可编程序控制器概论

5可编程序控制器概述控制电器电气控制方式（重点讲述）高压电器；低压电器自动切换；非自动切换等继电接触控制系统配电电器；控制电器单片机可编程序控制器（PLC）什么是可编程序控制器？

以微处理器为核心，把计算技术、自动控制技术及通信技术融为一体的专为工业环境而设计的工业自动控制装置。工业生产自动化四大支柱可编程序控制器计算机辅助技术和计算机辅助制造数控机床工业机器人5.1PLC的产生与发展5.1.1PLC的产生特点1.最早期电气控制方式－继电接触控制结构简单价格低廉容易操作容易维护适用场合工作模式固定控制要求简单缺点线路复杂固定接线硬接线可靠性低控制速度慢控制功能少

这些缺点是继电接触控制系统本身无法解决的，必须产生一种新的工控装置。5.1.1PLC的产生1.最早期电气控制方式－继电接触控制小型计算机实现工业控制。对环境要求高，现场输入输出与计算机不匹配，编程复杂

1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。新工业装置的特点设计周期短，更改容易接线简单，成本低结合计算机与继电接触控制系统的优点系统通用性强具体有十项指标：

(1)编程简单，可在现场修改程序；

(2)维修方便，采用模块式结构；

(3)可靠性高于继电器控制装置；

(4)体积小于继电器控制装置；

(5)成本可与继电器控制装置竞争；

(6)数据可直接送入管理计算机；

(7)输入为交流110V；

(8)输出为交流110V，容量在2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等；

(9)通用性强，能扩展；

(10)能存储用户程序，存储器容量可扩展到4KB。

具体有十项指标：

1969年，美国数字设备公司(DEC)首先研制成功世界上第一台可编程序逻辑控制器，用它代替传统的继电器控制系统，在通用汽车公司的汽车自动生产线上试用并获得极大成功。从此开创了工业自动化控制的新时代。

5.1.2PLC的发展

自从美国在1969年研制出世界上第一台可编程序逻辑控制器以后，日本在1971年从美国引进这项技术后很快研制出日本第一台可编程序控制器。原西德和法国等西欧国家在1973～1974年也研制出他们的第一台可编程序控制器。经过几十年的发展，PLC控制技术已日趋成熟，至今已发展到第五代。第一代：从第一台可编程控制器诞生到70年代初期。其特点是：CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器；

第二代：70年代初期到70年代末期。其特点是：CPU采用微处理器，存储器采用EPROM；第三代：70年代末期到80年代中期。其特点是：CPU采用8位和16位微处理器，有些还采用多微处理器结构，存储器采用EPROM、EAROM、CMOSRAM等；第四代：80年代中期到90年代中期。PC全面使用8位、16位微处理芯片的位片式芯片，处理速度也达到1us/步；第五代：90年代中期至今。PC使用16位和32位的微处理器芯片，有的已使用RISC芯片。1.早期PLC

主要用于逻辑控制，进行逻辑运算，更多体现继电接触控制系统的功能。可编程序逻辑控制器ProgrammableLogicController2.近期PLC

不但可进行逻辑运算，还可以进行数据的运算、传送及处理的功能。ProgrammableController

PersonalComputer

PLC三菱PLC外形图2006-3-313

Q系列PLCFX2N系列PLCFX1N系列PLCFX1S系列PLC西门子PLC外形图2006-3-314

S7-200系列PLCS7-300系列PLCS7-400系列PLC3.PLC著名品牌1993年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家：美国A－B公司（Allen－Bradley）德国西门子公司（Siemens）美国GE－Fanuc公司美国的莫迪康（Modicon）和法国的TE电器公司日本欧姆龙公司（OMRON）日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI）日本富士电机株式会社（FujiElectric）日本东芝公司（TOSHIBA）日本的光洋电子（KOYO）和中国的华光电子(CKE）日本松下电工株式会社（MEW）：MatsushitaElectricWorksLtd）我国在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等单位。以上诸单位都没有形成规模化生产。4.PLC定义可编程序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、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。可编程序控制器是专为在工业环境下应用而设计制造的一种面向用户的工业控制计算机，适用于工业现场的工程技术人员和电气专业维修人员。几十年来，PLC控制技术的发展相当迅速，应用领域迅速扩大，几乎覆盖了所有的工业部门。在发达的工业化国家，百分之八十以上的工业设备都采用了PLC控制。PLC已成为工业控制的标准设备，与工业机器人、计算机辅助设计和计算机辅助制造、数控机床并称为工业生产自动化的四大支柱。

