《PLC》第1章-可编程序控制器基础

PLC第1章可编程序控制器基础参考学时：6第1章主要内容

1.1PLC定义

1.2PLC发展历史

1.3PLC发展现状与趋势

1.4PLC主要特点

1.5PLC应用

1.6PLC工作原理PLC1.1PLC定义（1）PLC

可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统。它采用了可编程的存储器，用于在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类机械或生产过程。PLC1.1PLC定义（2）PLC开关量（数字量、逻辑量）：量值是离散的，如0、1模拟量（连续量）：量值的大小随时间连续变化的量PC机：信息处理机，速度快、容量大PLC：过程对象处理机，控制开关量和模拟量

实时性、稳定性、可靠性高1.1PLC定义（3）1.2PLC发展历史（1）20世纪20年代起，控制系统主要是由继电器、接触器和定时器等器件靠导线连接构成的。其主要缺点是：设备体积大，动作速度慢，功能少，硬布线导致通用性和灵活性差。60年代末，为适应美国汽车制造业的激烈竞争，GM公司公开10点招标，制造新型控制系统。PLC

1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程序控制器，当时，它只能控制开关量，因此，被称作“可编程序逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController)”。PLC随着微处理器的应用，现在，PLC的控制对象已扩展到模拟量。所以，1980年正式命名为可编程序控制器（ProgrammableController），但为区别于个人计算机PC，本课程延用PLC的简称。1.2PLC发展历史（2）从控制功能上看，PLC经历了4个发展阶段：PLC1.崛起阶段（1969~1975），采用8位微处理器芯片CPU。2.成熟阶段（1975~1979），拓展了模拟量控制功能。3.通信阶段（1979~1985），拓展了网络通信功能。4.加速阶段（1985~现在），管控网功能不断完善，及CRT显示功能，开发DCS、SCADA、FMS、ESD系统。1.2PLC发展历史（3）PLC单片机（SCM）工业计算机（IPC）可编程序控制器（PLC）集散控制系统（DCS）现场总线控制系统（FCS）典型工控机（系统）1.2PLC发展历史（4）PLC1.3PLC发展现状与趋势（1）美国PLC发展得最快：1984年有48家，生产150多种PLC1987年有63家，生产243种PLC1996年有70余家，生产近300种PLC著名厂家有A-B（Allen－Bradley）艾伦一布拉德利公司，MODICON莫迪康公司，GE－FANUC公司，TI（TexasInstrument）德州仪器公司，WESTHOUSEElectric西屋电气公司，IPM（InternationalParallelMachines）国际并行机器公司等PLC欧洲PLC的厂家有60余家：西门子（Siemens）于1973年研制出第一台PLC金钟默勒（KlocknerMoellerGmbh），AEG法国的TE(Telemecanique）（施耐德）瑞士的Selectron公司等1.3PLC发展现状与趋势（2）PLC1971年，日本从美国引进PLC技术，由日立公司研制成功日本第一台PLC。日本生产PLC的厂家有40余家：三菱电机(MITSUBISHI)、欧姆龙(OMRON)、富士电机（FujiElectric）、东芝（TOSHIBA）、光洋（KOYO)、松下电工（MEW）、和泉（IDEC）、夏普(SHARP）、安川等公司。1.3PLC发展现状与趋势（3）PLC我国在20世纪70年代末和80年代初开始引进PLC。我国早期独立研制PLC的单位有：北京机械工业自动化研究所上海工业自动化仪表研究所大连组合机床研究所成都机床电器研究所中科院北京计算机所及自动化所长春一汽上海起重电器厂上海香岛机电公司上海自力电子设备厂以上单位都没有形成规模化生产1.3PLC发展现状与趋势（4）PLC辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC无锡电器和日本光洋合资生产PLC中美合资的厦门A-B公司生产PLC上海香岛机电公司引进技术生产PLC上海OMRON公司西安Siemens公司1.3PLC发展现状与趋势（5）PLC（1）向高速度、大存储容量方向发展CPU处理速度nS级，内存2MB（2）向多品种方向发展和提高可靠性（超大型和超小型）（3）产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的PLC）（4）分散型、智能型、与现场总线兼容的I／0（5）加强联网和通信的能力（6）控制的开放和模块化的体系结构——OMAC（openModularArchitectureforControl）1.3PLC发展现状与趋势（6）1.4PLC主要特点（1）PLC1.编程简单易学，梯形图逻辑直观，修改简便。PLC系统：软布线——编程方式继电器控制系统：硬布线2.控制系统构成简单，通用性强。模块化结构3.抗干扰能力强，可靠性高。PLC硬件：选件精良，电路设计独特，模块结构PLC软件：预警系统WDT，自诊断系统PLC4.体积小，维护方便。5.缩短设计、施工、投产调试周期。PLC系统：硬件安装与软件设计同步实施

