第01讲第1章可编程序控制器的基础

1、1PLCPLC原理及应用原理及应用 第第1 1讲讲 讲解内容：讲解内容：1. 可编程序控制器基础可编程序控制器基础 1.1 PLC的由来的由来 1.2 PLC的功能、特点与分类的功能、特点与分类 1.3 PLC的应用状况和发展趋势的应用状况和发展趋势 学习说明学习说明 ：本讲是学习本讲是学习PLC的基础知识。重点掌握：的基础知识。重点掌握：PLC的的、使用方法使用方法及及PLC的的和和。 2v什么是什么是PLCPLC？ 1. 1.可编程序控制器的基础可编程序控制器的基础 是一种是一种工业控制装置工业控制装置 是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，是在电器控制技术和计算机技术的基础上开

2、发出来的，并逐渐发展成为并逐渐发展成为以微处理器为核心以微处理器为核心，将，将自动化技术自动化技术、计算机技术计算机技术、通信技术通信技术融为一体的新型工业控制装置。融为一体的新型工业控制装置。v通用叫法通用叫法: :中文名称为中文名称为可编程控制器可编程控制器；英文名称为英文名称为Programmable Logic ControllerProgrammable Logic Controller，简称简称PLCPLC。3继电器控制系统存在的缺点继电器控制系统存在的缺点 ()： 1.继电器控制线路是接线开关电路，实现控制的程序就在线继电器控制线路是接线开关电路，实现控制的程序就在线路接法的本身

3、，路接法的本身，线路一旦确定，难以调整和更改线路一旦确定，难以调整和更改，不能适应，不能适应当前快速的技术进步和产品更新的要求。当前快速的技术进步和产品更新的要求。 2.输出响应时间长输出响应时间长，不能适应生产自动化程度不断提高的要，不能适应生产自动化程度不断提高的要求。求。 3.控制要求复杂时，继电器控制系统将变得十分庞大笨重控制要求复杂时，继电器控制系统将变得十分庞大笨重，难以实现。因此随着科学技术的发展，人们在不断探求着实难以实现。因此随着科学技术的发展，人们在不断探求着实现开关量控制的新途径。现开关量控制的新途径。4控制方法上：控制方法上： 工作方式上：工作方式上： 控制速度上：控制

4、速度上： 定时和计数控制上：定时和计数控制上： 可靠性和可维护性上：可靠性和可维护性上： 5678 国际电工委员会（国际电工委员会（IECIEC）19851985年在可编程序控制器标准草案年在可编程序控制器标准草案（第二稿）中作了如下的定义：（第二稿）中作了如下的定义：“可编程序控制器是一种数字可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境条件下应用而设计。它采用运算的电子系统，专为在工业环境条件下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式定时、

5、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备都应按易于使工业控制系统形成一个整体、易器及其有关设备都应按易于使工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。于扩充其功能的原则设计。” 美国电气制造协会（美国电气制造协会（NEMA）1987年作的定义如下：年作的定义如下：“它是一种它是一种带有指令存储器、数字或模拟带有指令存储器、数字或模拟I/O接口，以位运算为主，能完成逻辑、接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能，用于控制机器或生产过程的自

6、顺序、定时、计数和算术运算功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。动控制装置。” IEC(国际电工委员会国际电工委员会)在标准草案中，将这种装置定义为可编程序在标准草案中，将这种装置定义为可编程序控制器控制器(Programmable Controller)，简称，简称PC。为了避免同个人计。为了避免同个人计算机混淆，现在一般将可编程序控制器简称算机混淆，现在一般将可编程序控制器简称PLC（Programmable Logic Controller）。）。9可编程控制器可编程控制器与与微机微机的比较的比较 学习难易程度不同学习难易程度不同 PLC继承了继电器系统的基本格式和习惯，对于有继电

