第3章 可编程序控制器概述

1、Date: * Page: 1CH3 可编程序控制器概述第第3 3章章 可编程序控制器概述可编程序控制器概述Date: * Page: 2CH3 可编程序控制器概述 可编程控制器可编程控制器(PLC)(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术发展起来的一种工业控制器。专门用机和自动控制等先进技术发展起来的一种工业控制器。专门用于工业现场的自动控制装置。于工业现场的自动控制装置。 PLC PLC 具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单以及具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单以及功耗低、体积小等优点。早期的可编程控制器只是用来取代继功

2、耗低、体积小等优点。早期的可编程控制器只是用来取代继电器控制执行逻辑运算、计时、计数等顺序控制功能，如今已电器控制执行逻辑运算、计时、计数等顺序控制功能，如今已经广泛应用于工业控制各个领域。经广泛应用于工业控制各个领域。 继电接触控制系统在生产中得到广泛应用。但由于它的机继电接触控制系统在生产中得到广泛应用。但由于它的机械触点多、接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性差，因此已械触点多、接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性差，因此已不能满足现代化生产过程复杂多变的控制要求。不能满足现代化生产过程复杂多变的控制要求。Date: * Page: 3CH3 可编程序控制器概述主要内容主要内容Date: *

3、 Page: 4CH3 可编程序控制器概述Date: * Page: 5CH3 可编程序控制器概述v什么是什么是PLCPLC？一、可编程控制器的定义一、可编程控制器的定义 PLCPLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计的下应用而设计的工业控制装置工业控制装置 ； 是在是在电器控制技术电器控制技术和和计算机技术计算机技术的基础上开发出来的，的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动控制技术自动控制技术、计算机技术计算机技术、网络通信技术网络通信技术融为一体的新型工业控制融为一体的新型工

4、业控制装置。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。Date: * Page: 6CH3 可编程序控制器概述一、可编程控制器的定义一、可编程控制器的定义v 19871987年，国际电工委员会（年，国际电工委员会（IECIEC）定义定义： “ “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其工业环境下应用

5、而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等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，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计计”。 v 19691969年，美国数字设备公司（年，美国数字设备公司（DECCompaqHPDECCompaqHP）研制第一

6、台可编程控）研制第一台可编程控制器，并应用于工业现场。制器，并应用于工业现场。v 19801980年美国电气制造商协会（年美国电气制造商协会（NEMANEMA）正式将其命名为编程序控制器）正式将其命名为编程序控制器（Programmable ControllerProgrammable Controller），简称），简称 PCPC（该称为首先由（该称为首先由A-BA-B公司提出）公司提出）。Date: * Page: 7CH3 可编程序控制器概述二、可编程控制器的产生二、可编程控制器的产生v因为继电器逻辑电路配线复杂因为继电器逻辑电路配线复杂, ,功能改变、配线改变。功能改变、配线改变。v在

7、制造工业（以改变几何形状和机械性能为特征）在制造工业（以改变几何形状和机械性能为特征）和过程工业（以物理变化和化学变化将原料转化成和过程工业（以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征）中，存在大量的开关量顺序控制，产品为特征）中，存在大量的开关量顺序控制， Date: * Page: 8CH3 可编程序控制器概述PLC的产生与发展输入电路输入电路继电器控制电路继电器控制电路输出电路输出电路生生 产产 现现 场场继电器控制系统结构：按钮、开关、传感器按钮、开关、传感器接触器电磁阀信号信号Date: * Page: 9CH3 可编程序控制器概述继电器控制系统继电器控制系统 特点：特点： 可进行逻

8、辑控制、定时、计数可进行逻辑控制、定时、计数 针对某种固定的动作顺序或生产工艺而设计针对某种固定的动作顺序或生产工艺而设计 缺点：缺点：动作顺序或工艺发生变化后，必须动作顺序或工艺发生变化后，必须重新设计、布线、装配、调试重新设计、布线、装配、调试Date: * Page: 10CH3 可编程序控制器概述二、可编程控制器的产生二、可编程控制器的产生v背景：背景：19681968年美国通用汽车公司（年美国通用汽车公司（GMGM），），为了适应汽车型号的不断更新，生为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有量、多品种生产，希望

9、能有它能做到尽可能减它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。及接线，以降低成本，缩短周期。提出研制提出研制PLCPLC的基本设想：能用于的基本设想：能用于工业现场；能改变其控制工业现场；能改变其控制“逻辑逻辑”，而不需要变动组成它的元件和修改而不需要变动组成它的元件和修改内部接线；出现故障时易于诊断和内部接线；出现故障时易于诊断和维修。维修。 Date: * Page: 11CH3 可编程序控制器概述v 背景：背景：19681968年，年，GMGM公司提出公司提出十项设计标准十项设计标准： 编程简单，可在现场修改程序；编程简单，

