模块3 PLC的认识和初步应用

模块3PLC的认识和初步应用认识PLC§3.1.1PLC的产生和发展§3.1.2PLC的定义和分类§3.1.3PLC的功能和特点§3.1.4PLC的结构与工作过程传统的生产机械自动控制装置→继电器控制系统

优点→结构简单、价格低廉、容易操作。缺点→体积庞大、生产周期长、接线复杂、故障率高、可靠性及灵活性差。应用→比较适用于工作模式固定，控制逻辑简单等工业应用场合。

§3.1.1PLC的产生和发展用户迫切需要一种先进的自动控制装置继电器控制系统先进自动控制系统

什么时间？谁提出要造PLC？

二十世纪六十年代末期，美国汽车制造工业竞争十分激烈，为了适应市场从少品种大批量生产向多品种小批量生产的转变，为了尽可能减少转变过程中控制系统的设计制造时间，减少经济成本，1968年美国通用汽车公司GM（GenerlMotors）公开招标，要求用新的控制装置取代生产线上的继电接触器控制系统。PLC的产生和发展可编程序逻辑控制器的产生

美国数字设备公司（DEC）根据这一设想，于1969年研制成功了第一台可编程序控制器。由于当时主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）。KM2SB1SB3FRQFRFUM3

~~~SB2KM1KM2KM1KM2KM1KM2KM1

继电接触器电动机正反转控制线路案例：正反转电路QFRFUM3

~~~KM1KM2M+0VM10.00.10.20.30.4…S7-200CPULNCOM00.00.10.20.3…SB1SB2SB3KM1KM2KM1KM2PLC电动机正反转控制线路I0.0Q0.0I0.1I0.2Q0.1Q0.0I0.1Q0.1I0.0I0.2Q0.0Q0.1PLC电动机正反转控制程序()()PLC从产生到现在经历了几代的发展过程？

第二代PLC（1973～1975年）：采用了8位微处理器及半导体存储器，增加了数字运算、传送、比较等功能，能实现模拟量的控制，开始具备自诊断功能，初步形成系列化。

从PLC产生到现在，已发展到第四代产品。其过程基本可分为：

第一代PLC（1969～1972年）：大多用一位机开发，用磁芯存储器存储，只具有单一的逻辑控制功能，机种单一，没有形成系列化。

第四代PLC（1983年～现在）：不仅全面使用16位、32位高性能微处理器，高性能位片式微处理器，RISC(reducedinstructionsetcomputer)精简指令系统CPU等高级CPU，而且在一台PLC中配置多个微处理器，进行多通道处理，同时生产了大量内含微处理器的智能模块，使得第四代PLC产品成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的真正名符其实的多功能控制器。

第三代PLC（1976～1983年）：随着高性能微处理器及位片式CPU在PLC中大量的使用，PLC的处理速度大大提高，从而促使它向多功能及联网通信方向发展，增加了多种特殊功能，如浮点数的运算、三角函数、表处理、脉宽调制输出等，自诊断功能及容错技术发展迅速。

由于PLC的发展，使其功能已经远远超出了逻辑控制的范围，因而用“PLC”已不能描述其多功能的特点。1980年，美国电气制造商协会(NEMA)给它起了一个新的名称，叫"programmablecontroller”，简称PC。由于PC这一缩写在我国早已成为个人计算机(personalcomputer)的代名词，为避免造成名词术语混乱，因此在我国仍沿用PLC表示可编程控制器。

正是由于PLC具有多种功能，并集三电（电控装置、电仪装置、电气传动控制装置）于一体，使得PLC在工厂中备受欢迎，用量高居首位，成为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。§3.1.2PLC的定义和分类PLC的定义

经历：可编程逻辑控制器（PLC）→可编程控制器（PC）

通用叫法：可编程序控制器（ProgrammableController，PC），是一台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，所以人们还沿用PLC作为可编程控制器的英文缩写。

国际电工委员会（IEC）对可编程控制器的定义：

“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。”PLC的分类按安装结构分模块式整体式PLC的分类

整体化紧凑型PLC：电源、CPU中央处理系统、I/O接口都集成在一个机壳内。如西门子S7-200系列。

CPU（基本单元）+扩展模块标准模块式PLC：各种模块相互独立，并安装在固定的机架（导轨）上，构成一个完整的PLC应用系统。如：西门子S7-300、S7-400系列。

