可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章 概述課件

可編程序控制器原理及應(yīng)用

可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述第1章概述1.1可編程序控制器的由來1.2可編程序控制器的定義、分類及特點1.3可編程序控制器的功能和應(yīng)用1.4可編程序控制器與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較1.5可編程序控制器的發(fā)展趨勢思考與練習(xí)題可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述1.1可編程序控制器的由來

在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是以繼電器控制占主導(dǎo)地位的。這種由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)有著明顯的缺點：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度不高，尤其是對生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性更差，一旦生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計，并改變硬件結(jié)構(gòu)，這造成了時間和資金的嚴(yán)重浪費。

1968年，美國通用汽車公司(GM公司)為了在每次汽車改型或改變工藝流程時不改動原有繼電器柜內(nèi)的接線，以便降低生產(chǎn)成本，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，而提出了研制新型邏輯順序控制裝置，并提出了該裝置的研制指標(biāo)要求，即10項招標(biāo)技術(shù)指標(biāo)。其主要內(nèi)容如下：可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述(1)在使用者的工廠里，能以最短的中斷服務(wù)時間，迅速方便地對其控制的硬件和設(shè)備進行編程，并重新進行程序設(shè)計。

(2)所有系統(tǒng)單元必須能在工廠內(nèi)無特殊支持的設(shè)備、硬件及環(huán)境條件下運行。

(3)系統(tǒng)的維修必須簡單易行。在系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)計有狀態(tài)指示器和插入式模塊，以便在最短的停車時間內(nèi)使維修和故障診斷變得簡單易行。

(4)裝置的體積應(yīng)小于原有繼電器控制柜的體積，它的能耗也應(yīng)比較少?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述(5)必須能與中央數(shù)據(jù)收集處理系統(tǒng)進行通信，以便監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)和運行情況。

(6)輸入開關(guān)量可以是已有的標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)的按鈕和限位開關(guān)的交流115V電壓信號。

(7)輸出的驅(qū)動信號必須能驅(qū)動以交流運行的電動機啟動器和電磁閥線圈，每個輸出量將設(shè)計為可開停和連續(xù)操縱具有115V、2A以下容量的電磁閥等負(fù)載設(shè)備。

(8)具有靈活的擴展能力。在擴展時必須能以系統(tǒng)最小的變動及最短的更換和停機時間，使原有裝置從系統(tǒng)的最小配置擴展到系統(tǒng)的最大配置。可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述(9)在購買和安裝費用上，應(yīng)有與原有繼電器控制和固態(tài)邏輯控制系統(tǒng)的競爭力，即具有較高的性能價格比。

(10)用戶存儲器容量至少在4KB以上(根據(jù)當(dāng)時的汽車裝配過程的要求提出)?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述

從上述10項指標(biāo)可以看出，它實際上就是當(dāng)今可編程序控制器最基本的功能。將它們歸納一下，其核心為以下四點：

(1)用計算機代替繼電器控制盤。

(2)用程序代替硬件接線。

(3)輸入/輸出電平可與外部裝置直接連接。

(4)結(jié)構(gòu)易于擴展。可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述

1.可編程序控制器(PLC)發(fā)展的幾個階段可編程序控制器的發(fā)展與計算機技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。這些高新技術(shù)的發(fā)展推動了可編程序控制器的發(fā)展，而可編程序控制器的發(fā)展又對這些高新技術(shù)提出了更高、更新的要求，促進了它們的發(fā)展。從控制功能來分，可編程序控制器的發(fā)展經(jīng)歷了下列四個階段：第一階段，從第一臺可編程序控制器問世到20世紀(jì)70年代中期，是可編程序控制器的初創(chuàng)階段。這一階段的產(chǎn)品主要用于邏輯運算和定時、計數(shù)，它的CPU由中小規(guī)模的數(shù)字集成電路組成，它的控制功能比較簡單。這一階段的典型產(chǎn)品有MODICON公司的084、ALLEN-BRADLEY(AB)公司的PDQII、DEC的PDP-14、日立公司的SCY-022等?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述