10、可在现场修改程序； 维护方便，采用插件式结构；维护方便，采用插件式结构； 可靠性高于继电器控制柜；可靠性高于继电器控制柜； 体积小于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜； 成本可与继电器控制柜竞争；成本可与继电器控制柜竞争； 可将数据直接送入计算机；可将数据直接送入计算机； 可直接使用可直接使用115V115V交流输入电压；交流输入电压； 输出采用输出采用115V115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等； 通用性强，扩展方便通用性强，扩展方便; ; 能存储程序，存储器容量可以扩展到能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB4KB。二、可编程控制器的产

11、生二、可编程控制器的产生Date: * Page: 12CH3 可编程序控制器概述二、可编程控制器的产生二、可编程控制器的产生第一代：从第一台第一代：从第一台PLC诞生到上个世纪诞生到上个世纪70年代初。年代初。第二代：第二代： 70年代初至年代初至70年代末。年代末。 CPU使用中小规模集成电路，采用磁芯存储器。使用中小规模集成电路，采用磁芯存储器。 CPU使用微处理器，采用半导体存储器使用微处理器，采用半导体存储器EPROM。与继电器控制相比，可靠性有一定提高；与继电器控制相比，可靠性有一定提高； 机种单一，没形成系列。机种单一，没形成系列。 有了计算机接口和模拟量控制功能。有了计算机接口

12、和模拟量控制功能。 可靠性提高。可靠性提高。 整机功能向系列化、标准化发展，并由专用向通用方向过渡。整机功能向系列化、标准化发展，并由专用向通用方向过渡。 功能简单（只有计数功能简单（只有计数/定时功能）定时功能）,主要是逻辑运算、定时、计数主要是逻辑运算、定时、计数 。 功能增强（增加逻辑功能增强（增加逻辑/数据运算、数据处理、自诊断等功能）。数据运算、数据处理、自诊断等功能）。Date: * Page: 13CH3 可编程序控制器概述二、可编程控制器的产生二、可编程控制器的产生第三代：第三代：70年代末到年代末到80年代中期。年代中期。 CPU使用使用8或或16位微处理器甚至多微处理器，采

13、用半导体位微处理器甚至多微处理器，采用半导体存储器存储器EPROM、CMOSRAM等。等。 增加浮点数运算，平方、三角函数等运算。增加浮点数运算，平方、三角函数等运算。 增加查表、列表功能。增加查表、列表功能。 自诊断及容错技术提高。自诊断及容错技术提高。 梯形图语言及语句表成熟。梯形图语言及语句表成熟。 小型小型PLC体积减小、可靠性提高、成本下降。体积减小、可靠性提高、成本下降。 大型大型PLC向模块化、多功能方向发展。向模块化、多功能方向发展。Date: * Page: 14CH3 可编程序控制器概述 第四代：第四代：80年代中期到年代中期到90年代中期。年代中期。第五代：第五代： 90

14、年代中期之后。年代中期之后。 增加高速计数、中断、增加高速计数、中断、A/D、D/A、PID等功能。等功能。 处理速度进一步提高（处理速度进一步提高（1 s/步步）。）。 连网功能增强。连网功能增强。 编程语言进一步完善，开发了编程软件。编程语言进一步完善，开发了编程软件。 CPU使用使用16位或位或32位微处理器。位微处理器。 PLC的的I/O点增加，最多可达点增加，最多可达32K个个I/O点。点。 处理速度进一步提高（处理速度进一步提高（1ns/步步）。）。 PLC都可以与计算机通信。都可以与计算机通信。 具有强大的数值运算、函数运算、大批量数据处理的功能。具有强大的数值运算、函数运算、大

15、批量数据处理的功能。 开发了大量的特殊功能模块。开发了大量的特殊功能模块。 编程软件功能更强大。编程软件功能更强大。 不断开发出功能强大可编程终端。不断开发出功能强大可编程终端。Date: * Page: 15CH3 可编程序控制器概述三、三、 可编程控制器的可编程控制器的功能功能与特点与特点v 开关量逻辑控制开关量逻辑控制; ;v 模拟量控制；模拟量控制；v PIDPID闭环控制闭环控制; ;v 定时控制；定时控制；v 计数控制；计数控制；v 顺序（步进）控制；顺序（步进）控制；v 数据处理（运算、逻辑、传送、转换、显示等）；数据处理（运算、逻辑、传送、转换、显示等）；v 通信与联网。通信与

