第1章 可编程序控制器概述课件

1、功能完备功能完备 灵活灵活通用通用 通用工业控制装置通用工业控制装置 简单易懂、操作方便简单易懂、操作方便价格便宜价格便宜 提出十项指标：提出十项指标： (1) 编程简单，可现场修改程序。编程简单，可现场修改程序。 (2) 维护方便，采用模块式结构。维护方便，采用模块式结构。 (3) 可靠性高于继电器控制柜。可靠性高于继电器控制柜。 (4) 体积小于继电器控制柜。体积小于继电器控制柜。 (5) 数据直接送入计算机。数据直接送入计算机。 (6) 价格能与继电器控制柜竞争。价格能与继电器控制柜竞争。 (7) 输入可以是交流输入可以是交流 115 V。 (8) 输出输出AC115 V、2 A，能直接

2、驱动电磁阀。，能直接驱动电磁阀。 (9) 扩展时系统变更很小。扩展时系统变更很小。 (10) 用户程序存储容量至少能扩展到用户程序存储容量至少能扩展到 4 K字节。字节。 1969 年美国年美国 DEC 研制出世界上第一台可编程序控制器，并在研制出世界上第一台可编程序控制器，并在 GM 公公司试用，获得了成功。司试用，获得了成功。 1971 年日本研制出第一台可编程序控制器。年日本研制出第一台可编程序控制器。 1974 年我国开始研制，年我国开始研制，1977 年开始工业应用。年开始工业应用。 20 世纪世纪 70 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。 20 世纪世

3、纪 70 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。 早期的可编程序控制器，一般称为早期的可编程序控制器，一般称为可编程序逻辑控制器可编程序逻辑控制器 (Programmable Logic Controller)，简称，简称 PLC。它以准计算机形式出现。它以准计算机形式出现。 1980 年，美国电气制造商协会正式将其命名为可编程序控制器年，美国电气制造商协会正式将其命名为可编程序控制器 (Programmable Controller)，简称，简称 PC。 现代可编程序控制器，逻辑运算仅是其众多功能之一，故取消了现代可编程序控制器，逻辑运算仅是其众多功

4、能之一，故取消了“Logic”。为了区别。为了区别 “个人计算机个人计算机”， PC 仍被称为仍被称为 PLC。 1985年1月： “可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为专为工业环境下应用而设计工业环境下应用而设计。 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、定时、计数和算术运算等操作的指令，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、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，

5、都应按械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充的原则设计于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充的原则设计”。 (1) 输入输入/输出点数（输出点数（I/O 点数）点数）(2) 存储容量（字节）存储容量（字节） 指用户程序存储器容量。大约：指用户程序存储器容量。大约：1KB 2MB。 (3) 扫描速度扫描速度 指指 PLC 执行程序的速度。执行程序的速度。 有两种表示方法有两种表示方法执行执行 1KB 用户程序所用的时间。用户程序所用的时间。 执行一条布尔指令所用的时间执行一条布尔指令所用的时间 。 (4) 编程指令的种类和条数编程指令的种类和条

6、数 (5) 扩展能力和功能模块种类扩展能力和功能模块种类 一体式一体式 PLC 将电源、将电源、CPU、I/O 电路都集中装在一个机箱内。电路都集中装在一个机箱内。 一般小型一般小型 PLC 采用这种结构。采用这种结构。 模块式模块式 PLC 将将 PLC 各部分分成若干个单独的模块，各部分分成若干个单独的模块， 如如 CPU 模块、模块、I/O 模块、电源模块、功能模块。模块、电源模块、功能模块。 一般大、中型一般大、中型 PLC 采用模块式结构。采用模块式结构。超小型机超小型机小型机小型机中型机中型机大型机大型机超大型机超大型机64 64 256256 20482048 819681961