7、器控继承了继电器系统的基本格式和习惯，对于有继电器控制经验的人，学习起来容易。制经验的人，学习起来容易。 微机需要更多的知识储备。微机需要更多的知识储备。 通用性不同通用性不同 PLC一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，各厂家的产一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，各厂家的产品不通用。品不通用。 微机是由通用计算机推广应用发展起来的，标准化程序高，微机是由通用计算机推广应用发展起来的，标准化程序高，兼容性强。兼容性强。 运行方式不同运行方式不同 PLC不能直接使用微机的许多软件。不能直接使用微机的许多软件。PLC一般具有模块结构，一般具有模块结构，可针对不同对象进行组合和扩展。可针对不同对

8、象进行组合和扩展。 微机可使用通用微机的各种编程语言，对要求快速，实时性微机可使用通用微机的各种编程语言，对要求快速，实时性强、模型复杂的工业对象的控制占有优势，但它要求使用者具有强、模型复杂的工业对象的控制占有优势，但它要求使用者具有一定计算机专业知识一定计算机专业知识。 相同点：相同点：PLC和微机都是专为工业现场应用环境而设计的，都和微机都是专为工业现场应用环境而设计的，都具有很高的可靠性。具有很高的可靠性。10可编程控制可编程控制与与继电接触器控制继电接触器控制的比较的比较控制逻辑不同控制逻辑不同 PLCPLC为为“软接线软接线”技术，继电为硬接线逻辑。技术，继电为硬接线逻辑。控制逻辑

9、方面控制逻辑方面 PLCPLC：同一个器件的线圈和它的各触点动作不同时发生。：同一个器件的线圈和它的各触点动作不同时发生。 继电：同一继电器的所有触点与线圈通电或断电同时发生继电：同一继电器的所有触点与线圈通电或断电同时发生控制速度控制速度 PLCPLC：速度极：速度极；继电：速度；继电：速度定时定时/ /计数计数 PLCPLC定时精度高，范围大，有计数功能，定时精度高，范围大，有计数功能， 继电：定时精度不高，范围小，无计数功能继电：定时精度不高，范围小，无计数功能设计与施工设计与施工 PLCPLC：现场施工与程序设计同步进行，周期短，调试和维修方便。：现场施工与程序设计同步进行，周期短，调

10、试和维修方便。 继电：设计、现场施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难继电：设计、现场施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难可靠性和维护性可靠性和维护性 PLCPLC连线少，使用方便，并具有自诊断作用等连线少，使用方便，并具有自诊断作用等价格价格 PLCPLC：贵（长远利益）：贵（长远利益） 继电：便宜（短期利益）继电：便宜（短期利益）11121314151617181.2 PLC1.2 PLC的功能、特点与分类的功能、特点与分类192021（1）常规手段：选用优质元器件，设计合理的系统结构，实施加固使其易）常规手段：选用优质元器件，设计合理的系统结构，实施加固使其易于抗冲击，印制

11、板的设计加工和焊接工艺严格规范。于抗冲击，印制板的设计加工和焊接工艺严格规范。（2）隔离：所有）隔离：所有I/O电路一律采用光电器件进行隔离，使内外无电气回路的电路一律采用光电器件进行隔离，使内外无电气回路的联接点联接点(电浮空电浮空)，这样可以抗电干扰。，这样可以抗电干扰。（3）滤波：对供电系统及输入回路采用模拟量滤波）滤波：对供电系统及输入回路采用模拟量滤波(如如LC、型滤波网络型滤波网络)，再加上数字滤波，以消除或抑制高频干扰。再加上数字滤波，以消除或抑制高频干扰。（4）屏蔽：采用导电、导磁性能良好的材料进行屏蔽，以防电磁波辐射的）屏蔽：采用导电、导磁性能良好的材料进行屏蔽，以防电磁波辐

