可编程序控制器原理及应用：第0章 可编程控制器概述

1、可编程序控制器原理及应用 （Principle and Application of Programmable Controllers）第0章 可编程控制器概述 第一节 课程简介第二节 可编程控制器的产生 第三节 可编程控制器的特点 第四节 可编程控制器的分类 第五节 可编程控制器的应用和发展 第一节 课程简介课程名称：可编程序控制器原理及应用（Principle and Application of Programmable Controllers）学 分：3.0总 学 时： 48学时 ，其中，理论学时： 38学时；实验学时：10学时适用专业：机械工程及自动化专业先修课程：模拟电子技术、数字

2、电子技术、单片机与嵌入式系统、计算机基础、机电传动控制等 第一节 课程简介一、课程的性质、目的与任务 性质： 可编程序控制器原理及应用课程是机械工程及自动化专业的专业应用基础课。是学生具备了必要的电气控制原理、计算机原理等基础知识后，学习的专业课程之一。目的：本课程强调实际操作技能、设计能力、独立工作能力的培养；注重理论联系实际，课堂教学与生产实际相结合；重视实验、程序设计等教学环节。讲授的内容对学生毕业后从事实际控制工作具有重要的指导作用。任务：通过本课程的学习，使学生掌握PLC系统基本的设计方法，培养学生使用可编程控制器改造继电器-接触器控制系统，维护与管理自动化生产线的基本能力，掌握可编

3、程控制器原理及在自动控制系统中的应用，并对今后从事现代计算机控制技术集成的应用与开发打下良好的基础。第一节 课程简介二、课程基本要求1、了解可编程序控制器的产生、特点、发展及应用；2、掌握可编程控制器的结构和工作原理，熟悉硬件组成 和系统工作 ；3、掌握三菱FX系列PLC的编程元件、指令系统及应用；4、掌握PLC程序设计方法和应用系统的设计及调试；5、了解三菱FX系列PLC的特殊功能模块；6、学会实际系统的设计原则和基本方法。第一节 课程简介三、教学方法、手段说明 以课堂讲授为主、辅以课堂设计、实验、课堂讨论和适量课后作业相结合进行该门课程的教学，使学生了解PLC的组成、工作原理，掌握PLC程

4、序设计及与生产实际相结合基本知识。 采用多媒体课件进行教学四、课程考核方式与要求 本门课采用闭卷考试，考试内容为基础知识及各章的重点内容。 总评成绩：实验成绩占总成绩的1520%，平时成绩占总成绩的20%（作业、考勤），期末考试卷面成绩占总成绩的6560%。五、教材和参考书目教材：王庭有 等编著 可编程控制器原理及应用（第2版） 国防工业出版社，2008.8第一节 课程简介参考书目：1、可编程控制器应用技术 胡学林 编 高等教育出版社2、小型可编程控制器实用技术王 肇 义 编 机械工业出版社3、可编程控制器原理.应用.实验 常斗南 编 机械工业出版社4、可编程控制器原理与应用 钟 肇 新 编

5、华南理工大学出版社5、可编程控制器胡学林编 电子工业出版社6、可编程控制器应用技术吕景泉六、课外学习要求课前预习、课后复习，积极查阅与课程相关的文献资料。重视实验第一节 课程简介可编程序控制器原理及应用课程，是一门实践性很强的技术课程，它要求有较强的编程及操作能力。除38学时的理论教学，还安排了10学时的实验， 学生经过实验训练应达到以下目标：1、应能对所选PLC机型相关的编程软件熟练使用；2、应掌握PLC输入/输出端子与控制对象的连接方式，以及PLC与外接电源的连接方式；3、应学会PLC控制程序的调试、监控方法。4、通过实验训练，掌握PLC的基本编程技能和操作方法，为今后从事自动控制领域的相