16、联网。Date: * Page: 16CH3 可编程序控制器概述三、三、 可编程控制器的功能与可编程控制器的功能与特点特点v 以微处理器作为运算和控制中心以微处理器作为运算和控制中心; ;v 无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强；无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强；电源范围宽，抗瞬间断电、脉冲干扰，器件耐恶劣环境设计，滤电源范围宽，抗瞬间断电、脉冲干扰，器件耐恶劣环境设计，滤波、隔离、自诊断等保护措施，设计运行十万小时无故障。波、隔离、自诊断等保护措施，设计运行十万小时无故障。v 通用性强、灵活性好，控制程序可变，使用方便通用性强、灵活性好，控制程序可变，使用方便; ;v 硬件配套齐全，功能

17、完善硬件配套齐全，功能完善; ;v 编程简单，容易掌握编程简单，容易掌握; ;v 模块化结构，与外部设备的连线简单、使用方便；模块化结构，与外部设备的连线简单、使用方便；v 安装简便，系统的设计、调试方便、周期短安装简便，系统的设计、调试方便、周期短; ;v 具备网络通信功能具备网络通信功能; ;v 体积小、重量轻、能耗低、易于机电一体化。体积小、重量轻、能耗低、易于机电一体化。Date: * Page: 17CH3 可编程序控制器概述三、三、 可编程控制器的功能与可编程控制器的功能与特点特点vPLCPLC的缺点的缺点主要是主要是PLCPLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：的软、硬件体系

18、结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，如专用总线、专家通信网络及协议，I/OI/O模板不通用，模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。甚至连机柜、电源模板亦各不相同。编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的均不一致，因此各公司的 PLCPLC互不兼容。互不兼容。1.1.SIEMENSSIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在等公司已经开发出以个人计算机为基础，在WindowsWindows平台下，结合平台下，结合IEC1131IEC11313 3国际标准的新一代国际标准的新一代开放体系结构

19、的开放体系结构的PLCPLC。Date: * Page: 18CH3 可编程序控制器概述四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域在日本，凡在日本，凡8 8个以上中间继电器组成的控制系统都已采用个以上中间继电器组成的控制系统都已采用PLCPLC来取代。来取代。经验证明，经验证明，80 80 以上的工业控制可以使用以上的工业控制可以使用PLCPLC来完成。来完成。Date: * Page: 19CH3 可编程序控制器概述四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域主要应用在汽车（主要应用在汽车（23%23%）、粮食加工）、粮食加工（16.4%16.4%）、化学）、化学/ /制药

20、（制药（14.6%14.6%）、金）、金属属/ /矿山（矿山（11.5%11.5%）、纸浆）、纸浆/ /造纸（造纸（11.3%11.3%）等行业。等行业。 Date: * Page: 20CH3 可编程序控制器概述四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域Date: * Page: 21CH3 可编程序控制器概述四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域Date: * Page: 22CH3 可编程序控制器概述四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域Date: * Page: 23CH3 可编程序控制器概述四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域Da

21、te: * Page: 24CH3 可编程序控制器概述四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域Date: * Page: 25CH3 可编程序控制器概述四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域Date: * Page: 26CH3 可编程序控制器概述四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域Date: * Page: 27CH3 可编程序控制器概述四、可编程控制器的应用领域四、可编程控制器的应用领域Date: * Page: 28CH3 可编程序控制器概述五、可编程控制器的发展五、可编程控制器的发展v高性能、高速度、大容量发展高性能、高速度、大容量发展为了提高

22、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。为了扩大存储容量。在存储容量方面，有的为了扩大存储容量。在存储容量方面，有的PLCPLC最高最高可达几十兆字节。可达几十兆字节。Date: * Page: 29CH3 可编程序控制器概述v向小型化和大型化两个方向发展向小型化和大型化两个方向发展小型小型PLC:PLC:更小

23、、更快、更强、更便宜，取代继电器控更小、更快、更强、更便宜，取代继电器控制制。由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，已开发了各种简易、经济的超小型微型已开发了各种简易、经济的超小型微型PLCPLC，最小配置的，最小配置的I/OI/O点数为点数为8 81616点，以适应单机及小型自动控制的需要。点，以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 向向大容量、智能化和网络化大容量、智能化和网络化发发展。展。使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂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