7、 2 KB 2 4 KB4 16 KB16 64 KB64 128 KB 分类分类 I/O 点数点数 CPU 存储器存储器8 位处理器位处理器 8 位处理器位处理器8 位字处理器位字处理器和位处理器和位处理器16 位字、位位字、位浮点处理器浮点处理器32 位或多个位或多个16 位字、位位字、位浮点处理器浮点处理器低档机低档机中档机中档机高档机高档机 具有逻辑运算、定时、计具有逻辑运算、定时、计数、移位、自诊断、监控等基数、移位、自诊断、监控等基本功能，有的还具备本功能，有的还具备AI/AO 、数据传送、运算、通讯等。数据传送、运算、通讯等。 除上述功能，还有数制转除上述功能，还有数制转换、子程

8、序调用、通讯联网功换、子程序调用、通讯联网功能，有的还具备中断控制、能，有的还具备中断控制、PID 回路控制等。回路控制等。 除上述功能，还有较强的除上述功能，还有较强的数据处理功能、模拟量调节、数据处理功能、模拟量调节、函数运算、监控、智能控制、函数运算、监控、智能控制、通讯联网功能等。通讯联网功能等。分类分类 主要功能主要功能 应用场合应用场合开关量控制、顺序控制、开关量控制、顺序控制、 定时定时/计数控制、计数控制、 少量模拟量控制等。少量模拟量控制等。 过程控制、位置控制等。过程控制、位置控制等。 大规模过程控制系统，大规模过程控制系统，构成分布式控制系统，构成分布式控制系统， 实现全

9、局自动化网络。实现全局自动化网络。1.3 可编程序控制器的特点与功能可编程序控制器的特点与功能 一、一、PLC 的特点的特点 无故障时间：无故障时间： 45 万小时。万小时。 措施：隔离、滤波、屏蔽、检测与自诊断、措施：隔离、滤波、屏蔽、检测与自诊断、 数据备份、后备电池数据备份、后备电池 能实现各种控制功能、用于各个控制领域。能实现各种控制功能、用于各个控制领域。 梯形图图形语言简单易学。梯形图图形语言简单易学。11PLC的可靠性高? PLC是一种具有很高可靠性的控制装置，他与可编程序调节器DCS系统同被列为不损坏仪表。 硬件上-隔离、滤波、屏蔽、接地等一系列抗干扰措施; 模板机箱-完善的电

10、磁兼容性设计; 软件-数字滤波、指令复执、程序卷回、差错校验等一系列软件抗干扰措施及故障诊断技术; 系统一级的冗余配置; PLC采用周期循环扫描方式工作 在一个循环扫描周期T中，仅只有一小段时间集中进行I/O，也只有一小段集中进行I/O时间中的干扰才会被引入。 扫描周期控制在100200ms之内，比电机时间常数小 即使在每个扫描周期，干扰侵入，并造成输出值错误，但当它还没来得及使执行器发生错误的动作，下一个扫描周期正确的输出就会将其纠正。 PLC 的软硬件体系结构是封闭而不是开放的。的软硬件体系结构是封闭而不是开放的。 如专用总线、专家通讯网络及协议，如专用总线、专家通讯网络及协议，I/O 模

11、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、语言结构均不一致。编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致。 因此各公司的因此各公司的 PLC 互不兼容互不兼容。1.3 可编程序控制器的特点与功能可编程序控制器的特点与功能 用用 PLC 的与、或、非指令取代继电器触点的串并联等逻辑连接，的与、或、非指令取代继电器触点的串并联等逻辑连接，实现开关量的控制。实现开关量的控制。 用用 PLC 的定时器、计数器指令取代时间继电器等，的定时器、计数器指令取代时间继电器等， 实现某些操实现某些操作的定时或计数控制

