电气控制与可编程控制器(第2章)

第二章可编程控制器（PLC）概述12023/2/6一、传统控制继电器存在的优缺点二、可编程逻辑控制器的产生三、可编程逻辑控制器的特点、现状和发展22023/2/6一、传统控制继电器存在的优缺点1、结构简单、价格低廉、维修方便，

广泛应用于各类机床和机械设备中。2、可以方便地实现生产过程自动化，实现集中控制和远距离控制。3、在长期磨损和疲劳工作条件下工作，容易损坏。4、触点容易产生电弧，引起严重的后果。5、对上百个继电器的设备,其控制箱庞大而笨重。6、全负荷运载的情况下,大的继电器将产生大量的热及噪声,同时消耗了大量的电能。7、继电器控制系统必须是手工接线、安装，

如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试，从而造成巨大的经济损失。32023/2/6二、可编程逻辑控制器（PLC）的产生1968年美国通用汽车公司（GM）招标要求：利用计算机的功能和继电器控制系统的简单易懂相结合。面向控制过程、面向问题的“自然语句”进行编程，使得不熟悉计算机的人也能方便地使用。

（1）软连接代替硬接线；（2）维护方便；（3）可靠性高于继电器控制柜；（4）体积小于继电器控制柜；（5）成本低于继电器控制柜；（6）有数据通讯功能；（7）输入115V；（8）可在恶劣环境下工作；（9）扩展时，原系统变更要少；（10）用户程序存储容量可扩展到4Kb

42023/2/6二、可编程逻辑控制器（PLC）的产生核心思想： ·用程序代替硬接线

·输入/输出电平可与外部装置直接相联

·结构易于扩展52023/2/6二、可编程逻辑控制器（PLC）的产生1969年美国DEC公司研制出世界上第一台PLC（PDP-14），并在GM公司汽车生产线上应用成功。

PLC的诞生：

·1969年，美国研制出世界第一台PDP-14

·1971年，日本研制出第一台DCS-8

·1973年，德国研制出第一台PLC

·1974年，中国研制出第一台PLC62023/2/6输入电路输出电路继电器控制电路生产现场继电器控制系统结构框图输入电路输出电路可编程序控制器生产现场集中型PLC控制系统结构框图72023/2/6国际电工委员会IEC对PLC下的定义（1987年2月）

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命令，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的设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计。82023/2/6三、可编程逻辑控制器（PLC）的特点、现状和发展1、PLC是面向用户的工业控制计算机，具有许多明显的特点。(一)可靠性高，抗干扰能力强工业生产过程对控制设备的可靠性提出了很高的要求。PLC采取了一系列措施，使PLC能在恶劣的环境中可靠地工作，平均故障间隔时间(MTBF)高，故障恢复时间短。92023/2/6(1)屏蔽(2)滤波(3)隔离(4)电源调整与保护(5)元件筛选(6)模块化结构(7)自诊断功能(8)信息保护和恢复(9)双CPU冗余系统主要措施包括：由于采取了上述一系列措施，PLC的MTBF时间已达几十万小时。102023/2/6(二)编程简单，易于掌握梯形图编程与继电器逻辑电路图类似直观、清晰、修改方便、易掌握(三)组合灵活使用方便采用标准化模块结构控制系统接线简单，工作量小，使用、维护方便112023/2/6(四)功能强，通用性好具备很强的信息处理能力、输出控制能力具有智能I/O功能模块：温度、位置高速计数、高速模拟量转换、远程I/O、通信等模块具有逻辑运算、定时、计数、步进等功能可完成A/D、D/A转换、数字运算、数据处理、通信联网、生产过程监控可开关量、模拟量、单台、生产线、机群控制可现场、远距离、简单系统、复杂系统控制122023/2/6(五)开发周期短，成功率高只要正确、合理选用各种模块组成系统，采用软件控制(六)体积小、重量轻、功耗低供编程使用的软继电器（千个）状态器（千个）定时器（几百个）计数器（几百个）数据寄存器（几千个）132023/2/6(七)安装简单，维修方便采用模块结构安装时只需将相应I/O端口相连接即可构成PLC控制系统运行故障指示（灯），可方便用户了解运行情况和故障诊断142023/2/62、PLC的现状和发展（1）目前80%以上的工业行业，80%以上的设备均可使用PLC。从PLC的功能应用来看，它的应用范围大致包括以下几个方面：(一)开关量的逻辑控制 (二)模拟量控制(三)简单编程 (四)过程控制(五)数据处理 (六)通信和联网152023/2/6（2）发展史第一代：1969年~1972年，代表产品有：