PS(电源模块)CPU

IM(接口模块)SM:DISM:DOSM:AISM:AO

CP:-点-到-点-PROFIBUS-工业以太网PLC的分类按点数功能分中型机小型机大型机I/O点数：指PLC面板上连接输入和输出信号用的端子的个数。用输入点数和输出点数的和来表示。1．小型机小型PLCI/O总点数一般在256点以下，用户程序存储器容量在4KB左右。2．中型机中型PLC的I/O总点数在256～2048点之间，用户程序存储器容量达到8KB左右。3．大型机大型PLC的I/O总点数在2048点以上，用户程序存储器容量达到16KB以上。按PLC的功能分类分类主要功能应用场合低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位，及自诊断、监控等基本功能。有些还有少量模拟量I/O功能和算术运算等功能开关量控制、定时、计数控制、顺序控制等场合，有模拟量I/O功能的低档PLC应用更广中档PLC除具有上述低档机的功能外，还具有较强的模拟量I/O功能、算术运算、数据比较、数据传送，以及远程I/O通信联网等功能适用于既有开关量又有模拟量的较为复杂的控制系统，如过程控制、位置控制等高档PLC除具有一般中低档机的功能外，还具有较强的数据处理功能和模拟调节、特殊功能函数运算、监视、记录、打印等功能，以及更强的通信联网功能，能进行中断控制、智能控制、过程控制等可用于大规模的过程控制，构成分布式控制系统，形成整个工厂的自动化网络按生产厂家分类：1.日本立石（OMRON欧姆龙）公司：C系列；2.日本三菱（MITSUBISHI）公司：F、F1、F2、FX2系列；3.日本松下（PANASONIC）电工公司：FP1系列；4.美国通用电气（GE）公司：GE系列；5.美国艾论—布拉德利（A-B）公司：PLC-5系列；6.德国西门子（SIEMENS）公司：S5、S7系列。§3.1.3PLC的功能和特点PLC的功能

控制功能

逻辑控制定时控制计数控制顺序控制1.逻辑量控制

PLC最基本的应用，可用PLC取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用实例。如：机床电气控制、起重机、皮带运输机和包装机械的控制、注塑机的控制、电梯的控制、饮料灌装生产线、家用电器(电视机、冰箱、洗衣机等)自动装配线的控制、汽车、化工、造纸、轧钢自动生产线的控制等。2.模拟量控制

PLC都具有模拟量处理功能，通过模拟量I／O模块可对温度、压力、速度、流量等连续变化的模拟量进行控制，而且编程和使用都很方便。

PLC的模拟量控制功能已广泛应用于工业生产各个行业，例如自动焊机控制、锅炉运行控制、连轧机的速度和位置控制等都是典型的闭环过程控制的应用场合。3.运动控制指PLC对直线运动或圆周运动的控制，也称为位置控制。早期：PLC通过开关量I/O模块+位置传感器+执行机构。现在：使用专用的运动控制模块来完成。应用：金属切削机床、电梯、机器人等各种机械设备上，典型的如PLC和计算机数控装置(CNC)组合成一体，构成先进的数控机床。PLC的功能

数据采集、存储与处理功能数学运算功能数据处理模拟数据处理数据处理：

现代PLC都具有不同程度的数据处理功能，能够完成数学运算(函数运算、矩阵运算、逻辑运算)、数据的移位、比较、传递、数值的转换和查表等操作，对数据进行采集、分析和处理。数据处理通常用在大、中型控制系统中，如柔性制造系统、机器人的控制系统等。PLC的功能

输入/输出接口调理功能具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节。PLC的功能

通信、联网功能PROFIBUSDPPROFIBUSPA(Ex)PROFIBUSPA指PLC与PLC之间、PLC与上位计算机或其他智能设备间的通信，利用PLC和计算机的RS-232或RS-422接口、PLC的专用通信模块，用双绞线和同轴电缆或光缆将它们联成网络，可实现相互间的信息交换，构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，建立工厂的自动化网络。PLC的功能

人机界面功能PLC的功能

编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，进行编程、调试、监视、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。

STEP7ProToolMPIcable有MPI接口的PG或PC传送带生产线控制灌装及包装机械木材加工电梯控制空调控制纺织机械印刷机械PLC的特点

高可靠性丰富的I/O接口模块采用模块化结构运行速度快功能完善编程简单，易于使用系统设计、安装、调试方便维修方便，维修工作量小体积小、重量轻、能耗低、总价格低被控对象输入设备（按钮、行程开关等）输出设备（接触器、电磁阀等）继电器控制系统（由继电器和连接导线组成）PLC（由程序实现逻辑控制）PLC控制与继电器控制的比较：硬件存储器CPUI/O接口编程器电源系统程序用户程序

