第1章_可编程序控制器概述

1、可编程控制器可编程控制器(PLC) Programmable Logic Controller主讲：万军华主讲：万军华Email:教材：可编程控制器教程（基础篇）参考书：参考书：1.可编程控制器应用技术可编程控制器应用技术胡学林胡学林 高等教育出版社高等教育出版社2.可编程控制应用技术手册可编程控制应用技术手册耿文学耿文学 科学技术文献出版社科学技术文献出版社教材：教材：可编程控制器教程（基础篇）可编程控制器教程（基础篇）胡学林胡学林 电子工业出版社电子工业出版社教材及参考书教材及参考书全书内容简介全书内容简介 教材以小型可编程控制器教材以小型可编程控制器S7-200系列系列PLC为例为例，介

2、绍可编程控制器的基本结构，以及工，介绍可编程控制器的基本结构，以及工作原理。作原理。 要求掌握常用指令的格式和应用方法，要求掌握常用指令的格式和应用方法， 熟练画出可编程控制器外部电路接线图，熟练画出可编程控制器外部电路接线图， 掌握可编程控制器应用的基本设计思想和掌握可编程控制器应用的基本设计思想和设计方法。设计方法。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述第第1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述 n 什么是PLC？ 可编程序控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的

3、一种新型、通用的自动控制装置。 第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述第第1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述 1.11.1PLCPLC的产生、定义、分类及应用的产生、定义、分类及应用 1.21.2PLCPLC的特点及主要功能的特点及主要功能 1.31.3PLCPLC的编程语言的编程语言1.41.4 PLCPLC的性能指标的性能指标1.51.5 PLCPLC的的发展趋势发展趋势第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述1.1PLC的产生、定义、分类及应用的产生、定义、分类及应用 n PLC的产生的产生及及定义定义 n PLC的分类的分类n 应用现状应用现状返回本章首页

4、返回本章首页第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述1.1.1 PLC的产生及定义的产生及定义 n 产生的原因：根据工业生产的实际需要而产生。产生的原因：根据工业生产的实际需要而产生。n PLC产生之前：传统的继电器控制系统产生之前：传统的继电器控制系统n 传统的继电器控制系统的缺点：传统的继电器控制系统的缺点：系统复杂，占用大量空间；系统复杂，占用大量空间；噪音大，消耗大量电能；噪音大，消耗大量电能；维护需大量技术人员；维护需大量技术人员；检查和排除故障困难；检查和排除故障困难；生产工艺发生变化时，改装的工作量极大。生产工艺发生变化时，改装的工作量极大。第第1 1章可编程序控制器概

5、述章可编程序控制器概述PLC的历史发展过程的历史发展过程 1968年，年，GM公司提出十条技术指标。公司提出十条技术指标。 1969年，第一台年，第一台PLC产生，由美国产生，由美国DEC公司研制，公司研制，型号型号PDP-14，最初只具备逻辑控制、定时、计数等功能，最初只具备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继电接触器控制。主要是用来取代继电接触器控制。 现在所说的可编程序控制器现在所说的可编程序控制器PC（Programmable Controller）是）是1980年以来，美、日、德等国由先前的可年以来，美、日、德等国由先前的可编程序逻辑控制器编程序逻辑控制器PLC进一步发展而来

6、。进一步发展而来。 20世纪世纪70年代中期以来，由于年代中期以来，由于LSI和微处理器的引入，和微处理器的引入，PLC的功能不断增强。的功能不断增强。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述PLC的定义的定义 1968年由美国通用汽车公司（GE）提出，1969年有美国数字设备公司（DEC）研制成功，有逻辑运算、定时、计算功能称为PLC（programmable logic controller）。 80年代，由于计算机技术的发展，PLC采用通用微处理器为核心，功能扩展到各种算术运算，PLC运算过程控制并可与上位机通讯、实现远程控制。被称为PC（programmable contro

7、ller）即可编程控制器。什么是PLC？（新的认识）第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述正式正式定义定义 1985年，国际电工委员会IEC颁布的可编程逻辑控制器的定义如下： “可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计”。 1980年，美国电气制造商协会NEMA将可编程控制器正式命名为Pr

