plc第一講(1)

1、第一講 可編程控制器概述PLC的產(chǎn)生與發(fā)展的產(chǎn)生與發(fā)展PLC與其它工業(yè)控制裝置的比較與其它工業(yè)控制裝置的比較PLC的特點(diǎn)和應(yīng)用的特點(diǎn)和應(yīng)用教學(xué)要求1、 了解可編程序控制器的由來及其特點(diǎn)2、 熟悉PLC的應(yīng)用領(lǐng)域3、 重點(diǎn)掌握PLC發(fā)展趨勢(shì)三菱三菱PLC外形圖外形圖Q系列系列PLCFX2N系列系列PLCFX1N系列系列PLCFX1S系列系列PLC西門子西門子PLC外形圖外形圖S7-200系列系列PLCS7-300系列系列PLCS7-400系列系列PLC歐姆龍歐姆龍PLC外形圖外形圖C200H系列系列PLCCPM1A、CPM2A系列系列PLC1968年，美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司（GM）為了

2、用新的控制裝置取代繼電器控制，在公開招標(biāo)中提出了十項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo) u（1）編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序；u（2）維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；u（3）可靠性高，高于繼電器控制裝置；u（4）體積小，小于繼電器控制裝置；u（5）數(shù)據(jù)可共享，可與上位計(jì)算機(jī)通信；u（6）成本低，可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)；u（7）可直接用115V交流輸入；u（8）輸出為115V，2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等；u（9）通用性強(qiáng)，要能擴(kuò)展；u（10）用戶程序存儲(chǔ)器可擴(kuò)展到4KB。設(shè)想把計(jì)算機(jī)通用、靈活和功能完備等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制作一種通用的控制裝置1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(Digit

3、al Equipment Company,DEC)研制出第一臺(tái)可編程控制器，在GM公司的自動(dòng)裝配線上試用獲得成功。 可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子電子系統(tǒng)系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 （1985年年

4、 國(guó)際電工委員會(huì)）國(guó)際電工委員會(huì)） 1969年時(shí)被稱為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱PLC (Programmable Logic Controller)。 70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，稱其為可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC (Programmable Controller)。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī) (Personal Computer)相混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程控制器的縮寫。 可編程控制器的名稱演變可編程控制器的名稱演變PLC 的的 產(chǎn)生與發(fā)展產(chǎn)生與發(fā)展第一代：從第一臺(tái)第一代：從第一臺(tái)PLC誕生到上個(gè)世紀(jì)誕生到上個(gè)世紀(jì)70年代初。年代初。第二代：第二代： 70年代初至

5、年代初至70年代末。年代末。 CPU使用中小規(guī)模集成電路，采用磁芯存儲(chǔ)器。使用中小規(guī)模集成電路，采用磁芯存儲(chǔ)器。 CPU使用微處理器，采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器使用微處理器，采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器EPROM。 可靠性較差，略強(qiáng)于繼電器控制?？煽啃暂^差，略強(qiáng)于繼電器控制。 機(jī)種單一，沒形成系列。機(jī)種單一，沒形成系列。 有了計(jì)算機(jī)接口和模擬量控制功能。有了計(jì)算機(jī)接口和模擬量控制功能。 可靠性提高。可靠性提高。 整機(jī)功能向系列化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，并由專用向通用方向過渡。整機(jī)功能向系列化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，并由專用向通用方向過渡。 功能簡(jiǎn)單（只有計(jì)數(shù)功能簡(jiǎn)單（只有計(jì)數(shù)/定時(shí)功能）。定時(shí)功能）。 功能增強(qiáng)（增加邏輯功能增強(qiáng)（增加