6、关工作打下扎实的基础。 第二节 可编程控制器的产生 可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程序逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller)，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。提出PLC概念的是美国通用汽车公司,当时，根据汽车制造生产线的需要，希望用电子化的新型控制器替代继电器控制柜，以减少汽车改型时，重新设计制造继电器控制盘的成本和时间。通用汽车公司对新型控制器提出以下10点具体要求：编程简单，可在现场修改程序；维护方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；成本可与继电器控制柜竞争；可将数据

7、直接送入计算机；可直接用115V交流输入；输出采用交流115V，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；通用性强，扩展时很方便；程序要能存储，存储器容量可扩展到4K字节。 这10点要求几乎成为当时各自动化仪表厂商生产PLC的基本规范。概括起来，PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点与继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，具体要求：1、控制器的硬件是标准的、通用的。2、根据实际应用对象，可将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。3、控制器和被控对象连接方便。随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器

8、作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是仅有逻辑(Logic)判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。 国际电工委员会(IEC)颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器作了如下的定义：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，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。 可编程控制器对用

9、户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。 第三节 可编程控制器的特点 可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。可靠性高，抗干扰能力强：可编程控制器是专为工业控制而设计的，除了对器件进行严格筛选外，在硬件和软件两个方面还采用了屏蔽、滤波、隔

10、离、故障论断和自动恢复等措施，使可编程控制器具有很强的抗干扰能力，使其平均无故障时间达到(35)l04h以上。 编程直观、简单：可编程控制器是面向用户、面向现场，考虑到大多数电气技术人员熟悉电气控制线路的特点，它没有采用微机控制中常用的汇编语言，而是采用了一种面向控制过程的梯形图语言。梯形图语言与继电器原理图相类似，形象直观，易学易懂。电气工程师和具有一定知识的电工、工艺人员都可以在短时间内学会，使用起来得心应手。计算机技术和传统的继电器控制技术之间的隔阂在可编程控制器上完全不存在。世界上许多国家的公司生产的可编程控制器把梯形图语言作为第一用户语言。 适应性好：可编程控制器是通过程序实现控制的

11、。当控制要求发生改变时，只要修改程序即可。由于可编程控制器产品已标准化，系列化、模块化，因此能灵活方便地进行系统配置，组成规模不同、功能不同的控制系统，适应能力非常强，故既可控制一台单机，一条生产线，又可控制个复杂的群控系统，既可以现场控制，又可以远距离控制。 功能完善，接口功能强：目前的可编程控制器具有数字量和模拟量的输人输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、通信、人机对话、自检、记录和显示等功能，使设备控制水平大大提高。接口功率驱动极大地方便了用户，常用的数字量输入输出接口，就电源而言有110V、220V交流和5V、24V、48V直流等多种；负载能力可在(0.55A)的范围内变化；模

12、拟量的输入输出有+50mV、+l0V和(010)mA、(420)mA等多种规格。可以很方便地将可编程控制器与各种不同的现场控制设备顺利连接，组成应用系统。例如，输入接口可直接与各种开关量和传感器进行连接，输出接口在多数情况下也可直接与各种传统的继电器、接触器及电磁阀等相连接。 第四节 可编程控制器的分类 目前市场上能买到的PLC产品， 1、按I/O点数和存储容量可分为1）小型PLC：小型PLC的I/O点数在256点以下， 存储容量为2 k步， 具有逻辑控制、 定时、 计数等功能。 目前的小型PLC产品也具有算术运算、 数据通信和模拟量处理功能。2）中型PLC：中型PLC的I/O点数在25620

13、48点之间， 存储容量为28 k步， 具有逻辑运算、 算术运算、 数据传送、 中断、 数据通信、 模拟量处理等功能， 用于多种开关量、 多通道模拟量或数字量与模拟量混合控制的复杂控制系统。第四节 可编程控制器的分类 3）大型PLC:大型PLC的I/O点数在2048点以上， 存储容量达8 k步以上， 具有逻辑运算、 算术运算、 模拟量处理、 联网通信、 监视记录、 打印等功能。 有中断、 智能控制、 远程控制能力， 可完成大规模的过程控制， 也可构成分布式控制网络， 完成整个工厂的网络化自动控制。 2、可编程控制器按结构形式分可分为1）整体式PLC：又称单元式或箱体式。 整体式可编程控制器是将电