第二階段，從20世紀(jì)70年代中期到末期，是可編程序控制器的擴展階段。這一階段產(chǎn)品的主要控制功能得到了較大的發(fā)展。它的發(fā)展主要來自兩方面，一是從可編程序控制器發(fā)展而來的控制器，它的主要功能是邏輯運算，同時擴展了其他運算功能；二是從模擬儀表發(fā)展而來的控制器，其主要功能是模擬運算，同時擴展了邏輯運算功能。這一階段的產(chǎn)品有MODICON公司的184、284、384，西門子公司的SYMATICS3系列，富士電機公司的SC系列等。可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述

第三階段，從20世紀(jì)70年代末期到80年代中期，是PLC通信功能的實現(xiàn)階段。與計算機通信的發(fā)展相聯(lián)系，PLC也在通信方面有了很大的發(fā)展，初步形成了分布式的通信網(wǎng)絡(luò)體系，但是，由于制造企業(yè)各自為政，通信系統(tǒng)自成系統(tǒng)，因此，各產(chǎn)品互相通信是較困難的。在該階段，由于生產(chǎn)過程控制的需要，對PLC的需求大大增加，產(chǎn)品的功能也得到了發(fā)展，數(shù)學(xué)運算的功能得到了較大的擴充，產(chǎn)品的可靠性進一步提高。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的SYMATICS6系列、富士電機公司的MI-CREX和德州儀器公司的TI530等?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述

第四階段，從20世紀(jì)80年代中期開始，是PLC的開放階段。由于開放系統(tǒng)的提出，使PLC也得到了較大的發(fā)展。主要表現(xiàn)為通信系統(tǒng)的開放，使各制造企業(yè)的產(chǎn)品可以互相通信，通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化使用戶得到了好處。在這一階段，產(chǎn)品的規(guī)模增大，功能不斷完善，大中型產(chǎn)品多數(shù)有CRT屏幕的顯示功能，產(chǎn)品的擴展也因通信功能的改善而變得方便，此外，還采用了標(biāo)準(zhǔn)的軟件系統(tǒng)，增加了高級編程語言等。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的SYMATICS5和S7系列、AB公司的PLC-5等?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述

2.我國PLC的發(fā)展

1974年我國開始仿制美國的第二代PLC產(chǎn)品，但因元器件質(zhì)量和技術(shù)問題等原因未能推廣。直到1977年，我國才研制出第一臺具有實用價值的PLC，并開始批量生產(chǎn)和應(yīng)用于工業(yè)過程的控制。由于使用單片1位處理器，因此，應(yīng)用的規(guī)模較小，主要的控制方式是開關(guān)量控制?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述

隨著我國改革開放政策的貫徹和落實，從1982年開始，先后有天津、廈門、無錫、大連、上海、北京等地的儀表廠、無線電廠和研究所等單位與美國、德國、日本等PLC的制造企業(yè)進行了合資或引進技術(shù)、生產(chǎn)流水線等，使我國PLC的應(yīng)用有了較大的發(fā)展。一些大中型的工程項目采用PLC以后，取得了明顯的經(jīng)濟效益，也反過來促進了PLC的發(fā)展。這一階段的主要特點是以產(chǎn)品的引進、技術(shù)的消化、應(yīng)用的普及為目標(biāo)。應(yīng)用的產(chǎn)品以8位處理器為主，應(yīng)用的規(guī)模在1000點以下。可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述

近年來，為了促進我國PLC的發(fā)展，相關(guān)部門組織進行了工業(yè)控制計算機機型的優(yōu)選工作。參照國際上IEC的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，評選出了若干個首選的我國PLC產(chǎn)品。這些產(chǎn)品在硬件和軟件上與國外的產(chǎn)品兼容，從而為這些產(chǎn)品的應(yīng)用提供了廣闊的前景。另外，由于各級領(lǐng)導(dǎo)的重視，以及人們對科學(xué)是生產(chǎn)力的認(rèn)識不斷深化，我國PLC的應(yīng)用也取得了可喜的成果。在機電、冶金、輕工、紡織、化工、醫(yī)藥、交通等行業(yè)的成功應(yīng)用經(jīng)驗表明，PLC是大有發(fā)展前途的工業(yè)控制裝置，它與監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SupervisoryControlandDataAcquisition，SCADA)和集散控制系統(tǒng)(DistributionControlSystem，DCS)相互集成、相互補充、綜合應(yīng)用，將對我國的工業(yè)過程控制領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的影響?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述