12、。作的定时或计数控制。 用数据传送、比较、移位、数码转换、编码、译码以及数学运算用数据传送、比较、移位、数码转换、编码、译码以及数学运算和逻辑运算等指令来实现数据的采集、分析和处理。和逻辑运算等指令来实现数据的采集、分析和处理。 用用 PLC 的步进指令取代由硬件构成的步进控制器等，实现上、的步进指令取代由硬件构成的步进控制器等，实现上、下工序操作的控制。下工序操作的控制。 1.3 可编程序控制器的特点与功能可编程序控制器的特点与功能 二二. 可编程序控制器功能可编程序控制器功能 通过高速计数器和位置控制模块等控制步进电动机或通过高速计数器和位置控制模块等控制步进电动机或 伺服电动机，从而控制

13、单轴或多轴生产机械。伺服电动机，从而控制单轴或多轴生产机械。 通过通过 A/D 和和 D/A 转换，用转换，用 PLC 的的 PID 指令（或指令（或PID 模块）对生产过程中的温度、压力、速度、流量等模模块）对生产过程中的温度、压力、速度、流量等模 拟量进行单回路或多回路的闭环控制。拟量进行单回路或多回路的闭环控制。 通过各种通信模块能够将通过各种通信模块能够将 PLC 与与 PLC、PLC 与上位与上位 计算机之间联结成一个网络。计算机之间联结成一个网络。1.3 可编程序控制器的特点与功能可编程序控制器的特点与功能 可编程序控制器的应用示例可编程序控制器的应用示例 传传送送带带生生产产线线

14、控控制制印印刷刷机机械械木木材材加加工工电电梯梯控控制制空空调调控控制制 可编程序控制器的应用示例可编程序控制器的应用示例 灌灌装装及及包包装装机机械械纺纺织织机机械械 可编程序控制器的应用示例可编程序控制器的应用示例 PLC 的梯形图与继电器控制线路图十分相似，主要原因是的梯形图与继电器控制线路图十分相似，主要原因是 PLC 梯形梯形图的发明大致上沿用了继电器控制的电路元件符号，仅个别处有些不同图的发明大致上沿用了继电器控制的电路元件符号，仅个别处有些不同。 信号的输入信号的输入/输出形式及控制功能也是相同的，但是输出形式及控制功能也是相同的，但是PLC 是软逻辑，是软逻辑，继电器是硬逻辑。

15、继电器是硬逻辑。 PLC 在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、设计施工在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、维护方便，但价格高于周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、维护方便，但价格高于继电器。继电器。1.4 PLC 与其它控制系统的比较与其它控制系统的比较 19交机电机交机电机熔丝熔丝交流接触器交流接触器热继电器热继电器刀开关刀开关1.4 PLC 与其它控制系统的比较与其它控制系统的比较 20图1-1 继电器逻辑控制系统框图1.4 PLC 与其它控制系统的比较与其它控制系统的比较 211.4 PLC 与其它控制系统的比较

16、与其它控制系统的比较 单片机具有结构简单、使用方便、价格比较低等优点，单片机具有结构简单、使用方便、价格比较低等优点， 一般用于数一般用于数据采集和工业控制。据采集和工业控制。 PLC 在数据采集、数据处理等方面不如单片机。在数据采集、数据处理等方面不如单片机。 PLC 用于工业控制，稳定可靠，抗干扰能力强，使用方便，用于工业控制，稳定可靠，抗干扰能力强，使用方便，但单片机的通用性和适应性较强。但单片机的通用性和适应性较强。1.4 PLC 与其他控制系统的比较与其他控制系统的比较 使用环境、程序设计、运算速度、存储容量、价格。使用环境、程序设计、运算速度、存储容量、价格。 应用范围：应用范围：

17、 微机除了用在控制领域外，还大量用于科学计算、数据处理、计算微机除了用在控制领域外，还大量用于科学计算、数据处理、计算机通信等方面。机通信等方面。 PLC 是专用微机控制系统，主要用于工业控制。是专用微机控制系统，主要用于工业控制。输入输入/输出：输出： 微机系统的微机系统的 I/O 设备与主机之间采用微电联系，一般不需要电气设备与主机之间采用微电联系，一般不需要电气隔离。而隔离。而 PLC 一般控制强电设备，需要电气隔离，输入输出均用光电一般控制强电设备，需要电气隔离，输入输出均用光电耦合，输出还采用继电器、可控硅或大功率晶体管进行功率放大。耦合，输出还采用继电器、可控硅或大功率晶体管进行功