6、邏輯/數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、自診斷等功能）。數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、自診斷等功能）。第三代：第三代：70年代末到年代末到80年代中期。年代中期。 CPU使用使用8或或16位微處理器甚至多微處理器，采用位微處理器甚至多微處理器，采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器EPROM、CMOSRAM等。等。 增加浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，平方、三角函數(shù)等運(yùn)算。增加浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，平方、三角函數(shù)等運(yùn)算。 增加查表、列表功能。增加查表、列表功能。 自診斷及容錯(cuò)技術(shù)提高。自診斷及容錯(cuò)技術(shù)提高。 梯形圖語言及語句表成熟。梯形圖語言及語句表成熟。 小型小型PLC體積減小、可靠性提高、成本下降。體積減小、可靠性提高、成本下降。 大型大型PLC向模塊

7、化、多功能方向發(fā)展。向模塊化、多功能方向發(fā)展。 第四代：第四代：80年代中期到年代中期到90年代中期。年代中期。第五代：第五代： 90年代中期之后。年代中期之后。 增加高速計(jì)數(shù)、中斷、增加高速計(jì)數(shù)、中斷、A/D、D/A、PID等功能。等功能。 處理速度進(jìn)一步提高（處理速度進(jìn)一步提高（1 s/步步）。）。 連網(wǎng)功能增強(qiáng)。連網(wǎng)功能增強(qiáng)。 編程語言進(jìn)一步完善，開發(fā)了編程軟件。編程語言進(jìn)一步完善，開發(fā)了編程軟件。 CPU使用使用16位或位或32位微處理器。位微處理器。 PLC的的I/O點(diǎn)增加，最多可達(dá)點(diǎn)增加，最多可達(dá)32K個(gè)個(gè)I/O點(diǎn)。點(diǎn)。 處理速度進(jìn)一步提高（處理速度進(jìn)一步提高（1ns/步步）。）。

8、 PLC都可以與計(jì)算機(jī)通信。都可以與計(jì)算機(jī)通信。 具有強(qiáng)大的數(shù)值運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、大批量數(shù)據(jù)處理的功能。具有強(qiáng)大的數(shù)值運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、大批量數(shù)據(jù)處理的功能。 開發(fā)了大量的特殊功能模塊。開發(fā)了大量的特殊功能模塊。 編程軟件功能更強(qiáng)大。編程軟件功能更強(qiáng)大。 不斷開發(fā)出功能強(qiáng)大可編程終端。不斷開發(fā)出功能強(qiáng)大可編程終端。1971年日本從美國(guó)引進(jìn)該技術(shù)，并成功研制日本的第一臺(tái)PLC；1973年西歐國(guó)家也研制出PLC；1974年我國(guó)開始研制，并于1977年研制成功。PLC及其控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)及其控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) PLC的性能的性能 對(duì)小型對(duì)小型PLC 對(duì)大中型對(duì)大中型PLC向著更大容量、更高速度、更多的

9、功能、更高的可靠向著更大容量、更高速度、更多的功能、更高的可靠性、易于連絡(luò)通信的方向發(fā)展。使之更利于對(duì)大規(guī)模、性、易于連絡(luò)通信的方向發(fā)展。使之更利于對(duì)大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)的控制。復(fù)雜系統(tǒng)的控制。 向著體積更小、速度更高、功能增強(qiáng)、價(jià)格低廉的方向著體積更小、速度更高、功能增強(qiáng)、價(jià)格低廉的方向發(fā)展。使之更利于取代繼電器控制。向發(fā)展。使之更利于取代繼電器控制。 控制系統(tǒng)將分散化控制系統(tǒng)將分散化采用多層分布系統(tǒng)采用多層分布系統(tǒng): I/O模塊將直模塊將直接安裝在現(xiàn)場(chǎng)，接安裝在現(xiàn)場(chǎng)，CPU與現(xiàn)場(chǎng)與現(xiàn)場(chǎng)I/O通過數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)控制，使系統(tǒng)控制更有效、可靠性通過數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)控制，使系統(tǒng)控制更有效、可靠性更高；更高；