24、性的自动控制。现已有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点的点的超大型超大型PLCPLC，其使用，其使用3232位微处理器，多位微处理器，多CPUCPU并行工作和大容并行工作和大容量存储器，功能强。量存储器，功能强。五、可编程控制器的发展五、可编程控制器的发展Date: * Page: 30CH3 可编程序控制器概述v大力开发智能模块，加强联网与通信能力大力开发智能模块，加强联网与通信能力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

25、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。 五、可编程控制器的发展五、可编程控制器的发展Date: * Page: 31CH3 可编程序控制器概述v增强外

26、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30%30%，线，线路占路占5%5%。前二项共前二项共20%20%故障属于故障属于PLCPLC的内部故障，它可通过的内部故障，它可通过PLCPLC本本身的软、硬件实现检测、处理。身的软、硬件实现检测、处理。而其余而其余80%80%的故障属于的故障属于PLCPLC的外部故障。的外部故障。PLCPLC生产厂家都生产厂家都致力于研制、发展用于检测外

27、部故障的专用智能模块，致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。进一步提高系统的可靠性。 五、可编程控制器的发展五、可编程控制器的发展Date: * Page: 32CH3 可编程序控制器概述v编程语言多样化编程语言多样化在在PLCPLC系统结构不断发展的同时，系统结构不断发展的同时，PLCPLC的编程语言也越的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。来越丰富，功能也不断提高。除了大多数除了大多数PLCPLC使用的使用的梯形图梯形图、语句表语句表语言外，为了适语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程步进编程语语言

28、、面向过程控制的言、面向过程控制的流程图流程图语言、与计算机兼容的高语言、与计算机兼容的高级语言（级语言（BASICBASIC、C C语言等）等。多种编程语言并存、语言等）等。多种编程语言并存、互补与发展是互补与发展是PLCPLC进步的一种趋势。进步的一种趋势。五、可编程控制器的发展五、可编程控制器的发展Date: * Page: 33CH3 可编程序控制器概述五、可编程控制器的发展五、可编程控制器的发展n人机界面更加友好：人机界面更加友好：应用组态软件、应用组态软件、HMIHMI设备等，而设备等，而PLCPLC网络网络IPCIPCCRTCRT的模式被广泛应用。的模式被广泛应用。n网络通讯能力

29、大大加强：网络通讯能力大大加强：PLCPLC厂家在原来厂家在原来CPUCPU模板上提供模板上提供物理层物理层RS232/422/485RS232/422/485接口的基础上，因为用户对开放接口的基础上，因为用户对开放性要求很强烈，所以现场总线技术及以太网技术也同步发性要求很强烈，所以现场总线技术及以太网技术也同步发展。展。nPLCPLC的角色：的角色：PLCPLC的网络能力、模拟量处理能力、运算速的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力均大大增强，不再局限于逻辑控度、内存、复杂运算能力均大大增强，不再局限于逻辑控制的应用，而越来越应用于过程控制方面，取代了昂贵的制的应用，而越来

30、越应用于过程控制方面，取代了昂贵的DCS (Distributed Control System)DCS (Distributed Control System)系统，从而使原来系统，从而使原来PLCPLC（顺序控制）（顺序控制）DCS DCS 的模式变成的模式变成PLCPLCIPCIPC模式。模式。Date: * Page: 34CH3 可编程序控制器概述五、可编程控制器的发展五、可编程控制器的发展n开放性和互操作性大大发展：开放性和互操作性大大发展：PLCPLC制造商为制造商为了垄断和扩大各自市场，各自发展自己的了垄断和扩大各自市场，各自发展自己的标准，兼容性很差。发展将体现在现场总标准，

31、兼容性很差。发展将体现在现场总线技术、工业以太网应用、编程语言标准、线技术、工业以太网应用、编程语言标准、OPCOPC（OLE for Process ControlOLE for Process Control）标准等）标准等方面。方面。 Date: * Page: 35CH3 可编程序控制器概述v作为最传统性的产品，作为最传统性的产品，PLCPLC按按I/OI/O点数分点数分: :小型小型PLCPLC I/O I/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PL

32、CPLC I/O I/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/O I/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/OI/O点数超过点数超过81928192点的为超大型点的为超大型PLCPLC，以上均不含模拟量，以上均不含模拟量I/O I/O ）六、可编程控制器的类型六、可编程控制器的类型各个各个I/OI/O段的竞争格局又有所不同。小型段的竞争格局又有所不同。小型PLCPLC在所有在所有PLCPLC中所中所占份额是最大（占占份额是最大（占90%90%以上），应用最广泛的，几