18、率放大。 系统功能：系统功能： 微机系统一般配有较强的系统软件和许多应用软件。微机系统一般配有较强的系统软件和许多应用软件。 而而 PLC 一般只有简单的监控程序，能完成故障检查、用户程序的一般只有简单的监控程序，能完成故障检查、用户程序的输入和修改、用户程序的执行与监视等。输入和修改、用户程序的执行与监视等。1.4 PLC 与其他控制系统的比较与其他控制系统的比较 24PLC为什么用量高居首位?工业自动化系统通常分成三类：工业自动化系统通常分成三类： 控制开关量的逻辑控制装置 控制慢连续量的过程控制系统 控制快连续量的运动控制系统在传统上对于这三种控制系统用不同的控制装置: 逻辑控制用电控制

19、（电气控制装置即继电器接触器控制） 过程控制用仪表装置（电动单元组合仪表） 运动控制用电传装置（电气传动控制装置）所谓三电就是指的是电控、电仪、电传。25 在一家工厂、一个车间、一个工段，甚至在一台设备上，这三种设备常常并存在一起，单设备各不相干。这主要是因为这三种控制装置相差太远，无法兼容。长久以来，人们一直希望能把他们用一种控制装置统一起来，协调地进行控制。 这对于提高生产效率，保证产品质量，实现优化控制无疑是很有意义的。把三电合成于一体就叫做三电一体。三电一体。过程控制过程控制 逻辑控制逻辑控制运动控制运动控制计算机计算机PLC 与三电一体与三电一体 26有两种实现三电一体化的思路：有两

20、种实现三电一体化的思路：网络一级实现三电一体化网络一级实现三电一体化：逻辑控制装置、过程控制装置、运动控制装：逻辑控制装置、过程控制装置、运动控制装置尽管各不相同，但如果它们都可以置尽管各不相同，但如果它们都可以连入同一网络连入同一网络，则网络就成了三电，则网络就成了三电同一的载体，在网络一级实现了三电一体化。同一的载体，在网络一级实现了三电一体化。DCS（distrabuted control system），花费较大，适合于大型自动控制系统。），花费较大，适合于大型自动控制系统。控制装置一级实现三电一体化控制装置一级实现三电一体化：控制装置既有逻辑控制功能，又有过程：控制装置既有逻辑控制功

21、能，又有过程控制功能，还有运动控制功能。控制功能，还有运动控制功能。PLC，灵活机动，三电一体集成度较高，适合于各种规模自动控制系统，灵活机动，三电一体集成度较高，适合于各种规模自动控制系统。 PLC 与三电一体与三电一体 27 为什么PLC有能力在装置一级集三电于一体，而专门用于过程控制的计算机控制装置实现三电一体却比较困难呢？PLC 与三电一体与三电一体 28 第一第一是是PLC是以是以控制开关量控制开关量起家的，他采用起家的，他采用循环扫描方循环扫描方式式，为了不丢失输入信号，要求循环扫描周期越短越好，这就，为了不丢失输入信号，要求循环扫描周期越短越好，这就使得在使得在PLC中配置的处理

22、器性能好，速度快。中配置的处理器性能好，速度快。 这些高性能的微处理器本身有很大的潜能，早期PLC只利用速度快这一条，其他潜能并没有得到充分得利用。后来发现处理好不同性质的实时多任务的调度，在PLC中加入针对慢连续量的过程控制并不困难。 反过来，针对慢连续量的过程控制计算机，改成周期循环扫描并加入大量开关控制却是力不能及的。PLC 与三电一体与三电一体 29 第二第二是大中型是大中型PLC中普遍采用了中普遍采用了多微处理机多微处理机结构进行多道处理。结构进行多道处理。例如西门子的S5-155U，S5-153U内最多配置4个CPU加一个协处理器； 德州仪器公司的T1565,可编程控制器最多可装入