12、射的干扰。干扰。（5）增强电源的适应性：）增强电源的适应性：PLC的供电系统的供电系统(内部为内部为DC)采用开关电源，并用采用开关电源，并用集成电压调整器进行调整，使之适应电网电压较宽范围的波动。集成电压调整器进行调整，使之适应电网电压较宽范围的波动。（6）采用模块式结构：一旦某模块有故障，能迅速更换，使系统停用时间）采用模块式结构：一旦某模块有故障，能迅速更换，使系统停用时间减到最低程度。减到最低程度。22（1）设置警戒时钟）设置警戒时钟WDT(看门狗看门狗)：PLC在正常的运行程序中对在正常的运行程序中对WDT定时复位，若超过了定时复位，若超过了WDT规定的时间，规定的时间，WDT会发出

13、报警信会发出报警信号，并强制系统号，并强制系统CPU复位，使之走入正常的运行程序。复位，使之走入正常的运行程序。（2）系统软件对用户软件自动进行检查：能对用户程序进行查错、）系统软件对用户软件自动进行检查：能对用户程序进行查错、报错，使用户程序无语法、结构性错误，错误的程序或参数得不报错，使用户程序无语法、结构性错误，错误的程序或参数得不到运行。到运行。（3）掉电保护：对）掉电保护：对RAM区用区用后备电池后备电池或或蓄能电容蓄能电容，掉电时使，掉电时使RAM继续有电，保证用户程序运行的状态信息和中间数据不会丢继续有电，保证用户程序运行的状态信息和中间数据不会丢失。失。（4）自检：系统程序中有

14、对）自检：系统程序中有对CPU及外围器件自动检测的功能，及外围器件自动检测的功能，一旦出错，立即报警。一旦出错，立即报警。23v按按I/OI/O点数分点数分小型小型PLCPLC I/OI/O点数为点数为256256点以下的为小型点以下的为小型PLCPLC （其中（其中I/OI/O点数小于点数小于6464点的为超小型或微型点的为超小型或微型PLCPLC）中型中型PLCPLC I/OI/O点数为点数为256256点以上、点以上、20482048点以下的为中型点以下的为中型PLCPLC大型大型PLCPLC I/OI/O点数为点数为20482048以上的为大型以上的为大型PLCPLC （其中（其中I/

15、OI/O点数超过点数超过81928192点的为超大型点的为超大型PLCPLC）24v按结构形式分按结构形式分整体式整体式PLCPLC 将电源、将电源、CPUCPU、I/OI/O接口等部件都集中装在接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。模块式模块式PLCPLC 将将PLCPLC各组成部分分别作成若干个单独的各组成部分分别作成若干个单独的模块，如模块，如CPUCPU模块、模块、I/OI/O模块、电源模块（有的含在模块、电源模块（有的含在CPUCPU模块中）以及各种功能模块。模块中）以及各种功能模块。紧凑式紧凑式PLCPL

16、C 还有一些还有一些PLCPLC将整体式和模块式的特点结将整体式和模块式的特点结合起来。合起来。模块式模块式PLCPLC 将将PLCPLC各组成部分分别作成若干个单独的各组成部分分别作成若干个单独的模块，如模块，如CPUCPU模块、模块、I/OI/O模块、电源模块（有的含在模块、电源模块（有的含在CPUCPU模块中）以及各种功能模块。模块中）以及各种功能模块。紧凑式紧凑式PLCPLC 还有一些还有一些PLCPLC将整体式和模块式的特点结将整体式和模块式的特点结合起来。合起来。整体式整体式PLCPLC 将电源、将电源、CPUCPU、I/OI/O接口等部件都集中装在接口等部件都集中装在一个机箱内，

17、具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。25v按功能分按功能分 低档低档PLCPLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。送和比较、通信等功能。 中档中档PLCPLC 具有低档具有低档PLCPLC功能外，增加模拟量输入功能外，增加模拟量输入/ /输出、算术运输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程算、数据传送和比较、数制转换、远程I/OI/O、子程序、通信联网、