继电器系统：先软件设计，后硬件安装6.三级网络功能强大。设备层网络：DeviceNet控制层网络：ControllerLink信息层网络：工业Ethernet1.4PLC主要特点（2）SYSMACBUSPCLinkEthernetHostLinkCompoBus/SControllerLinkInformationNetworkControllerNetworkComponentsNetworkSNTME-NETOMRON专有的开放的SLKCompoBus/DDeviceNetProfibusPLC1.4PLC主要特点（3）1.4PLC主要特点（4）

HUB中央控制室光纤适配器CS1DControllerLink光纤冗余环网DeviceNetCS1CS1CS1S……信息层控制层设备层Ethernet100M光纤以太环网

模拟屏NTProfibus……PLCPLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广泛应用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、交通等行业。经验表明，80％以上的工业控制可以使用PLC来完成。在日本，凡8个以上中间继电器组成的控制系统都已采用PLC来取代。1.5PLC的应用（1）

目前，PLC被广泛应用在开关量控制、顺序控制及模拟量回路控制中。PLC顺序控制实例1：交通信号灯控制顺序控制实例2：霓虹灯控制

顺序控制实例3：自动门开关控制

G:/MVI_0012.AVI4：密码门控制1.5PLC的应用（2）2.电力工业3.汽车工业4.金属冶炼5.电子工业8.玻璃工业11.电梯、立体车库9.粮食，食品机械13.印刷、包装机械10.邮电7.制冷工业14.烟草加工机械15.铁路、公路隧道1.水处理16.港口、码头、机场17.陶瓷、塑钢6.化工12.啤酒、发酵18.教育、娱乐PLC1.5PLC的应用（3）

自来水：广东东莞水厂，广东南海水厂,江苏连云港自来水厂,江苏昆山水厂,南通狼山水厂,江苏武进水厂,江苏金坛水厂污水：济南污水处理厂,太原杨家堡污水厂,武汉排江工程,上海通用汽车公司污水处理厂,莲花味精厂污水处理

水处理系统历来是欧姆龙的强项。典型水处理厂采用ControllerLINK构筑了一个完整的PLC控制网络，连接多个泵站、加药站或瀑气机、沉淀池，并能通过上位机进行实时监控，实现水处理的各个环节的全自动控制。江苏淮阴水厂水处理OMRON中央监控应用实例

芬兰岛屿城市坦培雷给排水处理厂的全面自动化坦培雷是两大相连湖泊之间的岛城，位于芬兰首都赫尔辛基以北175公里。它包括周围邻近的五个市镇（例如Nokia），居住着占芬兰人口5％的居民。整个控制系统由芬兰欧姆龙电子公司总承包，采用连续控制与模糊控制相接合的控制方式。已建成总长度达1750公里的管网用于饮用水配水和污水输送，将总生物负荷汇集至25公里以外的两个污水处理厂－Rahola和Viinikalahti。覆盖郊区、跨越湖泊的污水管道以及67个泵站负责收集全部污水。所有泵站都按照集中化要求，通过无线通信和报警系统等手段进行远程监控、诊断、控制和运行。OMRONOMRONControllerLink网PLC2PLC1PLC3C200HE-CPU42NT631CPLC5PLC4触屏ControllerLink网双以太网中继器录像设备摄像机摄像机污水提升泵房初沉池细格栅间涡流沉砂池消防生活泵房总变电所接触池PLC6PLC7锅炉房中央控制室长春西郊污水处理厂控制系统图CompoBus/D网鼓风机房进水井污泥脱水间二沉池加氯间3G3FV3G3FVOMRONOMRONOMRONPLC2-2PLC2-3PLC2-4工程师站Modem光环快速以太网100M天津咸阳路污水处理厂自控系统方案操作站OS操作站OSPLC3PLC1-1ModemPLC1-3PLC1-2PLC2-5ModemControllerLink(2M)RS2公共电话网ControllerLink(2M)PLC2-15.7寸触摸屏10.4寸触摸屏多屏幕显示器多屏投影服务器Web服务器初沉泵房201－3第三分控站回流泵房106－5初沉泵房201－2初沉泵房201－1回流泵房106－4回流泵房106－3回流泵房106－2回流泵房106－1RS2PLC4CS1雨水泵房第四分控站出水泵房RS2PLC1第一分控站进水泵房沉砂池计量槽第一分变电站加药间浓缩池浓缩泵房储气罐燃烧器PLC2RS2第二分控站鼓风机房加氯间中央控制室PLC-M密云路泵站PLC-X咸阳路泵站污泥消化系统污泥干化系统电站自动化系统RS2中央控制室监控管理计算机1投影仪模拟屏10M/100M光纤转换器数传电台MODEMMCP-MRS-232长沙一污自控系统图UPS:1250VACS1厂长室化验室管理计算机监控管理计算机2中控室现场PLC1PLC2PLC3HUB局域网触摸屏数传电台MODEMRTU凤嘴泵站数传电台MODEMRTU陈家湖泵站OpticalfibreControllerlink电力工业