23、8台MC68000的处理器。 这使得PLC不仅速度快，而且可以独立各自处理不同问题，也可分解协调，共同处理非常复杂的问题。 第三第三是是PLC配置着大量内含配置着大量内含CPU的智能模板，有些专用于的智能模板，有些专用于PID控控制，有些用运动控制，有些用于高速记数，有些用于联网通信，他们制，有些用运动控制，有些用于高速记数，有些用于联网通信，他们采用采用模块结构模块结构，通过背板并行总线连成有机的整体，所有这一切为，通过背板并行总线连成有机的整体，所有这一切为PLC在装置一级实现三电一体奠定了坚实的基础。在装置一级实现三电一体奠定了坚实的基础。 当然从目前看，PLC在装置一级的三电一体化并不

24、是很完善的，复杂过程控制还欠缺一些，运动控制能力也还不全面，这些都有待于进一步开发。尽管如此，在装置一级实现三电一体化本身，使得PLC在竞中居于强有力的地位。 PLC 与三电一体与三电一体 30基于微处理器的工业控制系统 1 1）集散控制）集散控制DCSDCS控制系统控制系统： 由回路仪表控制系统发展而来，在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势； 2 2）可编程序控制器）可编程序控制器PLCPLC构成的控制系统：构成的控制系统： 由继电器逻辑控制系统发展而来，它在数字处理、开关量控制和顺序控制方面具有优势。 3 3）工控计算机）工控计算机IPCIPC构成的控制系统。构成的控制系统。 三者相互渗

25、透、互为补充，PLC、DCS和IPC的差别已不明显，它们都能构成复杂的分级控制，从趋势来看，三者的归宿和统一将是全分布式计算机控制系统。 31河南理工大学操作操作站站控制站控制站（器）（器）IPCIPC、数字调节器、数字调节器、PLCPLC、专用控制器、专用控制器管理层计管理层计算机算机操作操作站站控制站控制站（器）（器）IPCIPC、数字调节器、数字调节器、PLCPLC、专用控制器、专用控制器32综合自动化系统组成ERP企业资源计划系统MES制造执行系统PCS生产控制系统故障诊断 现场控制系统（DCS, PLC, FCS）综合集成软件平台关系数据库实时监控软件平台实时数据库销售管理工艺计算特

26、定先控软件模糊控制过程动态检测软测量计划排产优化调度质量监控成本管理数据校正实时优化人力资源财务管理库存管理企业信息集成设计软件预测函数控制设备管理工业电视监测33高性能、高速度、大容量发展l多多CPUCPU结构结构l高性能、流水高性能、流水RISCRISC结构结构CPU(32CPU(32位机位机) )l增加智能控制功能增加智能控制功能l支持组态设计支持组态设计大力发展微型PLC,不断增强微型PLC的功能l掌上掌上PLCPLCl高性能高性能l支持多种编程方式支持多种编程方式1.5 PLC 的发展趋势的发展趋势34PLC编程语言标准化l顺序功能图（顺序功能图（SFCSFC）l梯形图形图(LD)(

27、LD)l功能块图功能块图(FBD)(FBD)l指令表指令表(IL)(IL)l结构文本结构文本(ST)(ST)1.5 PLC 的发展趋势的发展趋势35l与个人计算机与个人计算机PCPCl集散控制系统集散控制系统DCSDCSl计算机数控计算机数控CNCCNCPLC与其它工业控制器产品相互融合1.5 PLC 的发展趋势的发展趋势36河南理工大学模拟量模拟量I/OI/O、高速计数输入、高速计数输入、中断输入、机械运动控制、中断输入、机械运动控制、热电偶输入、条形码阅读热电偶输入、条形码阅读器、多路器、多路BCDBCD输入输入/ /输出、输出、模糊控制器、模糊控制器、PIDPID回路控制、回路控制、通信模块通信模块大力开发智能I/O模