8、ogrammable Controller，简称PLC或PC。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述PLC的定义的定义 （1）容易编程）容易编程 （2）采用模块式结构）采用模块式结构 （3）价格便宜）价格便宜 （4）具有数据通讯功能）具有数据通讯功能 （5）输入输出电源使用市电）输入输出电源使用市电 （6）能在恶劣环境下工作）能在恶劣环境下工作 （7）存储设备可扩充至）存储设备可扩充至4K个存储字节个存储字节可编程控制器是“数字运算操作的电子系统”，是一种计算机，使“专为工业环境下应用而设计”的工业控制计算机。返回本节返回本节第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述（1）

9、按）按控制规模控制规模分类分类IO点数小于点数小于 32为微型为微型PLC；IO点数在点数在32128为微小型为微小型PLC；IO点数在点数在128256为为小型小型PLC；IO点九在点九在2561024为为中型中型PLC；IO点数大于点数大于1024为为大型大型PLC；IO点数在点数在4000以上为超大型以上为超大型PLC。以上划分不包括模拟量以上划分不包括模拟量I0点数，且划分界限不是固定点数，且划分界限不是固定不变的。不变的。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述（2）按）按结构形式结构形式分类分类n整体式整体式PLC： 又称单元式或箱体式。整体式又称单元式或箱体式。整体式P

10、LC是将电源、是将电源、CPU、I0部件都集中装在一个机箱内。一般小型部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用采用这种结构。这种结构。n模块式模块式PLC：将将PLC各部分分成若干个单独的模块，如各部分分成若干个单独的模块，如 CPU模块、模块、I0模块、电源模块和各种功能模块。模块式模块、电源模块和各种功能模块。模块式PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型型PLC采用模块式结构，有的小型采用模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构。也采用这种结构。n分散式分散式PLC：将将PLC的的CPU、电源、存储器集中放置在控制、电源

11、、存储器集中放置在控制室，而将各室，而将各I/O模板分散放置在各个工作站。模板分散放置在各个工作站。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述整体式整体式PLC：S7-200模板式模板式PLC：S7-300第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述模板式模板式PLC第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述（3）按）按用途用途分类分类n用于顺序逻辑控制：用于顺序逻辑控制： 可编程控制器的最基本的控制功能。可编程控制器的最基本的控制功能。n用于闭环过程控制：用于闭环过程控制：系统还有模拟量的系统还有模拟量的I/O回路，以供

12、采样回路，以供采样输入和调节输出，实现过程控制中的输入和调节输出，实现过程控制中的PID调节，形成闭环过调节，形成闭环过程控制系统。程控制系统。n用于多极分布和集散控制系统：用于多极分布和集散控制系统：具有较强的通信功能，形成具有较强的通信功能，形成通信网络。通信网络。n用于机械加工的数字控制和机器人控制：用于机械加工的数字控制和机器人控制：应用于机械加工行应用于机械加工行业，是业，是PLC与与CNC技术的有机结合。技术的有机结合。（4）按）按生产厂家生产厂家分类分类返回本节返回本节第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述n1969年美国研制出世界上第一台年美国研制出世界上第一台PL

13、C以后，日本、德以后，日本、德国、法国等国相继研制了各自的国、法国等国相继研制了各自的PLC。n70年代中期，年代中期，PLC进入了实用化阶段。进入了实用化阶段。n70年代末和年代末和 80年代初，年代初，PLC进入了成熟阶段。进入了成熟阶段。1.1.3 PLC的应用现状的应用现状第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述 美国美国PLC发展得最快：发展得最快：1984年有年有48家，生产家，生产150多种多种PLC；1987年有年有63家，生产家，生产243种种PLC；1996年有年有70余家，生产近余家，生产近300种种PLC。著名厂家有著名厂家有AB（AllenBradley）艾

14、伦一布）艾伦一布拉德利公司，拉德利公司，MODICON莫迪康公司，莫迪康公司，GEFSNUC公司，公司，TI（Texas Instrument）德州）德州仪器公司，仪器公司，WESTHOUSE Electric西屋电气公西屋电气公司，司， IPM（International Parallel Machines）国际并行机器公司等。国际并行机器公司等。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述 欧洲欧洲PLC的厂家有的厂家有60余家余家: 西门子（西门子（Siemens）于）于1973年研制出第一台年研制出第一台PLC。金钟默勒金钟默勒 （Klockner Moeller Gmbh），）

