可编程序控制器第一章

1、可编程序控制器原理与应用可编程序控制器原理与应用 Principle and Application of PLC 主讲教师主讲教师:孙红英孙红英o课程安排：课程安排：1-8周共周共8周。周。理论课：理论课：42学时学时实验课：实验课：6学时学时p参考资料：参考资料：可编程序控制器原理与应用，汪志峰可编程序控制器原理与应用，汪志峰主编，西安电子科技大学出版社主编，西安电子科技大学出版社S7-300/400 PLC应用技术，廖常初主应用技术，廖常初主编，机械工业出版社编，机械工业出版社http:/第章概述第章概述Chapter 1 Overviewp1.11.1可编程序控制器的产生及发展可编程序

2、控制器的产生及发展p Generation and development of PLC 可编程序控制器广泛地应用于工业控可编程序控制器广泛地应用于工业控制。它通过用户存储的应用程序来控制生制。它通过用户存储的应用程序来控制生产过程，具有可靠性高、稳定性和实时处产过程，具有可靠性高、稳定性和实时处理能力强的优点。可编程序控制器是把理能力强的优点。可编程序控制器是把计计算机技术与继电器控制技术算机技术与继电器控制技术有机结合起来，有机结合起来，为工业自动化提供的几乎完美的现代化自为工业自动化提供的几乎完美的现代化自动控制装置。动控制装置。 继电器控制系统特点：继电器控制系统特点：体积大、体积大、

3、耗电多、可靠性差、寿命短、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，运行速度不高，尤其是对生产工尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，如果生产艺多变的系统适应性更差，如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，造成时间和资计，并改变硬件结构，造成时间和资金的严重浪费。金的严重浪费。 可编程序控制器产生可编程序控制器产生p1968年，美国通用汽车公司年，美国通用汽车公司（GM）为适应生产工艺不断更）为适应生产工艺不断更新的需要，新的需要，公开提出汽车生产公开提出汽车生产流水线控制系统的流水线控制系统的1010项技术要项技术要求，并在社会上公开招标。这

4、求，并在社会上公开招标。这1010项技术要求是：项技术要求是：n编程简单方便，可在现场修改程序；编程简单方便，可在现场修改程序；n硬件维护方便，最好是插件式结构；硬件维护方便，最好是插件式结构；n可靠性高于继电器控制；可靠性高于继电器控制；n体积小于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；n可将数据直接送入管理计算机；可将数据直接送入管理计算机；n在成本上可与继电接触器控制设备竞争；在成本上可与继电接触器控制设备竞争；n输入可以是交流输入可以是交流115V；n输出为交流输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁以上，能直接驱动电磁阀；阀；n在扩展时原有系统只需很小改动；在扩展时原有系统只需很小改

5、动；n用户程序存储器容量至少可扩展到用户程序存储器容量至少可扩展到4KB。 1969 年，美国数字设备公司年，美国数字设备公司 (DEC 公公司司 ) 研制出了第一台可编程控制器研制出了第一台可编程控制器 PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，并取得了满意的效果，可编程控制器成功，并取得了满意的效果，可编程控制器自此诞生，简称自此诞生，简称PLC。我国从我国从1974年开始年开始研制。于研制。于1977年开始工业应用。年开始工业应用。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（制器（Programmable Logi

6、c Controller） 主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，这种装置称作可编逻辑控制的范围，因此，这种装置称作可编程控制器，简称程控制器，简称PC。但是为了避免与个人。但是为了避免与个人计算机（计算机（Personal Computer）的简称混）的简称混淆，将可编程控制器简称淆，将可编程控制器简称PLC。可编程序控制器发展可编程序控制器发展p第一阶段第一阶段 功能简单，存储容量在功能简单，存储容量在12KB左右，可靠性略高于继电接触左右，可靠性略高于继