18、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、等功能。有些还增设中断、PIDPID控制等功能。控制等功能。 高档高档PLCPLC 具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档传送等。高档PLCPLC机具有更强的通信联网功能。机具有更强的通信联网功能。 261.3 PLC1.3 PLC的应用状况和发展趋势的应用状况和发展趋势27天津中环自动化仪表公司天津中环自动化仪表公司DJK-84无锡华光电子工业有限公司无锡华光电子工业有限公

19、司KCK系列系列上海东屋电器有限公司上海东屋电器有限公司C F系列系列苏州机床电器厂苏州机床电器厂CYK系列系列杭州机床电器厂杭州机床电器厂DKK、D系列系列上海电力电子设备厂上海电力电子设备厂KKI-IC大连组合机床研究所大连组合机床研究所S系列系列机械部北京自动化所机械部北京自动化所MPC、KB系列系列上海国际程控公司上海国际程控公司E、EM、H系列系列上海工业自动化研究所上海工业自动化研究所TCMS-300/D杭州通灵控制电脑公司杭州通灵控制电脑公司HZK 系列系列苏州电子计算机厂苏州电子计算机厂YZ系列系列28立石立石(OMRON)、三菱、日立、夏普、松下、东芝、三菱、日立、夏普、松下

20、、东芝、富士、安川、横河、光洋富士、安川、横河、光洋(Koyo)等公司。等公司。AB(Allen Bradley)、GM(Gould Modicon)、GE(GE-Fanuc)、Square D、西屋、西屋(Westing House)、TI仪仪器器(Texas,Instruments德洲仪器德洲仪器)等公司。等公司。西门子（西门子（Siemens）、）、BBC、AEG等公司。等公司。TE (Telemecanique)公司等。公司等。2930313233图例：图例：AB SLC500343536传送带生产线控制传送带生产线控制灌装及包装机械灌装及包装机械木材加工木材加工电梯控制电梯控制空调控

21、制空调控制纺织机械纺织机械印刷机械印刷机械3738394041424344454647为了提高为了提高PLCPLC的处理能力，要求的处理能力，要求PLCPLC具有更好的响应速具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的度和更大的存储容量。目前，有的PLCPLC的扫描速度可的扫描速度可达达0.1ms/k0.1ms/k步左右。步左右。PLCPLC的扫描速度已成为很重要的一的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。个性能指标。在存储容量方面，有的在存储容量方面，有的PLCPLC最高可达几十兆字节。为最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡

22、存储器或硬盘。盘。 48小型小型PLCPLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型超小型微型PLCPLC，最小配置的，最小配置的I/OI/O点数为点数为8 81616点，以点，以适应单机及小型自动控制的需要。适应单机及小型自动控制的需要。 大型化是指大中型大型化是指大中型PLC PLC 向大容量、智能化和网络化发向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制

23、。现已有复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/OI/O点数达点数达1433614336点的超大型点的超大型PLCPLC，其使用，其使用3232位微处理器，多位微处理器，多CPUCPU并行工作和大容量存储器，功能强。并行工作和大容量存储器，功能强。49为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/OI/O模块、模块、通信和人机接口模块等。通信和人机接口模块等。PLCPLC的联网与通信有两类：的联网与通信有两类： PLC PLC之间联网通信，各之间联网通信，各PLCPLC生产厂家都有自己的专有联网手段；生产厂家都有自己的专有联网手段； PLC PLC与计与计算机之间的联网通信。算机之间的联网通信。为了加强联网与和通信能力，为了加强联网与和通信能力，PLCPLC生产厂家也在协商生产厂家也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。 50v增强外部故障的检测与处理能力增强外部故障的检测与处理能力据统计资料表明：在据统计资料表明：在PLCPLC控制系统的故障中，控制系统的故障中，CPUCPU占占5%5%，I/OI/O接口占接口占15%15%，输入设备占，输入设备占45%45%，输出设备占，输出设备占3