plc讲义第三章 可编程序控制器概述

第三章可编程序控制器概述本章主要内容：第六节可编程序控制器的主要性能指标第五节可编程序控制器的工作原理第四节可编程序控制器的软硬件组成第三节PLC的应用与发展第二节

PLC的特点以及与继电器控制的比较第一节可编程序控制器的产生和定义第一节PLC的产生和定义一、可编程序控制器的产生1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。1969年由美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）的要求研制成功。二、可编程序控制器的定义可编程序控制器（ProgrammbleController）简称PC或PLC国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下：“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，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。一、可编程序控制器的特点1可靠性高、抗干扰能力强第二节PLC的特点以及与继电器控制的比较硬件方面：I/O接口采用采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。软件方面：采用扫描工作方式，减少了外界的干扰；设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。一、可编程序控制器的特点2编程简单、使用方便目前，各种PLC都采用梯形图语言为第一编程语言，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。许多PLC还针对具体问题，设计了各种专用编程指令及编程方法，进一步简化了编程。一、可编程序控制器的特点3功能完善、通用性强PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网以等许多功能。PLC产品的系列化、模块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成满足各种要求的控制系统。一、可编程序控制器的特点4设计安装简单、维护方便由于PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。在维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小；而且PLC具很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。5体积小、重量轻、能耗低

继电器系统

PLC系统二、PLC控制与继电器控制的比较①控制方法上：硬：软②工作方式上：

并行工作方式：串行工作方式③控制速度上：

速度慢：快

④定时和计数控制上：

精度低：高

⑤可靠性和可维护性上：可靠性低：高一、可编程序控制器的现状第三节PLC的应用与发展◆70年代初期：仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）◆70年代中期：微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能◆80年代以后：随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。一、可编程序控制器的现状◆近年来PLC发展迅速

PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，已成为自动化工程的核心设备。PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。

PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。一、可编程序控制器的现状PLC三大流派自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。各国PLC都有自己的特色。●欧洲：西门子（Siemens）；法国的TE（Telemecanique）

●美国：A-B（Allen-Bradly）、GE（GeneralElectric）

●日本：三菱电机（MitsubishiElectric）、欧姆龙（OMRON）、FUJI（日本主要发展中小型PLC，其小型机性能先进，结构紧凑，价格便宜）目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品。一、可编程序控制器的现状中国PLC市场（

2004年度）一、可编程序控制器的现状PLC品牌分布情况的原因：产品覆盖范围。排在最前的三个品牌有最丰富的产品系列，而且没有偏重，用户很容易得到恰当的产品；其他品牌如Fuji，LG则以小型和微型产品为主，GE和Schneider以中大型产品为主。虽然A－B拥有出色的技术和全面的产品系列，但是高价格使用户却步。中国市场上的历史。Siemens，Mitsubishi和Omron都是在中国市场上传统的供应商，在很多领域占了先机，相对应的是GE，Schneider（其实Modicon进入中国也比较早，但没有完整的销售和服务体系）和LG这些后来者虽然市场快速增长，但距先行者仍有一定的差距。

行业分布。某些品牌会侧重于一些行业，如Schneider更加注重电力行业，Rockwell在冶金行业表现出众。一、可编程序控制器的现状2007年度PLC市场研究报告①作为目前国内控制市场上的主流控制器，PLC市场的国内参与者却需要尴尬地面对这样一个局面，即在高达36亿的PLC市场总需求中，国产PLC不到整个市场份额1％。

②在按照I/O数量划分的市场总量中，小型PLC（256点以下）的市场巨大，占据市场总额的64％，而国产PLC的市场贡献恰恰就在小型PLC的市场中。一、可编程序控制器的现状2007年度PLC市场研究报告表明

国内PLC销售额度是56亿人民币

大型PLC销售额度12.5亿元。施耐德3.9亿元、Rockwell3.6亿元、西门子2.7亿元、GE0.9亿元、三菱0.8亿元

中型PLC销售额度13.5亿元。西门子9.2亿元、、Rockwell1.1亿元、欧姆龙1亿元、施耐德0.9亿元、GE0.7亿元、三菱0.4亿元

小型PLC销售额度17.9亿元。三菱7亿元、西门子3亿元、、欧姆龙2.5亿元、光洋0.8亿元、台达0.75亿元、松下0.6亿元、西门子PLC小型PLC(S7-200系列)西门子PLC中型PLC(S7-300系列)西门子PLC大型PLC(S7-400系列)西门子PLC超小型PLC(LOGO)三菱PLC小型PLC(FX系列)三菱PLC中型PLC(AnS系列)三菱PLC大型PLC(QnS系列)欧姆龙PLC小型PLC(CPM，CP1H系列)欧姆龙PLC中型PLC（C200，CJ1M，CQM系列)欧姆龙PLC大型PLC（CV，CS1系列)松下PLC小型PLC（FP1，FP0，FPSigma系列)松下PLC中型PLC（FP2，FP3系列)松下PLC大型PLC（FP10系列)松下PLC超小型PLC（FPe系列)AB（罗克韦尔自动化公司）PLCSLC500、AB1756、1746系列二、可编程序控制器的发展趋势1向高速度、大容量方向发展

为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。

二、可编程序控制器的发展趋势2向超大型、超小型两个方向发展

当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要，如三菱公司α系列PLC、西门子公司的LOGO系列PLC。

二、可编程序控制器的发展趋势3开发智能模块，加强联网与通信能力为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。加强PLC联网与通信的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的联网与和通信有两类：①PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；②PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。二、可编程序控制器的发展趋势4编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。三、可编程序控制器的应用领域PLC的应用通常可分为五种类型：顺序控制

运动控制闭环过程控制数据处理通信和联网PLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。（一）按I∕O点数容量分类1．小型机

2．中型机

3．大型机（二）按结构形式分1．整体式结构2．组合式结构第三节PLC的分类1．整体式结构整体式PLC组成示意图2．组合式结构组合式PLC组成示意图二、PLC的等效电路图接触器控制电动机单向旋转控制电路PLC控制系统等效电路图第四节可编程序控制器的硬件组成一、中央处理器（CPU）二、存储器 三、输入、输出接口（一）开关量输入接口电路1．直流输入接口电路直流输入接口电路2．交流输入接口电路交流输入接口电路3、交、直流输入接口电路交、直流输入接口电路（二）开关量输出接口电路1．晶体管输出接口电路晶体管输出接口电路2．晶闸管输出接口电路晶闸管输出接口电路3．继电器输出接口电路继电器输出接口电路四、编程工具四、编程工具五、通信接口六、智能单元七、电源八、扩展接口九、智能I／O接口十、其他部件第四节可编程序控制器的软件组成（三）标准程序模块及系统调用程序一、系统程序（一）系统管理程序（二）用户指令解释程序二、用户程序1.梯形图（LadderDiagram，LD）2.功能块图（FunctionBlockDiagram，FBD）3.顺序功能图（SequentialFunctionChart，SFC）4.结构化文本（StructuredText，ST）5.指令表（InstructionList，IL）五种编程语言常用的编程语言（一）梯形图（LAD）编程符号对照典型梯形图示意典型的梯形图示意图（二）指令表（STL）编程指令表编程举例a）梯形图b）指令表（三）状态流程图（功能图）编程钻孔顺序的状态流程图三、可编程序控制器的程序结构（一）用户程序（二）数据块（三）参数块第五节可编程序控制器的工作原理一、可编程序控制器的工作方式与运行框图继电接触器控制与P