33、乎已经应以上），应用最广泛的，几乎已经应用在了中国的各个行业，无论是离散生产还是过程行业。用在了中国的各个行业，无论是离散生产还是过程行业。 Date: * Page: 36CH3 可编程序控制器概述v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。六、可编程控制器的类型六、可编程控制器的类型模块式模块式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CPUC

34、PU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。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

35、结将整体式和模块式的特点结合起来（也称合起来（也称叠装式叠装式）。）。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。电源模块CPU模块IO模块底 板Date: * Page: 37CH3 可编程序控制器概述v 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、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、数据传送

36、和比较、通信等功能。算、数据传送和比较、通信等功能。 中档中档PLCPLC 具有低档具有低档PLCPLC功能外，功能外，增加模拟量输入增加模拟量输入/ /输出、算输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/OI/O、子程序、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、通信联网等功能。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，具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩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、制表及表格传送等

37、。高档算、制表及表格传送等。高档PLCPLC机具有更强的通信联网功机具有更强的通信联网功能。能。 六、可编程控制器的类型六、可编程控制器的类型Date: * Page: 38CH3 可编程序控制器概述PLC著名品牌根据美国根据美国 Automation Research CoAutomation Research Co（ARCARC）的商情调）的商情调查查(1994)(1994)，最大的，最大的5 5家家PLCPLC制造商是制造商是: : SIEMENSSIEMENS（德国）（德国） AllenAllenBradlyBradly（RockwellRockwell之之A-BA-B子公司子公司)

38、)（美国）（美国） AEG SchneiderAEG Schneider（AEG-MODICONAEG-MODICON） （法国）（法国） 三菱电机三菱电机（日本）（日本） OMRON(OMRON(立石电机）立石电机）（日本）（日本）七、可编程控制器的品牌七、可编程控制器的品牌其他品牌如富士电机、台达、其他品牌如富士电机、台达、LGLG则以小型和微型产品为主，则以小型和微型产品为主，GE-FanucGE-Fanuc和和SchneiderSchneider以中大型产品为主。以中大型产品为主。 目前，世界上有目前，世界上有200200多家多家PLCPLC厂商，厂商，400400多品种的多品种的PL

39、CPLC产品，产品，PLCPLC产品可按地域分成三大流派：美国、欧洲、日本。产品可按地域分成三大流派：美国、欧洲、日本。Date: * Page: 39CH3 可编程序控制器概述PLC市场份额七、可编程控制器的品牌七、可编程控制器的品牌 小型小型PLCPLC：西门子凭借其著名的：西门子凭借其著名的S7-200S7-200产品（本地化产产品（本地化产品品S7-200CNS7-200CN）名列前茅，排名靠前的几乎都是日本）名列前茅，排名靠前的几乎都是日本PLCPLC厂商（包括三菱、欧姆龙、厂商（包括三菱、欧姆龙、KoyoKoyo、日立、松下电工等），、日立、松下电工等），以及台湾的品牌台达电子，在

40、中国大陆开始全面与日系品以及台湾的品牌台达电子，在中国大陆开始全面与日系品牌相抗衡。牌相抗衡。 大中型大中型PLCPLC：欧美品牌的天下，例如西门子、罗克韦尔自：欧美品牌的天下，例如西门子、罗克韦尔自动化、施耐德电气、动化、施耐德电气、GE-FanucGE-Fanuc等。来自这些供应商的产等。来自这些供应商的产品，如西门子的品，如西门子的S7-300/400S7-300/400、罗克韦尔的、罗克韦尔的ControlLogixControlLogix、施耐德电气的、施耐德电气的Premium/QuamtumPremium/Quamtum系系列，已经成了电力、冶金、汽车等一些行业内大型列，已经成了

41、电力、冶金、汽车等一些行业内大型PLCPLC应应用的代名词，而且发展比小型用的代名词，而且发展比小型PLCPLC更迅速。更迅速。Date: * Page: 40CH3 可编程序控制器概述我国PLC发展概况七、可编程控制器的品牌七、可编程控制器的品牌用用PLCPLC改造设备改造设备国产的小型国产的小型PLCPLC（I/OI/O点数点数256256）已形成一定的批量，）已形成一定的批量，但无主流产品但无主流产品中型中型PLCPLC的开发才刚刚起步的开发才刚刚起步国产小型国产小型PLCPLC厂家及其产品有厂家及其产品有上海东屋电器有限公司生产的上海东屋电器有限公司生产的CFCF系列系列上海工业自动化