欧姆龙的PLC遍布大型发电机组，尤其是大型双机热备系统可无干扰地进行自动切换，保证了承担的控制任务。主要可以运用在：化水、除灰、输煤、程序控制、装卸料机等方面.OMRON哈尔滨第三电厂双机热备系统具体应用：哈尔滨第三电厂600MW机组马湾电厂2×300MW机组柳林电厂2×100MW机组滦河电厂100MW机组营口电厂2×300MW机组巴基斯坦木扎法戈300MW机组广州恒运热电厂210MW机组上海闸北电厂100MW机组石横电厂大连、德州、福州华能电厂秦山核电站秦皇岛热电厂邯郸热电厂新加坡电厂宁夏大坝电厂南京下关电厂通州电厂伊朗VAFRAGHAN.ASYABAK河南焦作电厂铁岭电厂南京扬子石化电厂欧姆龙PLC第一次全面取代DCS系统对2x35万千瓦大型发电厂各个环节（包括主控和各个辅机）进行全面控制的系统。本系统作为电力部最后一个鉴定项目，给予达到国际DCS系统先进水平的评价，并建议推广。福州华能电厂华能电厂控制系统构成图操作员站数据浏览端工程师站SCADADAPCDABSDEHOFWCDSEQCDRIVEEHCONVERTEREHCONVERTERMILLBURNERVALVEDRIVETTTYOTERUPSCMFCUP2APSUPIControllerLink网Ethernet网商用以太网

欧姆龙自80年代初就开始与中国的汽车工业密切合作，在中国汽车工业的象征──一汽，我们可以看到一辆辆红旗轿车驶下由欧姆龙机器控制的生产线。主要运用在：喷涂线、焊装线、冲压线、热处理炉控制、发动机生产线等方面。具体应用：五十铃汽车在中国的合资公司长春一汽柳州微型汽车厂双喜轮胎公司奇瑞汽车生产线OMRON汽车工业涂装线焊装线四方机车车辆厂车厢温度控制系统原采用OMRON的温度控制仪目前采用由欧姆龙为其开发研制的专用控制器，其内部采用CPM2A（40点）、MAD扩展和TS扩展，外壳采用CPM2AE模具。铁路铁道部第三勘测设计院机电一体化研究所机车车头清洗机采用CPM1A目前山东青岛、湖南长沙正在运行中铁路铁道部科学研究院通信信号研究所驼峰自动化控制系统原采用欧姆龙的C200HG，而目前改用CS1与CQM1H等新机种该系统获得1990年国家科技进步一等奖改用新机型后，系统的适应性、稳定可靠性进一步提高，目前在德州、原平、介休、迎水桥、石嘴山等站开通使用铁路济南铁路局下属兖州变电站电力控制系统采用CVM1D双机冗余系统监测铁路电力信号分别应用于济兖段和泗水段的电力控制系统两套系统于1999年和2000年正式投入运行，且至今仍正常工作铁路成都铁二院下属海泰电气工程公司现改为采用CS1机型，通过光纤ControllerLink

环网实现整套系统的通信和冗余功能铁路沿线供电系统的配电柜原采用C200HG

和NT形成单机系统铁路二郎山隧道小甸中隧道马鹿箐隧道四川绵广高速公路（分水岭隧道石翁子隧道）福宁高速公路罗宁高速公路福泉高速公路甘肃天馋高速公路高速公路隧道监控说明：本地控制器之间网络的逻辑拓扑结构为ControllerLink令牌冗余光纤环。本地控制器与外场设备的连接方式有可靠的电磁隔离和抗干扰能力，并符合相应标准。LC1左洞LC10-14右洞监控中心LC7左洞LC10-8LC2LC13LC3LC11LC12LC4LC6LC5LC10LC9左洞右洞大坪山隧道本地控制系统构成图本地控制盘本地控制盘本地控制盘本地控制盘本地控制盘本地控制盘本地控制盘本地控制盘本地控制盘本地控制盘本地控制盘本地控制盘本地控制盘本地控制盘modemmodem高速公路隧道监控具体应用：重庆钛白粉股份有限公司内蒙古、兰州、四川等地的铝厂上钢三厂、五厂，大通钢结构公司

PLC在冶金行业的应用非常广泛，从钢铁冶炼，锟压，剪切到有色金属冶炼中电解炉的控制、铸造等。重庆钛白粉股份有限公司四川和平铝业金属冶炼具体应用：四川长虹集团咸阳彩虹集团北京松下、上海永新、南京华飞、中华映管电子工业安阳玻壳咸阳彩管长虹集团VCD、空调生产线