3.PLC發(fā)展的特征

PLC的發(fā)展與其他高新技術(shù)的發(fā)展是分不開的。PLC發(fā)展的特征表現(xiàn)在下列幾方面：

(1)功能的發(fā)展。PLC從簡單的邏輯運算功能，發(fā)展到數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)運算，直到通信功能，功能的不斷發(fā)展使PLC能適應(yīng)各種工業(yè)生產(chǎn)過程控制的要求，從而在工業(yè)生產(chǎn)過程控制領(lǐng)域中成為主流產(chǎn)品之一。功能的發(fā)展與PLC在硬件上的更新發(fā)展有關(guān)，PLC從1位處理器發(fā)展到8位，直到16位、32位，存儲容量也有相應(yīng)的擴展，適應(yīng)了過程控制的需求。通信功能的自成封閉到系統(tǒng)的開放是產(chǎn)品走向世界的基礎(chǔ)。因此，從PLC的發(fā)展可以看到，國產(chǎn)PLC要占領(lǐng)市場，必須不斷發(fā)展，適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)過程控制的需求，正如前述的PLC10項招標(biāo)技術(shù)指標(biāo)中所要求的——要能適應(yīng)發(fā)展的需求?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述(2)適應(yīng)控制要求。PLC的發(fā)展適應(yīng)了工業(yè)生產(chǎn)過程控制的要求。在初創(chuàng)期，產(chǎn)品的目標(biāo)是按10項招標(biāo)技術(shù)指標(biāo)開發(fā)的。隨著控制要求的提高，對控制的精度和功能的要求也有了提高，采用簡單的邏輯運算已不能滿足過程控制的要求，從而開發(fā)了運算功能較強的數(shù)字運算等功能。隨著對運算速度的要求提高，對處理器的運算速度和存儲器容量也提出了更高的要求，推動了計算機技術(shù)的發(fā)展，同時又得益于計算機技術(shù)的發(fā)展，使PLC上了一個臺階。它的發(fā)展是高新科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，同時，也推動了其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述(3)適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的要求。計算機是一種通用的數(shù)字電子設(shè)備。為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的要求，尤其是惡劣工業(yè)環(huán)境的要求，對通用的計算機必須進行更可靠的設(shè)計。美國電氣制造商協(xié)會(NationalElectricManufacturerAssociation,NEMA)提出了對設(shè)備環(huán)境的一些標(biāo)準(zhǔn)，即NEMA標(biāo)準(zhǔn)。PLC與通用計算機的一個重要的區(qū)別就是PLC能應(yīng)用在惡劣的工業(yè)環(huán)境中。也正是由于它的環(huán)境適應(yīng)性強，使得它在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述1.2可編程序控制器的定義、分類及特點1.2.1可編程序控制器的定義由于PLC在不斷發(fā)展，因此，對它進行確切的定義是比較困難的。美國電氣制造商協(xié)會(NEMA)經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1980年正式將可編程序控制器命名為PC(ProgrammableController)，并給PC作了如下定義：

PC是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體來存儲指令，用以執(zhí)行諸如邏輯、順序、定時、計數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模件來控制各種機械或工作程序。一部數(shù)字電子計算機若是用來執(zhí)行PC的功能，亦被視同為PC，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述1982年，國際電工委員會(InternationalElectricalCommittee，IEC)頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案，1985年提交了第2版，并在1987年的第3版中對PLC作了如下的定義：PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的進行數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體和易于擴展其功能的原則而設(shè)計。上述的定義表明，PLC是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微處理器為基礎(chǔ)，結(jié)合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)，用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”編程的一種簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述1.2.2可編程序控制器的分類

