plc第一讲(1)

1、第一讲 可编程控制器概述PLC的产生与发展的产生与发展PLC与其它工业控制装置的比较与其它工业控制装置的比较PLC的特点和应用的特点和应用教学要求1、 了解可编程序控制器的由来及其特点2、 熟悉PLC的应用领域3、 重点掌握PLC发展趋势三菱三菱PLC外形图外形图Q系列系列PLCFX2N系列系列PLCFX1N系列系列PLCFX1S系列系列PLC西门子西门子PLC外形图外形图S7-200系列系列PLCS7-300系列系列PLCS7-400系列系列PLC欧姆龙欧姆龙PLC外形图外形图C200H系列系列PLCCPM1A、CPM2A系列系列PLC1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM）为了

2、用新的控制装置取代继电器控制，在公开招标中提出了十项招标指标 u（1）编程方便，现场可修改程序；u（2）维修方便，采用模块化结构；u（3）可靠性高，高于继电器控制装置；u（4）体积小，小于继电器控制装置；u（5）数据可共享，可与上位计算机通信；u（6）成本低，可与继电器控制装置竞争；u（7）可直接用115V交流输入；u（8）输出为115V，2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等；u（9）通用性强，要能扩展；u（10）用户程序存储器可扩展到4KB。设想把计算机通用、灵活和功能完备等优点和继电器控制系统的简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制作一种通用的控制装置1969年，美国数字设备公司(Digit

3、al Equipment Company,DEC)研制出第一台可编程控制器，在GM公司的自动装配线上试用获得成功。 可编程序控制器是一种数字运算操作的可编程序控制器是一种数字运算操作的电子电子系统系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。制各种类型的机械或生产过程。 （1985年年

4、 国际电工委员会）国际电工委员会） 1969年时被称为可编程逻辑控制器，简称PLC (Programmable Logic Controller)。 70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，称其为可编程控制器，简称PC (Programmable Controller)。但由于PC容易和个人计算机 (Personal Computer)相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。 可编程控制器的名称演变可编程控制器的名称演变PLC 的的 产生与发展产生与发展第一代：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

5、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。 可靠性较差，略强于继电器控制。可靠性较差，略强于继电器控制。 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）。 功能增强（增加逻辑功能增强（增加

6、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）。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，采用位微处理器甚至多微处理器，采用半导体存储器半导体存储器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

7、化、多功能方向发展。向模块化、多功能方向发展。 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）。）。

8、 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。1971年日本从美国引进该技术，并成功研制日本的第一台PLC；1973年西欧国家也研制出PLC；1974年我国开始研制，并于1977年研制成功。PLC及其控制系统的发展趋势及其控制系统的发展趋势 PLC的性能的性能 对小型对小型PLC 对大中型对大中型PLC向着更大容量、更高速度、更多的

9、功能、更高的可靠向着更大容量、更高速度、更多的功能、更高的可靠性、易于连络通信的方向发展。使之更利于对大规模、性、易于连络通信的方向发展。使之更利于对大规模、复杂系统的控制。复杂系统的控制。 向着体积更小、速度更高、功能增强、价格低廉的方向着体积更小、速度更高、功能增强、价格低廉的方向发展。使之更利于取代继电器控制。向发展。使之更利于取代继电器控制。 控制系统将分散化控制系统将分散化采用多层分布系统采用多层分布系统: I/O模块将直模块将直接安装在现场，接安装在现场，CPU与现场与现场I/O通过数据通信实现控制，使系统控制更有效、可靠性通过数据通信实现控制，使系统控制更有效、可靠性更高；更高；

10、 控制与管理功能一体化控制与管理功能一体化信息共享、信息集成信息共享、信息集成: 进进一步应用计算机的信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使系统的产生控一步应用计算机的信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使系统的产生控制功能与信息管理功能一体化。制功能与信息管理功能一体化。 PLC控制系统的发展趋势控制系统的发展趋势 可靠性进一步提高可靠性进一步提高容错技术提高（硬件冗余、容错技术提高（硬件冗余、软件纠错）软件纠错）: 随着硬件冗余技术的应用，各种单元、甚至整个系统都可应用随着硬件冗余技术的应用，各种单元、甚至整个系统都可应用冗余技术，使系统具有更高的可靠性；冗余技术，使系统具有更

11、高的可靠性； CPU处理速度进一步加快：处理速度进一步加快：目前的目前的PLC的的CPU与计算机的与计算机的CPU相相比，还处在相对落后的地步，最高的也仅仅处在比，还处在相对落后的地步，最高的也仅仅处在80486一级，将来会全部使用一级，将来会全部使用64bit RISC芯片，多芯片，多CPU并行处理或分时处理或分任务处理，各种模块智能化，部分系统并行处理或分时处理或分任务处理，各种模块智能化，部分系统程序用门阵电路固化，这样使控制更有效，速度可达到程序用门阵电路固化，这样使控制更有效，速度可达到ns级。级。1. 通用性和灵活性强；通用性和灵活性强；2. 抗干扰能力强，可靠性高；抗干扰能力强，

12、可靠性高；3. 编程语言简单易学；编程语言简单易学；4. 与外部设备的连线简单、使用方便；与外部设备的连线简单、使用方便；5. 功能强、功能的扩展能力强；功能强、功能的扩展能力强；6. 控制系统设计、调试周期短；控制系统设计、调试周期短；7. 体积小、重量轻、易于机电一体化；体积小、重量轻、易于机电一体化；8. PLC控制系统的故障少、维修方便。控制系统的故障少、维修方便。可靠性高，抗干扰能力强；PLC的平均故障时间是几十万小时；PLC的循环扫描工作方式在很大程度上减少软故障的发生；PLC采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施： a）光电隔离措施）光电隔离措施I/O电路均采用光电隔离，使工业现场