10、 控制與管理功能一體化控制與管理功能一體化信息共享、信息集成信息共享、信息集成: 進(jìn)進(jìn)一步應(yīng)用計(jì)算機(jī)的信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)，使系統(tǒng)的產(chǎn)生控一步應(yīng)用計(jì)算機(jī)的信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)，使系統(tǒng)的產(chǎn)生控制功能與信息管理功能一體化。制功能與信息管理功能一體化。 PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 可靠性進(jìn)一步提高可靠性進(jìn)一步提高容錯(cuò)技術(shù)提高（硬件冗余、容錯(cuò)技術(shù)提高（硬件冗余、軟件糾錯(cuò)）軟件糾錯(cuò)）: 隨著硬件冗余技術(shù)的應(yīng)用，各種單元、甚至整個(gè)系統(tǒng)都可應(yīng)用隨著硬件冗余技術(shù)的應(yīng)用，各種單元、甚至整個(gè)系統(tǒng)都可應(yīng)用冗余技術(shù)，使系統(tǒng)具有更高的可靠性；冗余技術(shù)，使系統(tǒng)具有更

11、高的可靠性； CPU處理速度進(jìn)一步加快：處理速度進(jìn)一步加快：目前的目前的PLC的的CPU與計(jì)算機(jī)的與計(jì)算機(jī)的CPU相相比，還處在相對(duì)落后的地步，最高的也僅僅處在比，還處在相對(duì)落后的地步，最高的也僅僅處在80486一級(jí)，將來會(huì)全部使用一級(jí)，將來會(huì)全部使用64bit RISC芯片，多芯片，多CPU并行處理或分時(shí)處理或分任務(wù)處理，各種模塊智能化，部分系統(tǒng)并行處理或分時(shí)處理或分任務(wù)處理，各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門陣電路固化，這樣使控制更有效，速度可達(dá)到程序用門陣電路固化，這樣使控制更有效，速度可達(dá)到ns級(jí)。級(jí)。1. 通用性和靈活性強(qiáng)；通用性和靈活性強(qiáng)；2. 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高；抗干擾能力強(qiáng)，

12、可靠性高；3. 編程語言簡(jiǎn)單易學(xué)；編程語言簡(jiǎn)單易學(xué)；4. 與外部設(shè)備的連線簡(jiǎn)單、使用方便；與外部設(shè)備的連線簡(jiǎn)單、使用方便；5. 功能強(qiáng)、功能的擴(kuò)展能力強(qiáng)；功能強(qiáng)、功能的擴(kuò)展能力強(qiáng)；6. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試周期短；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試周期短；7. 體積小、重量輕、易于機(jī)電一體化；體積小、重量輕、易于機(jī)電一體化；8. PLC控制系統(tǒng)的故障少、維修方便?？刂葡到y(tǒng)的故障少、維修方便。可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；PLC的平均故障時(shí)間是幾十萬小時(shí)；PLC的循環(huán)掃描工作方式在很大程度上減少軟故障的發(fā)生；PLC采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施： a）光電隔離措施）光電隔離措施I/O電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)

13、的外電路與PLC內(nèi)部之間電氣隔離，從而有效地抑制了外部干擾源對(duì)PLC的影響，同時(shí)還可以防止外部高壓進(jìn)入CPU模塊。（PLC對(duì)信號(hào)的輸入有光電隔離措施，對(duì)噪聲與感應(yīng)電壓有隔離作用；另外，內(nèi)部的工作電壓為24V，抗干擾能力也很強(qiáng)。也有少數(shù)PLC內(nèi)部CPU工作電壓為5V，以23MHZ的頻率工作，對(duì)噪聲特別敏感。） b) 濾波濾波對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，可消除或抑制高頻干擾。 c) 屏蔽屏蔽配線時(shí)，信號(hào)線、電源線、動(dòng)力線分開設(shè)置，用槽或管配線，可減弱空間電磁干擾。 d) 另外還有聯(lián)鎖保護(hù)、自診斷電路等。COM+5VLEDSR3R1AR2CT 內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路濾波濾波 光電耦合光電