7、电接触器系统，也没有成型的编程语言。器系统，也没有成型的编程语言。p第二阶段第二阶段 集成电路技术的发展及微处理器的产生，使集成电路技术的发展及微处理器的产生，使PLC的技术得到的技术得到较大的发展。较大的发展。PLC具有逻辑运算、计时、计数、数值计算、数据具有逻辑运算、计时、计数、数值计算、数据处理、计算机接口、模拟量控制等功能。软件上开发出自诊断程处理、计算机接口、模拟量控制等功能。软件上开发出自诊断程序，可靠性提高，系统开始向国际化、系列化发展；结构上开始序，可靠性提高，系统开始向国际化、系列化发展；结构上开始有模块式和整体式区分，整机功能也从专用型向通用型过渡。有模块式和整体式区分，整

8、机功能也从专用型向通用型过渡。p第三阶段第三阶段 单片计算机的出现、半导体存储器进入工业化生产以及大规模单片计算机的出现、半导体存储器进入工业化生产以及大规模集成电路的使用，使其演变成专用的工业计算机。集成电路的使用，使其演变成专用的工业计算机。PLC的体积缩的体积缩小，可靠性提高，成本下降，功能方面增加了通信、远程输入输小，可靠性提高，成本下降，功能方面增加了通信、远程输入输出（出（I/O）等。此时的）等。此时的PLC朝两个方向发展：一方面为大型化、朝两个方向发展：一方面为大型化、模块化和多功能；另一方面为整体结构的小型化、低成本。模块化和多功能；另一方面为整体结构的小型化、低成本。 p第四

9、阶段第四阶段 计算机技术的飞速发展及超大规模集成电路、门阵列电计算机技术的飞速发展及超大规模集成电路、门阵列电路的使用，促使路的使用，促使PLC完全计算机化，处理速度达到完全计算机化，处理速度达到1微妙微妙/步。功能上增加了高速计数、中断、步。功能上增加了高速计数、中断、A/D转换、转换、D/A转换转换及及PID等，满足过程控制的要求，联网能力增强等，满足过程控制的要求，联网能力增强,编程语编程语言增加了言增加了SFC（顺序流程图）语言，并开发了基于个人（顺序流程图）语言，并开发了基于个人微机的编程软件。微机的编程软件。 p第五阶段第五阶段 RISC（精简指令集计算机）芯片大量使用，使（精简指

10、令集计算机）芯片大量使用，使PLC整整机的体积大大缩小，机的体积大大缩小，CPU芯片向专用化发展，芯片向专用化发展，PLC都可都可以与计算机进行联网通信，最快的以与计算机进行联网通信，最快的PLC处理一步程序仅处理一步程序仅需几十纳秒。软件上使用容错技术；硬件上使用多需几十纳秒。软件上使用容错技术；硬件上使用多CPU技术。高级技术。高级PLC已发展到触摸式屏幕。在已发展到触摸式屏幕。在PLC编程中大编程中大量使用个人电脑、笔记本电脑做编程器，编程软件功能量使用个人电脑、笔记本电脑做编程器，编程软件功能强大。强大。可编程序控制器的发展趋势可编程序控制器的发展趋势pCPU处理速度进一步加快处理速度

11、进一步加快p控制系统分散化控制系统分散化p可靠性进一步提高可靠性进一步提高p控制与管理功能一体化控制与管理功能一体化 一是朝着小型、简易、价格低廉的方向发展。一是朝着小型、简易、价格低廉的方向发展。 如如OMRON公司的公司的CQM1、 SIEMENS公司的公司的S7- -200一类可编程序控制器。一类可编程序控制器。 这种可编程序这种可编程序控制器可以广泛地控制器可以广泛地取代继电器控制系取代继电器控制系统，用于单机控制统，用于单机控制和规模比较小的自和规模比较小的自动化生产线控制。动化生产线控制。 二是大型、多功能和多层分布式全自动网络化方向发展。二是大型、多功能和多层分布式全自动网络化方