1.按硬件的結(jié)構(gòu)類型分類可編程序控制器發(fā)展很快，目前，全世界有幾百家工廠正在生產(chǎn)幾千種不同型號的PLC。為了便于在工業(yè)現(xiàn)場安裝，便于擴展，方便接線，其結(jié)構(gòu)與普通計算機有很大區(qū)別。通常從組成結(jié)構(gòu)形式上將這些PLC分為兩類：一類是一體化整體式PLC，另一類是結(jié)構(gòu)化模塊式PLC?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述1)整體式結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上看，早期的可編程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及與編程器或EPROM寫入器相連的接口、輸入/輸出端子、電源、指示燈等都裝配在一起的整體裝置。一個箱體就是一個完整的PLC。它的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，成本低，安裝方便，缺點是輸入/輸出點數(shù)是固定的，不一定能適合具體的控制現(xiàn)場的需要。這類產(chǎn)品有OMRON公司的C20P、C40P、C60P，三菱公司的Fl系列，東芝公司的EX20/40系列等?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述2)模塊式結(jié)構(gòu)模塊式結(jié)構(gòu)又叫積木式。這種結(jié)構(gòu)形式的特點是把PLC的每個工作單元都制成獨立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、通信模塊等。另外，機器上有一塊帶有插槽的母板，實質(zhì)上就是計算機總線。把這些模塊按控制系統(tǒng)需要選取后，都插到母板上，就構(gòu)成了一個完整的PLC。這種結(jié)構(gòu)的PLC的特點是系統(tǒng)構(gòu)成非常靈活，安裝、擴展、維修都很方便，缺點是體積比較大。常見產(chǎn)品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西門子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述

2.按應(yīng)用規(guī)模及功能分類為了適應(yīng)不同工業(yè)生產(chǎn)過程的應(yīng)用要求，可編程序控制器能夠處理的輸入/輸出信號數(shù)是不一樣的。一般將一路信號叫做一個點，將輸入點數(shù)和輸出點數(shù)的總和稱為機器的點。按照點數(shù)的多少，可將PLC分為超小(微)、小、中、大、超大等五種類型。

(1)超小型PLC：I/O點數(shù)小于64點，內(nèi)存容量為256B～1KB。

(2)小型PLC：I/O點數(shù)為65～128點，內(nèi)存容量為1～3.6KB。小型及超小型PLC在結(jié)構(gòu)上一般是一體化整體式的，主要用于中等容量的開關(guān)量控制，具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制、通信等功能?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述(3)中型PLC：I/O點數(shù)范圍為129～512點，內(nèi)存容量為3.6～13KB。中型PLC除具有小型、超小型PLC的功能外，還增加了數(shù)據(jù)處理能力，適用于小規(guī)模的綜合控制系統(tǒng)。

(4)大型PLC：I/O點數(shù)范圍為513～896點，內(nèi)存容量為13KB以上。

(5)超大型PLC：I/O點數(shù)為896點以上，內(nèi)存容量為13KB以上。上述劃分方式并不十分嚴(yán)格，也不是一成不變的。隨著PLC的不斷發(fā)展，劃分標(biāo)準(zhǔn)已有過多次的修改。可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述

可編程序控制器還可以按功能分為低檔機、中檔機和高檔機。低檔機以邏輯運算為主，具有定時、計數(shù)、移位等功能。中檔機一般有整數(shù)及浮點運算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、PID調(diào)節(jié)、中斷控制及聯(lián)網(wǎng)功能，可用于復(fù)雜的邏輯運算及閉環(huán)控制場合。高檔機具有更強的數(shù)字處理能力，可進行矩陣運算、函數(shù)運算，完成數(shù)據(jù)管理工作，有更強的通信能力，可以和其他計算機構(gòu)成分布式生產(chǎn)過程綜合控制管理系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鞯陌垂δ軇澐旨鞍袋c數(shù)規(guī)模劃分是有一定聯(lián)系的。一般來說，大型機、超大型機都是高檔機。機型和機器的結(jié)構(gòu)形式及內(nèi)部存儲器的容量一般也有一定的聯(lián)系，大型機一般都是模塊式機，都有很大的內(nèi)存容量?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述1.2.3可編程序控制器的特點