13、的外电路与PLC内部之间电气隔离，从而有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响，同时还可以防止外部高压进入CPU模块。（PLC对信号的输入有光电隔离措施，对噪声与感应电压有隔离作用；另外，内部的工作电压为24V，抗干扰能力也很强。也有少数PLC内部CPU工作电压为5V，以23MHZ的频率工作，对噪声特别敏感。） b) 滤波滤波对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，可消除或抑制高频干扰。 c) 屏蔽屏蔽配线时，信号线、电源线、动力线分开设置，用槽或管配线，可减弱空间电磁干扰。 d) 另外还有联锁保护、自诊断电路等。COM+5VLEDSR3R1AR2CT 内内 部部 电电 路路滤波滤波 光电耦合光电

14、耦合 外部开关外部开关 输入点输入点 公共端公共端 图1-1 直流输入电路01001000020000001001010020000101002010020000201001SB300000 0100100001 0100200002COM COMSB1 220VSB2DC24VKM1KM2PLCKHKM1KM2正转启动正转启动反转启动反转启动停车按钮停车按钮正转接触器正转接触器 反转接触器反转接触器 触 点 互触 点 互锁锁 触点互锁触点互锁 联锁保护指在联锁保护指在PLC输出控制马达正反转，考虑到有可能因输出控制马达正反转，考虑到有可能因PLC的内部异常的内部异常动作而发生故障，导致设备损

15、坏，要求在动作而发生故障，导致设备损坏，要求在PLC内部设置一个联锁电路。内部设置一个联锁电路。图1-2 正反转控制的程序设计(为确保运行可靠,要采取软、硬件两种互锁措施) 编程控制器运行演示编程控制器运行演示 展示板展示板 PLC，时间继电器，继电器，直流电源，两个直流电动机，按钮，若干导线。演示操作演示操作 可编程控制器控制电动机的顺序启动可编程控制器控制电动机的顺序启动 方式一：按下启动按钮，由可编程控制器控制电动机M1，M2先后启动运行，按下停止按钮，两个电动机停止工作。 方式二：按下启动按钮，由可编程控制器控制电动机M2，M1先后启动运行，按下停止按钮，两个电动机停止工作。 原理图主

16、电路原理图 PLC控制原理图原理图 传统的继电接触控制原理图 开关量的逻辑控制-开关量的逻辑控制使PC的最基本控制功能。目前，PC首用的目标，就是用于开关量的控制。四、四、PC的主要应用领域？的主要应用领域？ 模拟量的闭环控制-PC具有A/D、D/A转换及算术运算等功能，因此可以实现模拟量控制。 数字量的智能控制-利用PC能接受和输出高速脉冲的功能，在配备了相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺服装置（如环型分配器、功放、步进电机）就能实现数字量的智能控制。 数据采集与监控-利用PC自检信号多的特点实现自诊断的式的监控，减少系统的故障，提高累计平均无故障运行时间，同时可减低故障修复时间，提高系统

17、的可靠性。 通信、联网及集散控制-利用PC的强大的通信联网功能，把PC分布到控制现场，并实现各站间的通信，上、下层间的通信，达到分散控制、集中管理，即构成了现在的PCS系统。PLC与工业控制计算机相比较与工业控制计算机相比较 比较项目比较项目可编程控制器可编程控制器工控机工控机应用范围应用范围工业控制科学计算、数据处理、计算机通信等使用环境使用环境工业现场具有一定的温度和湿度的机房输入输入/输出输出控制强电设备，需光电隔离与主机采用弱点联系，不需光电隔离程序设计程序设计一般为梯形图程序或语句表，易于学习和掌握程序语言丰富，包括汇编、BASIC、Fortrain、C、C+等系统功能系统功能自诊断

18、、监控等配有功能强大的操作系统工作方式工作方式循环扫描方式及中断方式中断方式PLC与继电器相比较与继电器相比较 比较项目比较项目继电器控制继电器控制可编程控制器控制可编程控制器控制控制逻辑控制逻辑硬接线较多，体积大，接线复杂、维修困难存储逻辑，体积小，控制灵活、易于扩展控制速度控制速度通过触点开闭实现控制作用动作速度为几十毫秒(一般继电器从关到开约15ms，从开到关约15ms)，会产生触点抖动由半导体电路实现控制作用，每条指令执行时间在微秒级（一般为5us），不会产生触点抖动限时控制限时控制由时间继电器实现，精度差，受环境温度的影响用半导体集成电路实现，精度高，时间设置方便，不受环境温度影响设

19、计与施工设计与施工设计、施工、调试必须按顺序进行，周期长、修改困难在系统设计后，现场施工和程序设计可同时进行，周期短，调试修改方便可靠性与可可靠性与可维护性维护性有触点系统，寿命短，可靠性和可维护性差无触点系统，寿命长，可靠性高，有自诊断功能，易于维护价格价格使用机械开关、继电器、接触器等价格便宜使用中大规模集成电路，借个较贵 物理继电器物理继电器 PLCPLC继电器继电器常开常开常闭常闭 触触 点点线线 圈圈物理继电器物理继电器继电器需硬接线连接继电器需硬接线连接触点个数有限触点个数有限PLCPLC继电器继电器继电器用程序软连接继电器用程序软连接触点个数无限触点个数无限继电器的接线改变继电器的接线改变控制功能改变控制功能改变PLCPLC的用户程序改变的用户程序改变 控制功能改变控制功能改变000000100001000PLC控制控制00001SB2KMKM继电器继电器 控控 制制SB1线圈线圈线圈线圈常开常开触点触点常 开 触常 开 触点点常闭常闭触点触点常 闭 触常 闭 触点点图1-3 PLC控制与继电器控制两种控制的梯形图比较 可编程控制器