15、，AEG，法国的法国的TE(Telemecanique）(施耐德）施耐德）瑞士的瑞士的Selectron公司等。公司等。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述 1971年，日本从美国引进年，日本从美国引进PLC技术，由日立公司技术，由日立公司研制成功日本第一台研制成功日本第一台PLC。 日本生产日本生产PLC的厂家有的厂家有40余家：余家：三菱电机三菱电机(MITSUBISHI),欧姆龙欧姆龙(OMRON),富士电机（富士电机（Fuji Electric）,东芝（东芝（TOSHIBA）,光洋（光洋（KOYO),松下电工（松下电工（MEW）,和泉（和泉（IDEC）,夏普夏普(SHAR

16、P）,安川等公司。安川等公司。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述我国在我国在 70年代末和年代末和 80年代初开始引进年代初开始引进PLC。我国早期独立研制。我国早期独立研制PLC的单位有：的单位有：北京机械工业自动化研究所，北京机械工业自动化研究所，上海工业自动化仪表研究所，上海工业自动化仪表研究所，大连组合机床研究所，大连组合机床研究所，成都机床电器研究所，成都机床电器研究所，中科院北京计算机所及自动化所，中科院北京计算机所及自动化所，长春一汽，长春一汽，上海起重电器厂，上海起重电器厂，上海香岛机电公司，上海香岛机电公司，上海自力电子设备厂等单位。上海自力电子设备厂等单位。

17、以上诸单位都没有形成规模化生产。以上诸单位都没有形成规模化生产。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC；无锡电器和日本光洋合资生产的无锡电器和日本光洋合资生产的 PLC;中美合资的厦门中美合资的厦门 AB公司生产的公司生产的PLC；上海香岛机电公司引进技术生产的上海香岛机电公司引进技术生产的PLC;上海上海OMRON公司公司;西安西安Siemens公司等。公司等。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述1993年中国年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家：市场排行榜上的世界十大厂家：美国美国 A

18、B公司公司 （AllenBradley）德国西门子公司（德国西门子公司（Siemens）美国美国GEFanuc公司公司美国的莫迪康（美国的莫迪康（Modicon）和法国的）和法国的TE电器公司电器公司日本欧姆公司（日本欧姆公司（OMRON）日本三菱电机株式会社（日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI）日本富士电机株式会社（日本富士电机株式会社（Fuji Electric）日本东芝公司（日本东芝公司（TOSHIBA）日本的光洋电子（日本的光洋电子（KOYO）和中国的华光电子）和中国的华光电子(CKE）日本松下电工株式会社（日本松下电工株式会社（MEW）：）：Matsushita Electr

19、ic Works Ltd）第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述根据美国根据美国 Automation Research Co（ARC）的商情）的商情调查，在调查，在1994年年PLC市场上，最大的市场上，最大的5家家PLC制造商是制造商是:SIEMENS，AllenBradly，（，（Rockwell) AEG Schneider，三菱电机三菱电机, OMRON(立石电机）立石电机）第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述应用范围应用范围 1. 工业工业1）开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序等；）开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序等；2）模拟量控制，部分）模拟量控制

20、，部分PLC或功能模块具有或功能模块具有PID控制功控制功能，可实现过程控制；能，可实现过程控制；3）监控，用）监控，用PLC可构成数据采集和处理的监控系统；可构成数据采集和处理的监控系统；4）建立工业网络，为适应复杂的控制任务且节省资）建立工业网络，为适应复杂的控制任务且节省资源，可采用单级网络或多级分布式控制系统。源，可采用单级网络或多级分布式控制系统。2. 其他行业其他行业可编程序控制器在其他行业的应用也日益广泛：在国可编程序控制器在其他行业的应用也日益广泛：在国防和民用，如建筑，环保，家用电器等。防和民用，如建筑，环保，家用电器等。返回本节返回本节第第1 1章可编程序控制器概述章可编程

21、序控制器概述1.2PLC的特点及主要功能的特点及主要功能 n PLC的一般特点的一般特点 n PLC与继电器逻辑控制系统的比较与继电器逻辑控制系统的比较n PLC与其他工业控制器的比较与其他工业控制器的比较n PLC的主要功能的主要功能n PLC的软件及编程语言的软件及编程语言返回本章首页返回本章首页第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述1.2.1 PLC的一般特点的一般特点 为了在工业环境中使用，种类繁多的PLC有许多共同的特点：1. 抗干扰能力强，可靠性高抗干扰能力强，可靠性高在恶劣的环境下长时间连续可靠的工作；MTBF（Mean Time Between Failures）长

