PLC讲义 第一章 概述学习资料

可编程序控制器应用技术（40学时）主讲：苗敬利自动化系

安排学时课程内容讲课30学时1~4章实验8学时PLC实验台考核2学时考查课程设计两周

课程安排学习要求了解PLC的工作原理，指令和控制系统组成；能应用梯形图或语句表编程；掌握系统设计的方法，步骤Step7软件的使用和程序的调试参考书胡学林可编程序控制器教程（基础篇）电子工业出版社宋德玉可编程序控制器原理及应系统设计技术冶金工业出版社耿文学可编程序控制器应用技术手册陈立定电气控制与可编程控制器罗宇航流行PLC实用程序及设计西安电子科技大学出版社S7-200系统手册第1章可编程序控制器概论1.1定义

1.2发展

1.3特点

1.4分类

1.5应用

1.1可编程序控制器定义在PLC的发展历程中，有过几个不同的名称：可编程序矩阵控制器PMC

（ProgrammableMatrixController）可编程序顺序控制器PSC

（ProgrammableSequenceController）可编程序逻辑控制器PLC

（ProgrammableLogicController）可编程控制器的基本概念计算机技术与继电器逻辑控制概念相结合的一种新型控制器。以微处理机（CPU）为核心，用作数字控制的专用计算机。20世纪20年代继电器接触器控制优点：简单、方便、便宜接触器电动机按钮电源空气开关热继电器熔断器L1L2L3继电器接触器控制的缺点：体积大速度慢功能单一硬件接线逻辑、接线复杂通用性和灵活性较差可编程控制器的产生源于继电器逻辑电路配线复杂什么时间？谁提出要造PLC？

一、可编程控制器的简史及定义60年代继电接触控制系统接线复杂改变设计困难简单易懂价格便宜

1969年美国数字设备公司（DEC），研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。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可编程序控制器的历史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，提出了十项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。GM公司提出了十项招标指标，即：（1）编程方便，现场可修改程序；（2）维修方便，采用模块化结构；（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，能耗较低；（5）数据可直接送入管理计算机，便于监控系统运行状态；（6）成本可与继电器控制装置竞争；（7）可直接用115V交流输入；（8）输出为115V，2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等；（9）通用性强，易于扩展；（10）用户程序存储器容量可扩展到4KB。GM10条的核心要求：采用软件代替硬件接线。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）。1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为可编程序控制器（ProgrammableController），简称PC。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。

近年来PC这个名字已成为个人计算机的专称，为了加以区别，现在通常把可编程序控制器简称为PLC。1.2可编程序控制器的发展1969年美国研制出世界上第一台PLC以后，日本、德国、法国等国相继研制了各自的PLC。70年代中期，PLC进入了实用化阶段。70年代末和80年代初，PLC进入了成熟阶段。产品现已发展到第五代。其发展过程大致为：可编程序控制器的发展第一代：1969～1972年。特点是：（1）功能简单，主要是逻辑运算、定时、计数；（2）机种单一，没有形成系列；（3）与继电器控制相比，可靠性有一定提高；（4）CPU由中、小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器。典型产品有：美国MODICON公司的084；DEC公司的PDP-14，PDP-14/L；ALLEN-BRA-DLEY公司PDQ-II；日本富士电机公司的USC-4000；立石电机公司的SCY-022，北辰电机公司的HOSC-20；横河电机公司的YODIC’S。可编程序控制器的发展第二代：1973～1975年。特点是：（1）功能增加。增加了数字运算、传送、比较等功能，能完成模拟量的控制；（2）初步形成系列；（3）可靠性进一步提高,开始具备自诊断功能；（4）存储器采用EPROM。典型产品有：美国MODICON公司的184,284,384；GE公司的LOGISTROT；德国SIEMENS公司的SYMATICS3系列和S4系列；日本富士电机公司的SC系列。可编程序控制器的发展第三代：1976～1983年。特点是：（1）将微处理器及EPROM、EAROM、CMOSROM等LSI电路用在PLC中，而且向多微处理器发展，使PLC的功能和处理速度大大增强；（2）具有通信功能和远程I/O能力；（3）增加了多种特殊功能，如浮点数运算、平方、三角函数、相关数、查表、列表、脉宽调制变换等；（4）自诊断功能及容错技术发展迅速。典型产品有：美国GOULD公司的M84，484，584，684，884；德国SIEMENS公司的SYMATICS5系列；美国TI公司的PM550，TI510，520，530；日本三菱公司的MELPLAC-50，550；日本富士电机公司的MICREEX。可编程序控制器的发展第四代：1983~1999年。特点是：（1）能完成对整个车间的监控，可在CRT上显示多种多样的现场图像，CRT的画面可代替仪表盘的控制，做各种控制和管理操作，十分灵活方便。最大内存为896K，为第三代PLC的20倍左右；（2）有的采用32位微处理器（型号为NS16032），可以将多台PLC连接起来与大系统连成一体，网络资源可以共享；（3）编程语言除了传统的梯形图、流程图、语句表等以外，还有用于算术运算的BASIC语言，用于机床控制的数控语言等。典型产品有：美国GOULD公司的A5900及MODULARSYSTEMSRESEARCH公司的IAC系列；德国SIEMENS公司的S7系列。第五代：2000年到现在。特点是：（1）采用32位微处理器，速度更快（几十纳秒）；（2）开发各种智能化模块；（3）液晶显示或触摸屏。可编程序控制器的发展有200多家企业生产PLC产品美国PLC发展得最快：1984年有48家，生产150多种PLC；1987年有63家，生产243种PLC；1996年有70余家，生产近300种PLC。著名厂家有A-B（Allen-Bradley）艾伦-布拉德利公司，MODICON莫迪康公司，GE-FSNUC公司，TI（TexasInstrument）德州仪器公司，WESTHOUSEElectric西屋电气公司，IPM（InternationalParallelMachines）国际并行机器公司等。可编程序控制器的发展欧洲PLC的厂家有60余家:

西门子（Siemens）于1973年研制出第一台PLC。金钟默勒（KlocknerMoellerGmbh），AEG，法国的TE(Telemecanique）(施耐德）瑞士的Selectron公司等。可编程序控制器的发展1971年，日本从美国引进PLC技术，由日立公司研制成功日本第一台PLC。日本生产PLC的厂家有40余家：三菱电机(MITSUBISHI),欧姆龙(OMRON),富士电机（FujiElectric）,东芝（TOSHIBA）,光洋（KOYO),松下电工（MEW）,和泉（IDEC）,夏普(SHARP）,安川等公司。可编程序控制器的发展我国在70年代末和80年代初开始引进PLC：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。可编程序控制器的发展辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC；无锡电器和日本光洋合资生产的PLC;中美合资的厦门A—B公司生产的PLC；上海香岛机电公司引进技术生产的PLC;上海OMRON公司;西安Siemens公司等。台湾永宏PLC

北京合利时北京凯迪恩KDN-K3系列通用PLC上海天控智能科技有限公司

南京嘉华

无锡信捷

台湾台达

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）PLC著名品牌根据美国AutomationResearchCo.(ARC)的商情调查，在1994年PLC市场上，最大的5家PLC制造商是:SIEMENS，西门子Allen－Bradley（Rockwell），罗克维尔AEGSchneider，施耐德MITSUBISHI，三菱电机

OMRON(立石电机）（1996年中国PLC市场）速度更快、存储容量更大、可靠性更高向超小型和超大型方向发展规范化、标准化，出现通用编程语言通讯、联网能力更强，与工业控制计算机组网出现PLC品牌垄断国际市场的局面技术规模产品通讯市场可编程序控制器的发展趋势1.3特点

可靠性高

可靠性高(在软硬件上采取措施，平均无故障时间3--5万小时）功能强大（A/D,D/A,PID,联网等）通用性强（标准I/O接口）编程简单，使用方便体积小、结构紧凑、安装、维护方便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

可靠性高，抗干扰能力强

通用性强，使用方便

模块化结构，组合灵活编程简单，易学易用体积小，重量轻，能耗低

系统设计、建造工作量小，改造容易1.3特点

1.3特点主要缺点：主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的PLC互不兼容。SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在Windows平台下，结合IEC1131－3国际标准的新一代开放体系结构的PLC。1.4分类

1.从结构上可编程序控制器从结构上可分为整体式和组合式。整体式PLC：又称单元式或箱体式。整体式PLC是将电源、CPU、I／0部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用这种结构。①整体式PLC：整体式PLC的特点是结构紧凑、体积小、成本低、安装方便，但输入输出点数固定，灵活性较低，小型PLC多采用这种结构。1.4分类组合式：1）模块式PLC：将PLC各部分分成若干个单独的模块，如CPU模块、I／0模块、电源模块和各种功能模块。模块式PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型PLC采用模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构。模块式PowerinaSmallPackage!!电源模块CPU模块IO模块底板可根据需要在主板上随意组合。模块式结构PLC的结构标准模块式结构化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2）叠装式叠装式结构集整体式结构的紧凑、体积小、安装方便和组合式结构的I/O点搭配灵话、安装整齐的优点于一身。它也是由各个单元的组合构成。其特点是CPU自成独立的基本单元（由CPU和一定的I/O点组成），其它I/O模块为扩展单元。在安装时不用基板，仅用电缆进行单元间的联接，各个单元可以一个个地叠装。使系统达到配置灵活、体积小巧。叠装式结构PLC的结构2.从规模上（按I／O点数分类）I／O点数小于32为微型PLC；I／O点数在32～128为微小型PLC；I／O点数在128～256为小型PLC；I／O点数在256～1024为中型PLC；I／O点数大于1024为大型PLC；I／O点数在4000以上为超大型PLC。以上划分不包括模拟量I／0点数，且划分界限不是固定不变的。48小型机一般做成一体化机，即把电源、CPU、计数器、定时器、开关量输入、输出作成一体。中、大型机，把电源、CPU、计数器、定时器、开关量输入、输出分别作成标准模块，根据需要选配。例：SIEMENSS7系列PLC分类小型机:中型机:大型机SIMATICS7-200模块化模块化SIMATICS7-300模块化SIMATICM7-300一体化SIMATICC7-620模块化SIMATICS7-400模块化SIMATICM7-4001.5应用

开关逻辑控制

运动控制

闭环过程控制数据处理通讯及联网传送带生产线控制灌装及包装机械木材加工Andalsoforyourapplication电梯控制空调控制纺织机械SIMATICS7-200--无处不在的应用印刷机械逻辑控制定时控制计数控制顺序控制应用PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广泛应用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、交通等行业。经验表明，80％以上的工业控制可以使用PLC来完成。在日本，凡8个以上中间继电器组成的控制系统都已采用PLC来取代。应用

比如在工业方面：1）开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序等；2）模拟量控制，部分PLC或功能模块具有PID控制功能，可实现过程控制；3）监控，用PLC可构成数据采集和处理的监控系统；4）建立工业网络，为适应复杂的控制任务且节省资源，可采用单级网络或多级分布式控制系统。只有想不到，没有做不到！例一：冲压机控制程序工作指示灯带式输送机输送机传动电机工件冲压机气筒冲压工作结束加工品检测搬运结束(x1)(X1)(X3