PLC能如此迅速發(fā)展的原因，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，還有許多獨特的優(yōu)點。它較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。其主要特點如下：

1.編程方法簡單易學(xué)梯形圖是可編程序控制器使用最多的編程語言，其電路符號和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似。梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。梯形圖語言實際上是一種面向用戶的高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖程序時，應(yīng)先用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言后再去執(zhí)行。可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述

2.功能強，性能價格比高一臺小型可編程序控制器內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，它具有很高的性能價格比?？删幊绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制與集中管理?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述

3.硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鞯陌惭b接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線?？删幊绦蚩刂破饔休^強的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述

4.可靠性高，抗干擾能力強傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。可編程序控制器用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10～1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少?？删幊绦蚩刂破鞑扇×艘幌盗杏布蛙浖垢蓴_措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達(dá)到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場?？删幊绦蚩刂破饕驯粡V大用戶公認(rèn)為是最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述

5.系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。可編程序控制器的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計法。這種編程方法很有規(guī)律，容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計時間比繼電器系統(tǒng)電路圖的設(shè)計時間要少得多。可編程序控制器的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過可編程序控制器上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)要少得多。可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述

6.維修工作量小，維修方便可編程序控制器的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能?？删幊绦蚩刂破骰蛲獠康妮斎胙b置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)可編程序控制器上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速地查明產(chǎn)生故障的原因，用更換模塊的方法迅速地排除故障。可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述

7.體積小，能耗低對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用可編程序控制器后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型可編程序控制器的體積僅相當(dāng)于幾個繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/2～1/10。可編程序控制器的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時，加上開關(guān)柜體積的縮小，可以節(jié)省大量的費用。可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述1.3可編程序控制器的功能和應(yīng)用

1.開關(guān)邏輯和順序控制這是PLC應(yīng)用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關(guān)邏輯運算和進行順序邏輯控制，從而可以實現(xiàn)各種簡單或十分復(fù)雜的控制要求?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述

2.模擬控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中，許多連續(xù)變化的需要進行控制的物理量，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。為了實現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域?qū)δM量控制的廣泛要求，目前大部分PLC產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能。特別是當(dāng)系統(tǒng)中模擬量控制點數(shù)不多，同時混有較多的開關(guān)量時，PLC具有其他控制裝置所無法比擬的優(yōu)勢。另外，某些PLC產(chǎn)品還提供了典型控制策略模塊，如PID模塊，從而可實現(xiàn)對系統(tǒng)的PID等反饋或其他模擬量的控制運算?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述

3.定時控制

PLC具有很強的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個定時器與計數(shù)器。對于定時器，其定時間隔可以由用戶加以設(shè)定。對于計數(shù)器，如果需要對頻率較高的信號進行計數(shù)，則可以選擇高速計數(shù)器。

4.數(shù)據(jù)處理新型PLC都具有數(shù)據(jù)處理的能力，它不僅能進行算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送，而且還能進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等功能，有些PLC還可以進行浮點運算和函數(shù)運算?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述

5.信號聯(lián)鎖系統(tǒng)

信號聯(lián)鎖是安全生產(chǎn)所必需的。在信號聯(lián)鎖系統(tǒng)中，采用高可靠性的PLC是安全生產(chǎn)的要求。對安全要求高的系統(tǒng)還可采用多重的檢出元件和聯(lián)鎖系統(tǒng)，而對其中的邏輯運算等，可采用冗余的PLC實現(xiàn)。

6.通信聯(lián)網(wǎng)把PLC作為下位機，與上位機或同級的可編程序控制器進行通信，可完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的信息控制和管理，因此PLC是實現(xiàn)工廠自動化的理想工業(yè)控制器?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述1.4可編程序控制器與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較

1.PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)被PLC所取代已是必然趨勢。繼電器控制柜是針對一定的生產(chǎn)機械、固定的生產(chǎn)工藝設(shè)計的，采用硬接線方式裝配而成，只能完成既定的邏輯控制、定時、計數(shù)等功能，一旦生產(chǎn)工藝過程改變，則控制柜必須重新設(shè)計、重新配線。而PLC由于應(yīng)用了微電子技術(shù)和計算機技術(shù)，各種控制功能都是通過軟件來實現(xiàn)的，因此只要改變程序并改動少量的接線端子，就可適應(yīng)生產(chǎn)工藝的改變。從適應(yīng)性、可靠性、方便性及設(shè)計、安裝、維護等各方面進行比較，PLC都有顯著的優(yōu)勢。因此在用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的過程中，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)大多數(shù)將被PLC所取代?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述

