)言、面向過(guò)程控制的流程圖語(yǔ)言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語(yǔ)言（BASIC、C語(yǔ)言等）等。多種編程語(yǔ)言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢(shì)。三、可編程序控制器的應(yīng)用領(lǐng)域PLC的應(yīng)用通?？煞譃槲宸N類型：順序控制

運(yùn)動(dòng)控制閉環(huán)過(guò)程控制數(shù)據(jù)處理通信和聯(lián)網(wǎng)PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各行各業(yè)，隨著PLC性能價(jià)格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。（一）按I∕O點(diǎn)數(shù)容量分類1．小型機(jī)

2．中型機(jī)

3．大型機(jī)（二）按結(jié)構(gòu)形式分1．整體式結(jié)構(gòu)2．組合式結(jié)構(gòu)第三節(jié)PLC的分類1．整體式結(jié)構(gòu)整體式PLC組成示意圖2．組合式結(jié)構(gòu)組合式PLC組成示意圖二、PLC的等效電路圖接觸器控制電動(dòng)機(jī)單向旋轉(zhuǎn)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(chǔ)器 三、輸入、輸出接口（一）開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)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(kuò)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(biāo)準(zhǔn)程序模塊及系統(tǒng)調(diào)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(jié)構(gòu)化文本（StructuredText，ST）5.指令表（InstructionList，IL）五種編程語(yǔ)言常用的編程語(yǔ)言（一）梯形圖（LAD）編程符號(hào)對(duì)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(jié)構(gòu)（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(yùn)行框圖繼電接觸器控制與P