14、源、CPU、IO部件都集中装在一个机箱内，其结构紧凑，体积小价格低。 一般小型可编程控制器采用这种结构，它由不同IO点数的基本单元和扩展单元组成。 基本单元内有CPU、IO和电源， 扩展单元内只有IO和电源。 基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。 整体式可编程控制器一般配备有特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使机器的功能得以加强。 2）模块式PLC：其结构是将可编程控制器各部分分成若干个单独的模块，如CPU模块、IO模块、电源模块和各种功能模块。 模块式PLC由框架和各种模块组成，模块插在框架的插座上。 有的可编程控制器没有框架，各种模块安装在底板上。 模块式结构，其配置灵活，

15、装配方便，便于扩展和维修。 一般大中型PLC都采用模块式结构，有的小型可编程控制器也采用这种结构。 3）叠装式PLC：有的PLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式可编程控制器。 它除基本单元和扩展单元外，还有扩展模块和特殊功能模块，配置更加灵活。 基本单元型号表示方法：FX2NM 1 2 3 式中，1部分用两位数表示输入/输出(I/O)的总点数：有16、24、32、48、64和80六种；2部分字符表示主/扩展机型： M表示主机，E表示该单元为扩展单元； PLC产品的扩展单元种类很多， 扩展单元的功能及与主机的配合细节可查阅有关手册。 3部分用字符表示输出类型：R表示继电器触点输出，T表示晶体

16、管输出，S表示双向晶闸管输出。 例如，FX2N-32MR 表示是FX2N系列的基本单元（主机），输入/输出(I/O)总点数为32点，其中16点为直流24 V输入，16点为继电器输出。产品系列号第五节 可编程控制器的应用和发展 可编程控制器在国内外已广泛应用于钢铁、石化、机械制造、汽车装配、电力、轻纺等各行各业。目前典型的PLC功能有下面几点：顺序控制：这是可编程控制器最广泛应用的领域，取代了传统的继电器顺序控制，例如注塑机、印刷机械、订书机械，切纸机、组合机床、磨床、装配生产线，包装生产线，电镀流水线及电梯控制等。 过程控制：在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位、速度

17、、电流和电压等，称为模拟量。可编程控制器有AD和DA转换模块，这样，可编程控制器可以对模拟量进行过程控制。 数据处理：一般可编程控制器都设有四则运算指令，可以很方便地对生产过程中的数据进行处理。用PLC可以构成监控系统，进行数据采集和处理、监控生产过程。 较高档次的可编程控制器都有位置控制模块，用于控制步进电动机或伺服电动机，实现对各种机械的位置控制。通信联网和显示打印：某些控制系统需要多台PLC连接起来使用或者由一台计算机与多台PLC组成分布式控制系统。可编程控制器的通信模块可以满足这些通信联网要求。 可编程控制器还可以连接显示终端和打印机等外围设备，从而实现显示和打印功能。 可编程控制器的更新很快：可编程控制器的技术发展特点为高速度、大容量、系列化、模块化、多品种。可编程控制器的编程语言、编程工具多样化，通信联网能力越来越强。习题及思考题 0-1 可编程控制器是怎样诞生的?0-2 可编程控制器的定义是什么?为什么说可编程控制器是一种数字运算的电子系统?0-3 可编程控制器的特点是什么?0-4可编程控制器的规模一般是如何分类的?0-5 可编程控制器有哪几方面的应用? （5）梯形图中，每一个编程元件应按一定的规则加标字母数字串，不同编程元件常用不同的字母符号