可编程序控制器概论

可编程序控制器概论第1页，共39页，2023年，2月20日，星期三本章内容包括：l

PLC的发展、分类及应用l

基本组成及工作原理l

主要技术性能指标l

PLC的发展趋势l国内外PLC产品比较

返回本章首页第2页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.1

PLC的概述

3.1.1定义

3.1.2产生

3.1.3发展阶段

3.1.4特点和应用

3.1.5分类返回本章首页第3页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.1.1定义

可编程序逻辑控制器PLC产生于1969年，最初只具备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继电接触器控制。

现在所说的可编程序控制器PC（ProgrammableController）是1980年以来，美、日、德等国由先前的可编程序逻辑控制器PLC进一步发展而来。

1985年，国际电工委员会IEC对可编程序控制器作了如下规定：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。

返回本节第4页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.1.1定义国际电工委员会(IEC)在1987年2月对PLC做如下的定义：

“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。可编程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。”

第5页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.1.1定义总之，可编程控制器是一台计算机，它是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。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。第6页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.1.2PLC的产生1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可*性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。第7页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.1.3

PLC的发展阶段1.早期的PLC（60年代末—70年代中期）2.中期的PLC（70年代中期—80年代中，后期）3.近期的PLC（80年代中、后期至今）返回本节第8页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.1.3PLC的发展阶段早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。

第9页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.1.3PLC的发展阶段在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)。这样，使PLC的功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC的应用范围得以扩大。第10页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.1.3PLC的发展阶段进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化第11页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.1.4特点和应用1.主要特点

2.主要功能3.应用

返回本节第12页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.1.4主要特点

1.高可靠性2.丰富的I/O接口模块3.采用模块化结构4.编程简单易学5.安装简单，维修方便6.体积小，重量轻，能耗低返回本节第13页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.1.4主要功能

1.条件控制功能2.定时3.步进控制功能4.数据处理功能5.A/D与D/A转换功能6.运动控制功能7.过程控制功能8.其他功能返回本节第14页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.1.4应用领域1.开关量逻辑控制2.运动控制3.过程控制4.数据处理5.通信联网第15页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.1.5PLC的分类1．按结构形式分类（1）整体式PLC（2）模块式PLC

2.按功能分类（1）低档PLC（2）中档PLC（3）高档PLC

3.按I/O点数分类第16页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.2

PLC的基本组成2.2.1

PLC的硬件组成2.2.2

PLC的软件组成返回本章首页第17页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.2.1

PLC的硬件组成PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。图2.1为一典型PLC结构简图。图2.1结构简图第18页，共39页，2023年，2月20日，星期三1.中央处理单元

中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。

CPU的主要功能：1）从存储器中读取指令

2）执行指令3）顺序取指令4）处理中断第19页，共39页，2023年，2月20日，星期三2.存储器

1）只读存储器

2）随机存储器RAM

第20页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.输入输出单元

（1）输入接口电路

（2）输出接口电路

第21页，共39页，2023年，2月20日，星期三通常PLC的输入类型可以是直流、交流和交直流。输入电路的电源可由外部供给，有的也可由PLC内部提供。图2.2和图2.3分别为一种型号PLC的直流和交流输入接口电路的电路图，采用的是外接电源。图2.2描述了一个输入点的接口电路。其输入电路的一次电路与二次电路用光耦合器相连，当行程开关闭合时，输入电路和一次电路接通，上面的发光管用于对外显示，同时光耦合器中的发光管使三极管导通，信号进入内部电路，此输入点对应的位由0变为1。即输入映像寄存器的对应位由0变为1。第22页，共39页，2023年，2月20日，星期三图2.2直流输入电路图第23页，共39页，2023年，2月20日，星期三图2.3交流输入电路图返回本节第24页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.2.2PLC的软件组成PLC的软件包括:系统程序用户程序第25页，共39页，2023年，2月20日，星期三系统程序系统程序由PLC制造厂商设计编写的，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。第26页，共39页，2023年，2月20日，星期三用户程序PLC的用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序。在PLC的应用中，最重要的是用PLC的编程语言来编写用户程序，以实现控制目的。由于PLC是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是广大电气技术人员，为了满足他们的传统习惯和掌握能力，PLC的主要编程语言采用比计算机语言相对简单、易懂、形象的专用语言。第27页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.3PLC控制系统与电器控制系统的比较1.控制方法2.工作方式3.控制速度4.定时和计数控制5.可靠性和可维护性第28页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.4PLC的工作原理1.循环扫描PLC采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括五个阶段：内部处理、与编程器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理，其工作过程如图2.4所示。图2.4中当PLC方式开关置于RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开关置于STOP（停止）时，不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联机或离线编程。第29页，共39页，2023年，2月20日，星期三图2.4工作原理图第30页，共39页，2023年，2月20日，星期三可编程序控制器的输入处理、执行用户程序和输出处理过程的原理如图2.5所示。PLC执行的五个阶段，称为一个扫描周期，PLC完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。第31页，共39页，2023年，2月20日，星期三图2.5程序执行原理图第32页，共39页，2023年，2月20日，星期三2.与计算机的异同

相同点：（1）基本结构相同

（2）程序执行原理相同

不同点：

两者的不同点主要体现在工作方式上。第33页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.与继电接触器的异同

相同点：图形结构和逻辑关系相同。

不同点：（1）实现原理不同（2）工作方式不同返回本节第34页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.5PLC的性能指标与发展趋势3.5.1PLC的性能指标3.5.2PLC的发展趋势第35页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.5.1技术性能指标

1.外形尺寸

2.输入输出点数

3.机器字长

4.速度5.指令系统6.存储器容量7.扩展性8.通信功能

返回本章首页第36页，共39页，2023年，2月20日，星期三3.5.2PLC的发展趋势1．向高速度、大容量方向发展2．向超大型、超小型两个方向发展