12、向发展。 这类可编程序控制器一般为多处理器系统，有较大的存储能力和这类可编程序控制器一般为多处理器系统，有较大的存储能力和功能很强的输入输出接口。不仅具有逻辑运算、计时、计数等功能，功能很强的输入输出接口。不仅具有逻辑运算、计时、计数等功能，还具备数值运算、模拟调节、实时监控、记录显示、计算机接口、数还具备数值运算、模拟调节、实时监控、记录显示、计算机接口、数据传送等功能，还能进行中断控制、智能控制、过程控制、远程控制据传送等功能，还能进行中断控制、智能控制、过程控制、远程控制等。等。 通过网络通过网络 可与上位可与上位 机通讯，机通讯， 配备数据配备数据 采集系统、采集系统、 数据分析数据分

13、析 系统、彩系统、彩 色图像系色图像系 统的操纵统的操纵 台台, ,实现实现 自动化工自动化工 厂的要求。厂的要求。 1.2 可编程序控制器的定义可编程序控制器的定义 The definition of programmable controllers PLC是一种专门为在是一种专门为在工业环境下工业环境下应应用而设计的用而设计的数字运算操作的电子装置数字运算操作的电子装置。它。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过计数和算术运算等操作的指令，并能通过

14、数字式或模拟式的输入和输出，数字式或模拟式的输入和输出，控制各种控制各种类型的机械或生产过程。类型的机械或生产过程。PLC及其有关的及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。计。可编程序控制器特点可编程序控制器特点Programmable Logic Controller featuresp软硬件功能强软硬件功能强 PLC的功能非常强大，其内部具备很多功能，如时序、计的功能非常强大，其内部具备很多功能，如时序、计算器、主控继电器、移位寄存器及中间寄存器等，能够方算器、主控继电器、

15、移位寄存器及中间寄存器等，能够方便地实现延时、锁存、比较、跳转和强制便地实现延时、锁存、比较、跳转和强制I/O等功能等功能。p使用维护方便使用维护方便整个连接过程仅需要一把螺丝刀即可完成。整个连接过程仅需要一把螺丝刀即可完成。p运行稳定可靠运行稳定可靠由于由于PLC采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，同时还采用了屏蔽、滤波、隔离等抗干导体电路来完成，同时还采用了屏蔽、滤波、隔离等抗干扰措施，所以其平均无故障时间在扰措施，所以其平均无故障时间在2万小时以上。万小时以上。 1.3可编程序控制器分类可编程序控制器分类 PLC Cla

16、ssificationp按结构分类按结构分类v整体式整体式 整体式结构的可编程序整体式结构的可编程序控制器把电源、控制器把电源、CPU、存储器、存储器、I/O系统都集成系统都集成在同一机体内。控制点在同一机体内。控制点数不符合需要时，可再数不符合需要时，可再接扩展单元。特点是非接扩展单元。特点是非常紧凑、体积小、成本常紧凑、体积小、成本低、安装方便低、安装方便,但灵活性但灵活性较低。较低。v组合式组合式 采用总线结采用总线结构，组合式构，组合式PLC的特点的特点是系统构成是系统构成的灵活性较的灵活性较高，可构成高，可构成不同控不同控 制规制规模和功能的模和功能的PLC，维护，维护维修方便，维修

17、方便，但价格相对但价格相对较高。较高。p按控制规模分类按控制规模分类 根据根据I/O控制点数的不同，控制点数的不同，PLC大致可分为超小型、小型、中大致可分为超小型、小型、中型、大型及超大型型、大型及超大型 。 SIEMENS S7系列PLC分类小型机小型机 :中型机中型机: :大型机：大型机：SIMATIC S7 - 200模块化模块化SIMATIC S7 - 300模块化SIMATIC M7 - 300一体化SIMATIC C7 - 620模块化SIMATIC S7 - 400模块化SIMATIC M7 - 400目前世界上生产目前世界上生产PLC的厂家较多，较有影响的厂家较多，较有影响的