42、研究所生产的上海工业自动化研究所生产的TCMS-300/DTCMS-300/D杭州电子计算机厂生产的杭州电子计算机厂生产的YZYZ系列系列苏州机床电器厂生产的苏州机床电器厂生产的CYK/KBCYK/KB系列等系列等大连组合机床研究所生产的大连组合机床研究所生产的S S系列系列 Date: * Page: 41CH3 可编程序控制器概述 OMRON 公司的整体式公司的整体式 PLCC28PDate: * Page: 42CH3 可编程序控制器概述CPM2A OMRON 公司的整体式公司的整体式 PLCDate: * Page: 43CH3 可编程序控制器概述CPM1A OMRON 公司的整体式公

43、司的整体式 PLCDate: * Page: 44CH3 可编程序控制器概述 SIEMENS 公司的整体式公司的整体式 PLCS7-200系列系列Date: * Page: 45CH3 可编程序控制器概述CQM1 OMRON 公司的紧凑式公司的紧凑式 PLCDate: * Page: 46CH3 可编程序控制器概述C200HE OMRON 公司的模块式公司的模块式 PLCDate: * Page: 47CH3 可编程序控制器概述CVM1底版底版 OMRON 公司的模块式公司的模块式 PLCDate: * Page: 48CH3 可编程序控制器概述计数器功计数器功能模块能模块 S7-300CPU

44、模块模块 SIEMENS 公司的模块式公司的模块式 PLCDate: * Page: 49CH3 可编程序控制器概述背板总线背板总线连接插口连接插口 S7-300CPU模块模块 SIEMENS 公司的模块式公司的模块式 PLCDate: * Page: 50CH3 可编程序控制器概述 SIEMENS 公司的模块式公司的模块式 PLC PS(DC24v 负载电源模块，可选)CPU IM(接口模块，负责多机架连接可选)SM: DISM: DOSM: AISM: AO CP:- 点-到-点- PROFIBUS- 工业以太网S7-300: 模块Date: * Page: 51CH3 可编程序控制器概述

45、S7-400机架机架 SIEMENS 公司的模块式公司的模块式 PLCDate: * Page: 52CH3 可编程序控制器概述 本节主要介绍了可编程控制器的定义、可编程控制器本节主要介绍了可编程控制器的定义、可编程控制器产生的背景、可编程控制器的特点、可编程控制器的应用产生的背景、可编程控制器的特点、可编程控制器的应用领域、主要类型、发展趋势及概况。领域、主要类型、发展趋势及概况。本节小结本节小结20110926Date: * Page: 53CH3 可编程序控制器概述3.2 可编程序控制器的组成可编程序控制器的组成 组成组成 CPU 存储器存储器 I/O接口单元接口单元 外部设备外部设备D

46、ate: * Page: 54CH3 可编程序控制器概述3.2 可编程序控制器的组成可编程序控制器的组成 根据结构形式的不同，根据结构形式的不同，PLC 可分为可分为整体式整体式和和组合式组合式两类。两类。 整体式整体式PLC：是将是将CPU单元、存储器、输入单元、存储器、输入/输出输出单元、单元、(I/O)扩展接口及电源组装在一个箱体内构扩展接口及电源组装在一个箱体内构成主机。成主机。 整体式整体式PLC的结构紧凑、体积小，小型机常采用这种的结构紧凑、体积小，小型机常采用这种结构。结构。 组合式组合式PLC：是将是将CPU单元、输入单元、输入/输出单元、智能输出单元、智能单元、通信单元做成相

47、应的电路板或模块，各个单元、通信单元做成相应的电路板或模块，各个模块可以插装在底板上，模块之间通过底板上的模块可以插装在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。总线相互联系。Date: * Page: 55CH3 可编程序控制器概述输出设备输出设备输入设备输入设备 I/OI/O扩展扩展 单元单元 特殊功特殊功 能单元能单元主机主机输出单元输出单元输入单元输入单元 电电 源源外设接口外设接口I/O/O扩扩展展口口存存 储储 器器 系统程序系统程序 存储器存储器 C P U 用户程序用户程序 存储器存储器盒式磁带机盒式磁带机打印机打印机EPROMEPROM写入器写入器 上位计算机上位计算机 PL

48、CPLC编程器编程器可编程终端可编程终端PTPT整体式整体式 PLC的基本组成框图的基本组成框图Date: * Page: 56CH3 可编程序控制器概述l 组合式组合式PLC：是将是将CPU单元、输入单元、输入/输出单元、智能单元、通输出单元、智能单元、通信单元做成相应的电路板或模块，各个模块可以插装在底信单元做成相应的电路板或模块，各个模块可以插装在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。通信单元通信单元智能智能I/OI/O单元单元输出单元输出单元输入单元输入单元CPUCPU单元单元编程器编程器PLCPLC或上或上位计算机位计算机控制系统现场过程控