2.PLC與工業(yè)控制計算機的比較工業(yè)控制計算機是通用微型計算機適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)控制要求發(fā)展起來的一種控制設(shè)備。硬件結(jié)構(gòu)方面總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高、兼容性強，并且軟件資源豐富，特別是有實時操作系統(tǒng)的支持，故對要求快速、實時性強、模型復(fù)雜、計算工作量大的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但是，使用工業(yè)控制機控制生產(chǎn)工藝過程，要求開發(fā)人員具有較高的計算機專業(yè)知識和微機軟件編程的能力。

PLC最初是針對工業(yè)順序控制應(yīng)用發(fā)展而來的，硬件結(jié)構(gòu)專用性強，通用性差，很多優(yōu)秀的微機軟件也不能直接使用，必須經(jīng)過二次開發(fā)。但是，PLC采用了工廠技術(shù)人員熟悉的梯形圖語言編程，易學(xué)易懂，便于推廣應(yīng)用?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述

從可靠性方面看，PLC是專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計的，結(jié)構(gòu)上采用整體密封或插件組合型，并采取了一系列抗干擾措施，具有很高的可靠性。而工控機雖然也能夠在惡劣的工業(yè)環(huán)境下可靠運行，但畢竟是由通用機發(fā)展而來的，在整體結(jié)構(gòu)上要完全適應(yīng)現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境，還要做不少工作。另一方面，PLC用戶程序是在PLC監(jiān)控程序的基礎(chǔ)上運行的，軟件方面的抗干擾措施在監(jiān)控程序里已經(jīng)考慮得很周全，而工控機用戶程序則必須考慮抗干擾問題，一般的編程人員很難考慮周全。這也是工控機應(yīng)用系統(tǒng)比PLC應(yīng)用系統(tǒng)可靠性低的原因。盡管現(xiàn)代PLC在模擬量信號處理、數(shù)值運算、實時控制等方面有了很大提高，但在模型復(fù)雜、計算量大且較難、實時性要求較高的環(huán)境中，工業(yè)控制機則更能發(fā)揮其專長?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述

3.PLC與集散控制系統(tǒng)的比較集散控制系統(tǒng)又稱分散控制系統(tǒng)，它是專門為工業(yè)過程控制設(shè)計的過程控制裝置。它的主要應(yīng)用場合是連續(xù)量的模擬控制，而PLC的主要應(yīng)用場合是開關(guān)量的邏輯控制。因此，它們在設(shè)計思想上是有一定區(qū)別的。可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述PLC是按掃描方式工作的，而集散控制系統(tǒng)是按用戶的程序指令工作的。因此，PLC對每個采樣點的采樣速度是相同的；而在集散控制系統(tǒng)中，可根據(jù)被檢測對象的特性采用不同的采樣速度，例如，對流量點的采樣周期是1s，對溫度點的采樣周期是20s等。此外，在集散控制系統(tǒng)中，可有多級優(yōu)先級中斷的設(shè)置，而PLC通常不采用中斷方式。在存儲器的容量上，由于PLC所需的運算大多是邏輯運算，因此，所需的存儲器容量較小，而集散控制系統(tǒng)需進行大量的數(shù)學(xué)運算，所以存儲器容量較大。在運算速度方面，模擬量的運算速度可較低，而開關(guān)量的運算需要有較高的速度。可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述

除了部分分散過程控制裝置安裝在現(xiàn)場，需要按現(xiàn)場的工作環(huán)境設(shè)計外，集散控制系統(tǒng)是按照安裝在控制室設(shè)計的，而PLC是按照現(xiàn)場工作環(huán)境的要求設(shè)計的，對元器件的可靠性方面有專門的考慮，在可靠性方面兩者都有較高的要求?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述1.5可編程序控制器的發(fā)展趨勢