14、耦合 外部開關(guān)外部開關(guān) 輸入點(diǎn)輸入點(diǎn) 公共端公共端 圖1-1 直流輸入電路01001000020000001001010020000101002010020000201001SB300000 0100100001 0100200002COM COMSB1 220VSB2DC24VKM1KM2PLCKHKM1KM2正轉(zhuǎn)啟動(dòng)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)停車按鈕停車按鈕正轉(zhuǎn)接觸器正轉(zhuǎn)接觸器 反轉(zhuǎn)接觸器反轉(zhuǎn)接觸器 觸 點(diǎn) 互觸 點(diǎn) 互鎖鎖 觸點(diǎn)互鎖觸點(diǎn)互鎖 聯(lián)鎖保護(hù)指在聯(lián)鎖保護(hù)指在PLC輸出控制馬達(dá)正反轉(zhuǎn)，考慮到有可能因輸出控制馬達(dá)正反轉(zhuǎn)，考慮到有可能因PLC的內(nèi)部異常的內(nèi)部異常動(dòng)作而發(fā)生故障，導(dǎo)致設(shè)備損

15、壞，要求在動(dòng)作而發(fā)生故障，導(dǎo)致設(shè)備損壞，要求在PLC內(nèi)部設(shè)置一個(gè)聯(lián)鎖電路。內(nèi)部設(shè)置一個(gè)聯(lián)鎖電路。圖1-2 正反轉(zhuǎn)控制的程序設(shè)計(jì)(為確保運(yùn)行可靠,要采取軟、硬件兩種互鎖措施) 編程控制器運(yùn)行演示編程控制器運(yùn)行演示 展示板展示板 PLC，時(shí)間繼電器，繼電器，直流電源，兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，按鈕，若干導(dǎo)線。演示操作演示操作 可編程控制器控制電動(dòng)機(jī)的順序啟動(dòng)可編程控制器控制電動(dòng)機(jī)的順序啟動(dòng) 方式一：按下啟動(dòng)按鈕，由可編程控制器控制電動(dòng)機(jī)M1，M2先后啟動(dòng)運(yùn)行，按下停止按鈕，兩個(gè)電動(dòng)機(jī)停止工作。 方式二：按下啟動(dòng)按鈕，由可編程控制器控制電動(dòng)機(jī)M2，M1先后啟動(dòng)運(yùn)行，按下停止按鈕，兩個(gè)電動(dòng)機(jī)停止工作。 原理圖主

16、電路原理圖 PLC控制原理圖原理圖 傳統(tǒng)的繼電接觸控制原理圖 開關(guān)量的邏輯控制-開關(guān)量的邏輯控制使PC的最基本控制功能。目前，PC首用的目標(biāo)，就是用于開關(guān)量的控制。四、四、PC的主要應(yīng)用領(lǐng)域？的主要應(yīng)用領(lǐng)域？ 模擬量的閉環(huán)控制-PC具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換及算術(shù)運(yùn)算等功能，因此可以實(shí)現(xiàn)模擬量控制。 數(shù)字量的智能控制-利用PC能接受和輸出高速脈沖的功能，在配備了相應(yīng)的傳感器（如旋轉(zhuǎn)編碼器）或脈沖伺服裝置（如環(huán)型分配器、功放、步進(jìn)電機(jī)）就能實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的智能控制。 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控-利用PC自檢信號(hào)多的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自診斷的式的監(jiān)控，減少系統(tǒng)的故障，提高累計(jì)平均無故障運(yùn)行時(shí)間，同時(shí)可減低故障修復(fù)時(shí)間，提高系統(tǒng)