49、制系统现场过程系系 统统 总总 线线组合式组合式PLCPLC 的组成示意图的组成示意图Date: * Page: 57CH3 可编程序控制器概述v CPU能指挥能指挥PLC按照预先编好的系统程序，完成各种任按照预先编好的系统程序，完成各种任务。务。v 中央处理单元（中央处理单元（CPUCPU）的作用：）的作用：接收、存储由编程工具输入的用户程序和数据，并可通接收、存储由编程工具输入的用户程序和数据，并可通过显示器显示出程序的内容和存储地址。过显示器显示出程序的内容和存储地址。检查、校验用户程序。对正在输入和执行的用户程序进检查、校验用户程序。对正在输入和执行的用户程序进行检查，发现错误，立即报

50、警。行检查，发现错误，立即报警。接收、调用现场信息。接收并保存现场信息；调用运行接收、调用现场信息。接收并保存现场信息；调用运行所需信息数据。所需信息数据。执行用户程序。读取执行用户程序。读取解释解释执行执行1. 故障诊断。故障诊断。一、一、CPUCPUDate: * Page: 58CH3 可编程序控制器概述vCPUCPU的类型：的类型：通用处理器：通用处理器：如80868086、8028680286、8038680386 。单片机芯片：单片机芯片：如80318031、80968096 。位片式微处理器：如位片式微处理器：如AMD-2900 AMD-2900 。小型小型PLCPLC多采用多采

51、用8 8位微处理器或单片机作为位微处理器或单片机作为CPUCPU中型中型PLCPLC多采用多采用1616位微处理器或单片机作为位微处理器或单片机作为CPUCPU大型大型PLCPLC多采用高速位片式微处理器多采用高速位片式微处理器Date: * Page: 59CH3 可编程序控制器概述v 三大区域：三大区域：系统程序存储区系统程序存储区（ROMROM）：存放监控程序。系统程序：存放监控程序。系统程序由厂家编写。它决定了由厂家编写。它决定了PLCPLC的功能，是只读存储器，的功能，是只读存储器，用户不能修改其内容。用户不能修改其内容。工作数据存储区（工作数据存储区（RAMRAM）：存储工作数据，

52、有：存储工作数据，有I/OI/O映映像区，各类软设备（如：各种逻辑线圈、数据存储器、像区，各类软设备（如：各种逻辑线圈、数据存储器、计时器、计数器、累加器、变址寄存器等）存储区。计时器、计数器、累加器、变址寄存器等）存储区。用户程序存储区用户程序存储区（RAMRAM）：存放用户程序，完成后可：存放用户程序，完成后可存入存入ROMROM。它是根据控制要求而编制的应用程序，为。它是根据控制要求而编制的应用程序，为读写存储器。用户程序存储区可分为三部分：用户程读写存储器。用户程序存储区可分为三部分：用户程序区、数据区、参数区。序区、数据区、参数区。 二、存储器二、存储器Date: * Page: 6

53、0CH3 可编程序控制器概述三、三、 I/OI/O接口单元接口单元（与外部设备联系的桥梁与外部设备联系的桥梁）v 输入输入/ /输出单元输出单元(I/O)(I/O)：是是PLCPLC与外部设备联系的接口。采用与外部设备联系的接口。采用光电隔离，实现了光电隔离，实现了PLCPLC的内部电路与外部电路的电气隔离，的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。接口单元的类型有数字式、模拟式及智能减小了电磁干扰。接口单元的类型有数字式、模拟式及智能式等。式等。v 输入单元输入单元(INPUT)(INPUT)：接收现场设备向接收现场设备向PLCPLC提供的信号。提供的信号。v 输出单元输出单元(OUT

54、PUT)(OUTPUT)：将将PLCPLC运行的结果传送给外部设备。运行的结果传送给外部设备。v 输出三种形式：输出三种形式：继电器继电器 交、直流输出，低速大功率。交、直流输出，低速大功率。可控硅可控硅 交流输出，高速大功率。交流输出，高速大功率。晶体管晶体管 直流输出，高速小功率。直流输出，高速小功率。Date: * Page: 61CH3 可编程序控制器概述几种常用的I/O单元：主要分为：主要分为： 直流输入单元直流输入单元 图图3.3 交流输入单元交流输入单元 图图3.4Date: * Page: 62CH3 可编程序控制器概述三、三、 I/O接口单元接口单元 开关量输入单元开关量输入