可编程控制器由哪几部分组成？相辅相成，缺一不可软件§3.1.4PLC的构成和工作原理可编程控制器的硬件结构PLC硬件系统组成主要包括：主机输入/输出扩展单元外部设备组成外部设备现场用户输出设备微处理器（CPU）运算器控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器I/O扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机打印机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器～110V/220V市电PLC基本单元PLC系统结构示意图PLC的主机：PLC主机存储器中央处理器CPU输入输出电路外部设备接口总线电源中央处理器（CPU）：PLC的核心接收并存储用户程序和数据；诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误；接收输入信号，送入数据寄存器并保存；运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户程序的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。PLC的硬件系统-主机系统存储器——系统程序存储器+系统数据存储器存放系统工作程序（监控程序）；存放模块化应用功能子程序；存放命令解释程序；存放功能子程序的调用管理程序；存放存储系统参数。PLC硬件系统-主机ROM：ROM中的内容只能读出，不能写入。特点：电源消失后，仍能保持存储器的内容。应用：用来存放PLC的系统程序。用户存储器——RAM/EEPROM存放用户工作程序；存放工作数据。PLC硬件系统-主机PLC说明书所列的存储器及容量是指用户程序存储器而言。RAM（读/写存储器）：用户可以读/写RAM中的内容。特点：电源中断后，存储的信息将会丢失。工作速度高、价格便宜、改写方便。在关断PLC的外部电源后，可以用锂电池保存RAM中的数据和程序。EEPROM：可以用编程装置对其进行访问，兼有ROM非易失性和RAM的随机存取优点，但是写入数据所需时间比RAM长的多。S7-200用其来存储用户程序和需要长期保存的数据。工作数据存储器：

用来存储工作数据，即用户程序中使用的ON/OFF状态、数值数据等。在数据存储区开辟有元件映像寄存器和数据表。元件映像寄存器：用来存储开关量输入/输出状态以及定时器、计数器、辅助继电器等内部器件的ON/OFF状态。数据表：用来存放各种数据，它存储用户程序执行时的某些可变参数值及A-D转换得到的数字量和数字运算的结果等。输入输出接口（I/O接口）：PLC与被控设备相连接的接口电路。用户设备需输入PLC的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关等输出的开关量，通过输入接口电路将这些信号转换成中央处理单元能够接收和处理的信号。

输出接口电路将中央处理单元送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、电机等被控设备的执行元件。PLC硬件系统-主机输入接口一种典型的输入接口电路，如下：PLC硬件系统-主机光电耦合-隔离输入接口：采用光电耦合器、滤波电路，防止强电干扰。无源式直流输入交、直流输入限流电阻发光二极管光电三极管滤波电路PLC硬件系统-主机输出接口继电器输出接口晶体管输出接口晶闸管输出接口PLC硬件系统-主机输出接口继电器输出接口PLC硬件系统-主机优点：电压范围宽、导通压降小、价格便宜、适合交直流负载。缺点：触点寿命短、触点断开时有电弧，易产生干扰、转换频率低，响应时间约为10ms。继电器输出：可带直流、也可带交流继电器实现电气隔离、功率放大输出接口晶体管输出接口PLC硬件系统-主机优点：寿命长、无噪声、可靠性高、响应速度快。缺点：价格高、过载能力差、不适合交流负载。晶体管输出：只可带直流输出接口晶闸管输出接口PLC硬件系统-主机优点：寿命长、无噪声、可靠性高、可驱动交流负载。缺点：价格高、负载能力较差。光控晶闸管消除瞬间电压波动晶闸管输出：只可带交流输出接口PLC硬件系统-主机继电器线圈及触点继电器式输出接口端子接线图输出接口PLC硬件系统-主机晶体管式输出接口端子接线图光电隔离器输出接口PLC硬件系统-主机晶闸管式输出接口端子接线图光电隔离CPU226继电器输入输出电路的接线图电源部分电源部分将交流电源转换为供PLC的CPU、存储器等电子电路工作所需的直流电源，使PLC能正常工作。目前大部分PLC采用开关电源的形式，对于外部交流电源有很宽的电压调节适应范围。有些PLC的电源部件还能向外提高直流24V电源，用于外部设备供电。良好的稳压措施PLC硬件系统-主机PLC硬件系统-主机通讯及编程接口：连接专用编程器；连接个人电脑（PC），实现编程及在线监控；连接工控机，实现编程及在线监控；连接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯；连接打印机等计算机外设。PLC硬件系统组成-I/O扩展单元I/O扩展接口——采用并行通讯方式扩展I/O模块；扩展位置控制模块；扩展通讯模块；扩展模拟量控制模块。PLC硬件系统组成-外部设备编程器：编程器是PLC的重要外围设备，使用编程器将用户编写的程序存入用户程序存储区，实现人与PLC的对话。简易编程器图形编程器外部存储器、打印机、EPROM写入器PLC手持编程器液晶显示窗工作方式开关指令键数字键编辑键通信电缆3.1.4PLC的工作原理与工作过程

可编程序控制器的工作原理P