17、的可靠性。 通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制-利用PC的強(qiáng)大的通信聯(lián)網(wǎng)功能，把PC分布到控制現(xiàn)場(chǎng)，并實(shí)現(xiàn)各站間的通信，上、下層間的通信，達(dá)到分散控制、集中管理，即構(gòu)成了現(xiàn)在的PCS系統(tǒng)。PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比較與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比較 比較項(xiàng)目比較項(xiàng)目可編程控制器可編程控制器工控機(jī)工控機(jī)應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍工業(yè)控制科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)通信等使用環(huán)境使用環(huán)境工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)具有一定的溫度和濕度的機(jī)房輸入輸入/輸出輸出控制強(qiáng)電設(shè)備，需光電隔離與主機(jī)采用弱點(diǎn)聯(lián)系，不需光電隔離程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)一般為梯形圖程序或語句表，易于學(xué)習(xí)和掌握程序語言豐富，包括匯編、BASIC、Fortrain、C、C+等系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能自診斷

18、、監(jiān)控等配有功能強(qiáng)大的操作系統(tǒng)工作方式工作方式循環(huán)掃描方式及中斷方式中斷方式PLC與繼電器相比較與繼電器相比較 比較項(xiàng)目比較項(xiàng)目繼電器控制繼電器控制可編程控制器控制可編程控制器控制控制邏輯控制邏輯硬接線較多，體積大，接線復(fù)雜、維修困難存儲(chǔ)邏輯，體積小，控制靈活、易于擴(kuò)展控制速度控制速度通過觸點(diǎn)開閉實(shí)現(xiàn)控制作用動(dòng)作速度為幾十毫秒(一般繼電器從關(guān)到開約15ms，從開到關(guān)約15ms)，會(huì)產(chǎn)生觸點(diǎn)抖動(dòng)由半導(dǎo)體電路實(shí)現(xiàn)控制作用，每條指令執(zhí)行時(shí)間在微秒級(jí)（一般為5us），不會(huì)產(chǎn)生觸點(diǎn)抖動(dòng)限時(shí)控制限時(shí)控制由時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)，精度差，受環(huán)境溫度的影響用半導(dǎo)體集成電路實(shí)現(xiàn)，精度高，時(shí)間設(shè)置方便，不受環(huán)境溫度影響設(shè)

19、計(jì)與施工設(shè)計(jì)與施工設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試必須按順序進(jìn)行，周期長(zhǎng)、修改困難在系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，現(xiàn)場(chǎng)施工和程序設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行，周期短，調(diào)試修改方便可靠性與可可靠性與可維護(hù)性維護(hù)性有觸點(diǎn)系統(tǒng)，壽命短，可靠性和可維護(hù)性差無觸點(diǎn)系統(tǒng)，壽命長(zhǎng)，可靠性高，有自診斷功能，易于維護(hù)價(jià)格價(jià)格使用機(jī)械開關(guān)、繼電器、接觸器等價(jià)格便宜使用中大規(guī)模集成電路，借個(gè)較貴 物理繼電器物理繼電器 PLCPLC繼電器繼電器常開常開常閉常閉 觸觸 點(diǎn)點(diǎn)線線 圈圈物理繼電器物理繼電器繼電器需硬接線連接繼電器需硬接線連接觸點(diǎn)個(gè)數(shù)有限觸點(diǎn)個(gè)數(shù)有限PLCPLC繼電器繼電器繼電器用程序軟連接繼電器用程序軟連接觸點(diǎn)個(gè)數(shù)無限觸點(diǎn)個(gè)數(shù)無限繼電器的接線改變繼電器的接線改變控制功能改變控制功能改變PLCPLC的用戶程序改變的用戶程序改變 控制功能改變控制功能改變000000100001000PLC控制控制00001SB2KMKM繼電器繼電器 控控 制制SB1線圈線圈線圈線圈常開常開觸點(diǎn)觸點(diǎn)常 開 觸常 開 觸點(diǎn)點(diǎn)常閉常閉觸點(diǎn)觸點(diǎn)常 閉 觸常 閉 觸點(diǎn)點(diǎn)圖1-3 PLC控制與繼電器控制兩種控制的梯形圖比較 可編程控制器