PLC在电子工业生产线上的应用非常典型，从而有效地替代了传统的继电器，大大减少了故障率。PLC编程灵活、组合方便，从而满足了现代电子工业生产小批量，多品种化的要求，大大提高了生产线的适用性。具体应用：一冷开利长沙远大双良集团制冷工业

在制冷行业中，多家骨干企业都不约而同地选择了欧姆龙的PLC。它不仅能实现单台溴化锂机组的控制，而且还能用ControllerLink网络实现多台机组之间的数据传送，并可通过以太网进行远程监控。长沙远大操作屏及机柜一冷开利机组远大中央空调具体应用：西安筑路机械厂马鞍山钢铁公司张家港市玻璃厂洛阳玻璃集团工厂建材工业洛玻生产线

河南洛阳玻璃集团公司是我国浮法玻璃最早的主要生产基地，在国内有相当大的知名度，公司最新的流水线全部采用欧姆龙公司的设备，完成了玻璃熔浆、冷却、剪切直至搬运包装的全部工作。厂方对于整套系统给予了很高的评价。西安筑路机械厂具体应用：上海大江饲料公司梅林制罐中美天津史克公司新疆利通番茄制品公司粮食、食品机械上海大江饲料公司无论从继电器控制到PLC控制，还是从引进设备到国产配套，在大江公司技术进步过程中欧姆龙的PLC自始至终与其共同发展、共同提高。至今为止，被大规模使用的欧姆龙PLC创造了从不因为产品质量问题而更换的奇迹。具体应用：福州邮电局石家庄邮电局保定邮电局北京邮电局（中二局）承德邮电局秦皇岛邮电局邮电邮政枢纽的主要机械设备采用欧姆龙CV系列大型PLC作为主控单元，运用了集散控制的分拣、运转、包裹推挂系统。此外，增加的上位监控功能，也给系统维护带来了极大便利。整套系统运行可靠，使故障率大大降低，极大的提高了生产效率，保证了邮件的畅通无阻，带来了良好的社会和经济效益。具体应用：西子奥的斯电梯厂,沈阳东芝电梯西安斯达公司,苏州迅达宏达电梯,浙江湖州巨人电梯

电梯行业不同于其他机械行业之处，在于其对自动化产品的要求较高。控制器的运行速度将直接影响到电梯的平层速度和精度。欧姆龙的PLC产品基本指令时间仅为0.1μs，如此快捷的运行速度能够满足电梯工业提出的各种要求。电梯、立体车库西安斯达云燕立体车库西子电梯具体应用：七星集团恒安集团小松包装

印刷、包装机械包装线印刷机塑料包装袋生产线

印刷、包装机械等属于通用机械行业。而通用机械技改的主要方向就是实现自动化。作为世界顶尖的PLC制造厂商，欧姆龙尤其在中小型PLC上有显著优势，而这种优势应用到控制点数不太多的通用机械上，这就为我国的通用机械技术水平整体上一台阶提供了有力保障。烟草机械厦门卷烟厂徐州卷烟厂中科院沈阳自动化所铁道部徐州机械厂沈飞工业集团特设科NetworkI/OdatarequestmessagesI/Odataresponsemessages

可编程序控制器的结构

可编程序控制器的工作原理PLC1.6PLC的工作原理PLC1.6.1PLC结构

CP1HPLC采用整体式结构，由CPU、系统存储器、用户程序存储器、I/O单元和编程器等组成。CPUI/O接口系统程序存储器用户程序存储器现场输入/输出装置编程器SYSBUS手编程器/上位计算机按钮继电器触点行程开关接触器线圈中央处理器系统程序存储器电源部分用户程序存储器信号灯电磁阀输出部分输入部分PLC1.6.2PLC工作原理

PLC的工作原理

PLC的工作方式及流程

PLC的扫描周期

PLC的中断PLC1.PLC工作原理

PLC作为一种执行逻辑功能的工业控制装置，由CPU完成逻辑运算功能，存储器则保持逻辑功能，其工作原理参见以下等效电路图。PLC工作原理图PLC采用对整个程序循环、串行、扫描的工作方式。避免了继电器控制系统中可能出现的触点竞争和时序失配的问题

建立在计算机工作原理基础上，借助了微处理器的强大功能控制任务的完成是建立在可编程控制器硬件的支持下，通过执行反映控制要求的用户程序来实现2.PLC工作方式与流程CPU工作流程图通电后初始化I/O刷新外围设备服务①②③④⑤是检查I/O单元连接检查系统硬件和程序存储器检查是否正常？置错误标志并接通闪烁指令