22、；故障修复时间短。抗干扰的措施？抗干扰的措施？第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述 可靠性是选取控制装置的首要条件，因此PLC在硬件和软件方面都采取了一系列的抗干扰措施：硬件方面隔离和滤波技术常见的瞬间强干扰。I/O电路用光电耦合器传递信号，作到电浮空外部干扰。设置多种滤波电路，数字滤波消除和抑制高频干扰，削弱各模板之间的相互干扰。用集成电路电压调整器对微处理器的5V电源进行调整。适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。内部采用电磁屏蔽措施等。软件方面设置监视内部定时器WDT；设置故障检测及诊断程序。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述2. 编程方便编程方便 PL

23、C采用梯形图语言，及面向工业控制的简单指令，形象直观、简单易学。梯形图语言（Ladder Diagram）普遍使用于PLC程序设计的语言。二战期间所发展出来的自动控制图形语言。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述3. 使用方便使用方便4. 维护方便维护方便5. 设计、施工、调试周期短设计、施工、调试周期短6. 易于实现机电一体化易于实现机电一体化用户在硬件方面，只确定PLC的硬件配置和I/O通道的外部接线。在PLC控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输入、输出信号即可。需要改变系统功能时，只要改变存储器中的控制程序即可。软件编程取代了继电器硬件接线实现控制功能，使设计和施工

24、可同时进行，从而缩短了施工周期。返回本节返回本节第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述1.2.2 PLC与继电器逻辑控制系统的比较与继电器逻辑控制系统的比较 第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述PLC与其他工业控制器的比较与其他工业控制器的比较 1. 与通用微型计算机的比较2. 与集散控制系统的比较发展基础不同扩展方面不同由小型计算机构成的中小型DCS将被PLC构成的DCS所替代。3. 与工业控制计算机的比较返回本节返回本节第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述1.顺序逻辑控制顺序逻辑控制最基本的功能。最基本的功能。2.运动控制运动控制3.定时控制定时控制

25、4.计数控制计数控制5.步进控制步进控制6.数据处理数据处理7.A/D和和D/A转换转换8.通信及联网通信及联网1.2.3 PLC的主要功能的主要功能返回本节返回本节第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述1. 系统软件系统软件 PLC的系统监控程序，又称操作系统。由厂家编制。的系统监控程序，又称操作系统。由厂家编制。1.2.4 PLC的软件及编程语言的软件及编程语言分为三个部分： 系统管理程序：监控程序中最重要的部分。任务：系统运行管理、存储空间管理、系统自检。 用户指令解释程序：将梯形图语言翻译成机器语言。 标准程序模块和系统调用：决定了PLC的性能。2. 应用软件：梯形图语言应

26、用软件：梯形图语言返回本节返回本节第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述1.3PLC的编程语言的编程语言 n 梯形图梯形图 n 语句表语句表n 逻辑功能图逻辑功能图n 顺序功能图顺序功能图n 高级语言高级语言第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述n 从继电器控制线路图发展而来。1. 梯形图语言梯形图语言图形编程语言二者的本质区别：某些编程元件沿用了继电器这一名称。保留了动合触点和动断触点的名称。继电器触点的串联并联，即逻辑运算。一个为实际器件的线路图，梯形图语言是虚拟的。扫描方式不同。梯形图中的输出线只对应存储器中的输出映像区的相应位。不能直接驱动现场机构。第第1 1章

27、可编程序控制器概述章可编程序控制器概述SBSB3412243156 （a） 结构示意 （b） 图文符号 图中是按钮的结构示意图和图文符号，图（图中是按钮的结构示意图和图文符号，图（a）中）中1、2是是动断（常闭）触点，动断（常闭）触点，3，4是动合（常开）触点，是动合（常开）触点，5是复位弹簧，是复位弹簧，6是按钮帽。图（是按钮帽。图（b）为图文符号。）为图文符号。继电器控制线路图中的按钮及触点继电器控制线路图中的按钮及触点第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述实现以下功能：当S1 动作后S2 动作，使C自保持，使A复位。（a）继电器控制线路图（b）梯形图并行工作方式串行工作方式第