55、单元 开关量输出单元开关量输出单元 直流输入单元直流输入单元 交流输入单元交流输入单元晶体管输出单元晶体管输出单元晶闸管输出单元晶闸管输出单元继电器输出单元继电器输出单元内内部部电电路路滤波滤波R3+5VR2TCR1LEDCOMS图图3.3 直流输入单元（直流输入单元（1点）点）电源极性电源极性可任意可任意用户接线用户接线内部输内部输入电路入电路显示输入显示输入点状态点状态光电耦合器光电耦合器限流电阻限流电阻滤波电路滤波电路映像映像寄存寄存器器PLCT公共端公共端 Date: * Page: 64CH3 可编程序控制器概述工作原理工作原理S闭合闭合 光电耦合器导通光电耦合器导通 LEDLED点

56、亮点亮AA点高电平点高电平滤波器滤波器内部电路内部电路输入映像输入映像寄存器置寄存器置1 1CPU访问S断开断开 光电耦合器不导通 LED不亮A A点低电平点低电平滤波器内部电路输入映像寄存器置0CPU访问Date: * Page: 65CH3 可编程序控制器概述v 数字量输数字量输入入单元：交流输入电路单元：交流输入电路三、三、 I/O接口单元接口单元LED+5VAR2TCOMSBCR1 内内 部部 电电 路路R3滤波滤波 光电耦合光电耦合 输入点的输入点的状态显示状态显示 外部开关外部开关 输入点输入点 隔直电容分压电路分压电路Date: * Page: 66CH3 可编程序控制器概述PL

57、C的输入电路 类型：类型：共点式、分组式和隔离共点式、分组式和隔离式输入式输入 共点式的输入单元共点式的输入单元：只有一：只有一个公共端子，外部各输入元件个公共端子，外部各输入元件均有一个端子与均有一个端子与COM相接，如相接，如图所示；图所示； 共点式输入接线方式，可用于共点式输入接线方式，可用于直流输入模板，也可以用于交直流输入模板，也可以用于交流输入模板。直流输入模板的流输入模板。直流输入模板的电源一般可由电源一般可由PLC内部的内部的24VDC电源提供；交流输入单电源提供；交流输入单元的电源，一般都是由现场供元的电源，一般都是由现场供给。给。 00000000010000200003。

58、Date: * Page: 67CH3 可编程序控制器概述 分组式分组式是将全部输是将全部输入点分为几组，每入点分为几组，每组有一个单独的电组有一个单独的电源和公共端。源和公共端。Date: * Page: 68CH3 可编程序控制器概述 隔离式输入接线方式隔离式输入接线方式中，每一个输入回路中，每一个输入回路有两个接线端子，由有两个接线端子，由单独的一个电源供电。单独的一个电源供电。 相对于电源来说，各相对于电源来说，各个输入点之间是相互个输入点之间是相互隔离的。隔离的。 隔离式输入接线方式隔离式输入接线方式一般用于交流输入单一般用于交流输入单元，其电源也应由用元，其电源也应由用户提供。户提

59、供。 图2-7 隔离式输入接线方式Date: * Page: 69CH3 可编程序控制器概述2. 开关量输出单元按照输出电路所用开关器件的不同，按照输出电路所用开关器件的不同，PLC的开关量的开关量输出单元分为：输出单元分为：p 晶体管输出单元晶体管输出单元；适用直流负载或；适用直流负载或TTL电路。电路。p 晶闸管输出单元晶闸管输出单元；双向晶闸管输出型适用于交流负载。；双向晶闸管输出型适用于交流负载。p 继电器输出单元继电器输出单元；既可用于直流负载，又可用于交流；既可用于直流负载，又可用于交流负载。使用时，只要外接一个与负载要求相符的电源负载。使用时，只要外接一个与负载要求相符的电源即可

60、，因而采用继电器输出型，对用户显得方便和灵即可，因而采用继电器输出型，对用户显得方便和灵活，但由于它是有触点输出，所以它的工作频率不能活，但由于它是有触点输出，所以它的工作频率不能很高，工作寿命不如无触点的半导体元件长。很高，工作寿命不如无触点的半导体元件长。Date: * Page: 70CH3 可编程序控制器概述v 数字量输数字量输出出单元：晶体管输出电路单元：晶体管输出电路三、三、 I/O接口单元接口单元光电耦合光电耦合 输出点的输出点的状态显示状态显示 NPN型公共端型公共端输出点输出点 特点：直流无触点特点：直流无触点/ /寿命长寿命长/ /响应速度快（响应速度快（0.2ms0.2m