18、公司有的公司有德国西门子（德国西门子（SIEMENS）公司、）公司、美国罗克韦尔（美国罗克韦尔（ROCKWELL)公司、公司、日本欧姆龙（日本欧姆龙（OMRON）公司、）公司、三菱公司、三菱公司、松下电工等数十家公司。松下电工等数十家公司。1.4可编程序控制器的功能可编程序控制器的功能Programmable Logic Controller featuresp开关量的开环控制开关量的开环控制 PLC最基本、最广泛的应用领域最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，

19、也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。p模拟量的闭环控制模拟量的闭环控制 在工业生产过程当中，有许多在工业生产过程当中，有许多连续连续变化的量，如温度、压变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量）和数字量（Digital）之间的）之间的A/D转换及转换及D/A转换。转换。

20、PLC厂家都生产配厂家都生产配套的套的A/D和和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。p数字量的智能控制数字量的智能控制 利用利用PLC能实现能实现接收和输出高速脉冲接收和输出高速脉冲的功能，而这个功能在实际的功能，而这个功能在实际中用途很大。在配备相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺服中用途很大。在配备相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺服装置（如环形分配器、功放、步进电机）后，装置（如环形分配器、功放、步进电机）后，PLC控制系控制系统就能实现数字量的智能控制。统就能实现数字量的智能控制。 p数字采集与监控数字采集与监控 由于由于PLC在控制

21、现场实现控制，所以把控制现场的数据采在控制现场实现控制，所以把控制现场的数据采集下来，做进一步分析研究是很重要的。对于这种应用，集下来，做进一步分析研究是很重要的。对于这种应用，目前较普遍采用的方法是目前较普遍采用的方法是PLC加上触摸屏加上触摸屏。另一特点是自。另一特点是自检信号多，检信号多，PLC控制系统可控制系统可实现自诊断式的监控，实现自诊断式的监控，以减少以减少系统的故障，提高平均累计无故障运行时间，同时还可减系统的故障，提高平均累计无故障运行时间，同时还可减少故障修复时间，提高系统的可靠性。少故障修复时间，提高系统的可靠性。p联网、通信及集散控制联网、通信及集散控制 PLC通信含通

22、信含PLC间的通信及间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都厂商都十分重视十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。利用利用PLC的强大联网通信功能，把的强大联网通信功能，把PLC分布到控制现场，实现各分布到控制现场，实现各PLC控制站间的通信以及上、下层间的通信，从而实现分控制站间的通信以及上、下层间的通信，从而实现分散控制集中管理的目的。散控制集中管理的目的。PLC与继电器控制系统的比较与继电器控制系统的比较PL

23、C与计算机控制系统的比较与计算机控制系统的比较补充知识补充知识o计算机工作原理计算机工作原理计算机组成：软件和硬件计算机组成：软件和硬件计算机工作原理计算机工作原理信息在计算机中的表示信息在计算机中的表示o控制系统术语控制系统术语 信号的类型信号的类型计算机系统的组成计算机系统的组成o硬件：计算机系统中所有实际物理装置的总称硬件：计算机系统中所有实际物理装置的总称o软件：在计算机中运行的各种程序和相关的数据软件：在计算机中运行的各种程序和相关的数据及文档及文档n程序：用来向计算机指出应如何一步步地进程序：用来向计算机指出应如何一步步地进行规定的操作行规定的操作n数据：程序处理的对象数据：程序处理的对象n文档：提供给用于使用的操作说明、技术资文档：提供给用于使用的操作说明、技术资料等料等 它们都是软件不可缺少的组成部分它们都是软件不可缺少的组成部分运算器运算器控制器控制器存储器输入输出中央处理器俗称: CPU主机计算机硬件I/O设备内存储器和外存储器内存储器和外存储器o存储器存储器 存储程序和数据存储程序和数据( (包括原始数据、中间运算结果包括原始数据、中间运算结果与最终结果等与最终结果等) )的部件。的部件。n内存储器内存储器( (简称内存或主存简称内存或主存) ) p存取速度快、容量相对小，价格相对高存取速度快、容量相对小，价格相对高n直接与直接