·美国DEC公司的PDP-14/L

·日本立石电机公司的SCY-022

·日本北辰电机公司的HOSC-20

第二代：1973年~1975年，代表产品有：

·美国GE公司的LOGISTROT

·德国SIEMENS公司的SIMATICS3、S4系列

·日本富士电机公司的SC系列

第三代：1976~1983年，代表产品有：

·美国GOULD公司的M84、484、584、684、884

·德国SIEMENS公司的SIMATICS5系列

·日本三菱公司的MELPLAC-50、550

第四代：1983年~现在，代表产品有：

·日本三菱公司的FX系列

·德国西门子公司的S7系列162023/2/6各代PLC的特点与应用范围年份

结构特点

功能特点编程语言

应用范围

早期1969～1972分立元件或中、小规模集成电路组成运算器、控制器与I/O通道等电子电路，构成一台准计算机。并采用磁心存储器。用户存储容量2K步以上逻辑、顺序控制、定时、计数控制梯形图基本指令语句作为继电器控制装置的替代产品，控制规模小，价格昂贵，应用面不广泛

中期1973～1989采用大规模集成电路并有8位或16位微处理器构成CUP。采用高密度、低功耗CMOSROMRAM存储器，用户存储容量达8K步以上。特殊功能I/O模块基本形成系列产品增加算术运算及数据处理与数字通信、联网功能，并采用自诊断、容错技术以提高可靠性增加步进指令、顺序功能图等编程语言适用于大、中规模的开关量与模拟量控制系统和一般联网、通信监控系统。价格大幅下降，应用广泛172023/2/6年份

结构特点

功能特点编程语言

应用范围

现代1990～至今采用超大规模集成电路和先进安装技术，并采用16位或32位高速大容量微处理芯片构成CUP，并采用专用CUP系统用户存储用量可达32K步以上，各种智能型I/O功能模块不断涌现实现高速、大容量信息处理并增加复杂的数据运算与数据处理功能。具备更强的自诊断和故障处理能力，可靠性更高，通信、联网能力更强增加高级编程语言，实现编程手段、编程语言的多样化可构成大型分级联网控制系统实现图像动态监控和模拟网络资源共享，实现工厂生产管理自动化，性价比大幅提高，应用遍及工业控制各种领域并能满足各种特殊控制的需要182023/2/6（3）发展方向：

·产品规模向两极分化

·处理模拟量

·追求高可靠性

·通讯接口和智能模块

·系统操作站配高分辨率的监视器

·追求软、硬件标准化192023/2/6

（3）分类：

·按容量PLC按照输入(Input)和输出(Output)即I/O的点数多少可分为下表所示的五种类型。202023/2/6

（3）分类：

·按结构形式

整体式

模块式

·按功能

低档：I/O，算数运算，数据传输等

中档：远程I/O，子程序，通信联网等

高档：矩阵、函数运算，制表、表格处理，

更强的网络功能等212023/2/6从继电器控制系统到PLC控制系统222023/2/6232023/2/6242023/2/6252023/2/6X5X1Y0Y0SB1SB2KMKMSB1SB2KMX5Y0X1PLCCOMCOM～FUFR输出供电电源262023/2/6X0X1Y0Y0SB1SB2KM

继电器线路图与梯形图

KM272023/2/6SB1SB2PLC的I/O端口接线KMX0Y0X1PLCCOMCOM～FUFR输出供电电源282023/2/6SB1SB2KMX0Y0X1PLCCOMCOM～FUFR输出供电电源X0X0常开接通常闭断开292023/2/6X0X1Y0Y0SB1SB2KMKM302023/2/6X0X1Y0Y0SB1SB2KMKM312023/2/6X0X1Y0Y0SB1SB2KMKM322023/2/6SB1SB2KMX0Y0X1PLCCOMCOM～FUFR输出供电电源X1X1常开接通常闭断开332023/2/6X0X