28、第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述实现以下功能：当S1 动作后S2 动作，使C自保持，使A复位。（a）继电器控制线路图（b）梯形图第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述n 用助记符来表达用助记符来表达PLC的各种功能，类似于计算机的汇的各种功能，类似于计算机的汇编语言。编语言。2. 语句表语句表3. 逻辑功能图逻辑功能图n 由逻辑功能符号组成的功能块图来表达命令的图形语言。由逻辑功能符号组成的功能块图来表达命令的图形语言。4. 顺序功能图顺序功能图5. 高级语言高级语言n采用工艺流程图的方法编程。采用工艺流程图的方法编程。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器

29、概述第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述 一、处理器指标一、处理器指标反映出CPU的类型、用户程序存储器容量、可连接的I/O总点数（开关量多少点，模拟量多少路）、指令长度、指令条数、扫描速度（ms/千字）。性能指标：用户评价和选购机型的依据。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述二、二、I/O模板技术指标模板技术指标开关量输入模板：反映出输入点数/块、电源类型、工作电压等级，以及COM端、输入电路等情况。开关量输出模板：反映出输出点数/块、电源类型、工作电压等级，以及COM端、输出电路等情况。三种输出形式：继电器输出、晶体管输出、双向晶闸管输出。模拟量I/O模板：反映

30、出输入/输出路数、信号范围、分辨率、精度、转换时间、外部输入/输出阻抗、输出码、通道数、端子连接、绝缘方式、内部电源等情况。一、处理器指标一、处理器指标反映出CPU的类型、用户程序存储器容量、可连接的I/O总点数（开关量多少点，模拟量多少路）、指令长度、指令条数、扫描速度（ms/千字）。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述三、编程器及编程软件三、编程器及编程软件反映这部分性能指标有编程器的形式、运行环境、编程软件及是否支持高级语言等。n 编程器的形式：简易编程器、图形编程器或通用计算机。四、通信功能四、通信功能反映这部分性能指标主要有通信接口、通信协议及通信指令等。n PLC的通

31、信可分为两类：1.在同一生产厂家的各个PLC之间进行的通信；2.通过通用的通信口和通信协议，在PLC与上位计算机或其他智能设备之间的通信。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述五、扩展性五、扩展性PLC的扩展性是指PLC的主机配置扩展模板的能力。体现在两个方面：n I/O（数字量I/O或模拟量I/O）的扩展能力，用于扩展系统的输入输出点数；n CPU模板的扩展能力，用于扩展各种智能模板，如温度控制模板、高速计数器模板等，实现多个CPU的协调控制和信息交换。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述1. CPU芯片芯片 2. 编程语言编程语言3. 用户程序用户程序存储器容量存

32、储器容量4. 输入输出总点数输入输出总点数 5. 扫描速度扫描速度返回本章首页返回本章首页 一般性了解可编程控制器的性能，可简单的用以下5个指标来评价：第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述随着PLC技术的推广应用，PLC将进一步向以下方向发展：一、系列化、模板化一、系列化、模板化 一般PLC可分为主机模板、扩展模板、I/O模板以及各种智能模板等。二、小型机功能强化二、小型机功能强化 发展速度大大高于中、大型PLC。PLC结构更为紧凑，体积更小，安装和使用更为方便。功能也进一步增强。三、中、大型机高速度、高功能、大容量三、中、大型机高速度、高功能、大容量 随着自动化水平的不断提高，对中、大型PLC处理数据的速度要求越来越高。功能进一步强化。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述四、功能高度集成四、功能高度集成n PLC与PC的集成PLC/PC集成型PLC机，一般不直接控制工艺设备，而是作为沟通PLC局域网与工厂级网络的桥梁。n PLC与DCS的集成将继电器控制与仪表控制结合起来，将PLC的逻辑控制功能于多回路控制功能融合在一起，使PLC具有模拟量I/O和PID运算功能。n PLC与CNC的集成PLC/CNC集成型的PLC机，除了要有足够的开关量I/O和模拟量I/O外，还要有一些特殊功能的模板。第第1 1章可编程序控制器概述章可编程序控制器概述五、分散型五、