在短短的20多年中，PLC得到了如此飛速的發(fā)展，并在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，這些事實說明，PLC具有強大的生命力。PLC將在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用，并將成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主要控制設(shè)備。

PLC將向兩個方面發(fā)展：一方面向著大型化的方向發(fā)展，另一方面則向著小型化的方向發(fā)展。可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述PLC向大型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在下列幾個方面：

(1)與DCS、SCADA相互滲透，出現(xiàn)你中有我、我中有你的情況。為了在工業(yè)過程控制領(lǐng)域中有較大的應(yīng)用市場，各制造企業(yè)紛紛學(xué)習(xí)其他企業(yè)產(chǎn)品的優(yōu)點，取長補短，從而使產(chǎn)品的適用范圍擴大，應(yīng)用的規(guī)模從幾十點擴展到成百上千點，功能也從單一的邏輯運算擴展到幾乎能滿足所有的用戶需求。此外，采用通信和開放的策略，使優(yōu)化、計劃、調(diào)度等功能也能夠在PLC內(nèi)實現(xiàn)，不同產(chǎn)品通信的實施也使應(yīng)用的范圍趨向多元化?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述(2)向CIMS、CIPS發(fā)展，成為它們的一個分支。制造業(yè)的發(fā)展離不開PLC的發(fā)展，CIMS和CIPS、機器人和FMS等的實施也離不開PLC的發(fā)展。因此，對PLC提出了功能、速度、通信、管理等方面的要求，這為PLC向大型化方向發(fā)展提供了用武之地。

(3)向大型化方向發(fā)展的另一標(biāo)志是產(chǎn)品硬件性能的發(fā)展。PLC產(chǎn)品的處理器已從早期的1位，向8位、16位，甚至向32位、64位發(fā)展。運算速度也大大提高，它的晶振頻率從幾兆赫，向幾十兆赫發(fā)展。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，晶振頻率已可達(dá)到100MHz到幾百兆赫，并從單CPU的處理向多CPU的并行處理發(fā)展等。模塊化的結(jié)構(gòu)使得產(chǎn)品的適應(yīng)性得到改善。存儲器的容量也成倍增加，從幾千字節(jié)發(fā)展到幾萬字節(jié)，直到幾兆字節(jié)、幾十兆字節(jié)等?？傊捎谟布阅艿奶岣?，使PLC向大型化方向有了很大的發(fā)展。可編程序控制器原理及應(yīng)用第1章概述(4)軟件功能的發(fā)展是PLC向大型化方向發(fā)展的重要標(biāo)志。一些國外的PLC生產(chǎn)企業(yè)不僅對硬件的制造進行投資，而且，從兩個方面對軟件進行投資，一種方式是收購或兼并軟件廠商，另一種方式是在公司內(nèi)部成立軟件開發(fā)部。對軟件的大量投資，使用戶在不增加投資費用的前提下能得到更多、更好、更實用的功能。近期推出的PLC產(chǎn)品大多數(shù)已采用Windows98/2000或WindowsNT作為編程和操作的平臺，使用戶可以很方便地學(xué)會操作和使用?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述(5)PLC的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。PLC的應(yīng)用早已從機械制造行業(yè)的應(yīng)用向各行各業(yè)的應(yīng)用發(fā)展。例如，在食品加工、煉油、化工、冶金、紡織、制漿和造紙、廢水處理、制藥和電子等行業(yè)的應(yīng)用正如雨后春筍，不斷壯大。根據(jù)國外的估計，PLC目前的年銷售量已超過2億臺?？删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用第1章概述PLC向小型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在下列幾個方面：

(1)在設(shè)備級采用PLC。對一些工業(yè)過程的設(shè)備控制，采取化整為零的控制策略，采用配套的PLC，并配備了專用的控制柜、操作臺和監(jiān)視器等。例如，對鍋爐設(shè)備而言，它有進水閥、蒸汽閥、燃料閥和空氣閥，以及各種電動機和有關(guān)設(shè)備，采用配套的PLC可完成啟動和熄火等