单机控制多机群控整个工厂的自动化PLC网络控制系统2000年烟台通用GM汽车总装车间使用情况2000年烟台通用GM汽车总装车间使用情况5.2PLC的特点5.2.1可靠性高，抗干扰能力强6）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可*性更进一步提高。2）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。1）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。4）采用性能优良的开关电源。5）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。5.2PLC的特点5.2.2编程简单易学

编程语言梯形图助记符（语句表）顺序功能图高级语言（Basic、Fortran、C语言等）5.2.3模块品种丰富，适应性强，通用性好，功能强大1.硬件：模块式结构组成控制系统开关量控制：直流/交流I/O模块（4点、8点、16点至64点、96点等）模拟量控制：模拟量电压或电流输入/输出模块（0－5V；0-10V；4-20mA等）非电量：温控模块、位控模块等网络控制：通信模块、总线模块、以太网卡等5.2PLC的特点5.2.3模块品种丰富，适应性强，通用性好，功能强大5.2PLC的特点2.软件：程序控制内部数据区提供多种数据类型；指令丰富，功能强大5.2.4速度快继电器控制：机械触点的动作实现控制，动作速度慢PLC：CPU的速度和扫描周期5.2.5设计、安装容易，调试周期短，维护简单，工作量少

1.PLC内部软元件可取代实际继电器，减少系统所需电器的品种和数量。2.软件与硬件的工作可同时进行。3.可直接与外部设备相连，且接线简单，不需考虑器件之间的逻辑关系。4.软件编程简单。可模拟调试，减少现场工作量。5.故障率低，维修量小。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障

5.2PLC的特点电动机“正—反—停”手动控制线路KM3SB2SB1FRQSFRFUM3

~~~SB3KM2KM3KM2KM3KM2KM3KM2X0Y0X1Y1X2COMCOM1SB2SB3SB1KM2KM3KM3KM2FR负载电源正转启动反转启动停止PLC接线图

MITSUBISHI：FX系列PLC

X0X2X1Y1Y0Y0

X1X2X0Y0Y1Y1正转反转PLC梯形图CPU221CPU222CPU224CPU226CPU226XM5.2.5设计、安装容易，调试周期短，维护简单，工作量少

PLC接线图（西门子）5.2.6体积小、重量轻、功耗低

5.2.7缺点

⑴

工作速度比计算机慢，输出对输入的响应有滞后现象。⑵用PLC控制系统代替简单继电器控制系统的价格还比较高。⑶到目前为止尚未生产>2A的继电器输出模块，因此，对于>2A的大容量接触器线圈还不能直接驱动，需中间继电器转换方可。

5.2PLC的特点5.3PLC与其它工业控制装置的比较

5.3.1与继电器控制系统比较

1.控制方式继电器控制系统：硬接线

PLC：软接线2.控制速度继电器控制系统：慢

PLC：快

5.3PLC与其它工业控制装置的比较

5.3.1与继电器控制系统比较

3.延时控制继电器控制系统：时间继电器

PLC：内部定时器

4.其他控制方式继电器控制系统：开关量的逻辑控制

PLC：多种复杂控制

5.3PLC与其它工业控制装置的比较

5.3.1与继电器控制系统比较

5.设计与施工继电器控制系统：依次进行

PLC：同步进行

6.可靠性和可维护性继电器控制系统：差

PLC：高

5.3PLC与其它工业控制装置的比较

5.3.1与继电器控制系统比较

7.价格继电器控制系统：低

PLC：高

工业控制机控制要求开发人员具有较高的计算机专业知识和微机软件编程的能力。PLC采用了工厂技术人员熟悉的梯形图语言编程，易学易懂，便于推广应用。PLC是专为工业现场应用而设计的，具有更高的可靠性。在模型复杂、计算量大且较难、实时性要求较高的环境中，工业控制机则更能发挥其专长。5.3.2与微型计算机比较5.3.3与单片机比较5.4PLC的应用领域

1.PLC控制方式（1）单机控制控制器（PLC）被控对象（单条生产线；单台数控机床等）（2）集中控制控制器（PLC）被控对象被控对象被控对象（3）分散控制上位机被控对象PLC（4）远程控制PLC远程I/O本地I/O（5）就地控制主控PLC被控对象本地PLC………………管理层（以太网）上位计算机PLC主机控制层（ControllerLink）现场I/O设备层（现场总线）Profibus或DeviceNet现场设备（6）大型网络控制（7）冗余控制两台PLC控制同一系统被控对象主PLC备用PLC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。2、PC的应用领域？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