第1章《可编程控制器概述》

1、可编程控制器应用可编程控制器应用技术（三菱）技术（三菱）何何 苗苗教学要求1、 了解可编程序控制器的由来及其特点了解可编程序控制器的由来及其特点2、 熟悉熟悉PLC的应用领域的应用领域3、 掌握掌握PLC发展趋势发展趋势 可编程序控制器可编程序控制器(Programmable Logic (Programmable Logic Controller,Controller,简称简称PLCPLC) )是以微处理器为核心，是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。展起来的一种新型工业自动控制装置。 PLCPL

2、C具有编程简单、使用方便、通用性强、可具有编程简单、使用方便、通用性强、可靠性高、体积小、易于维护等优点，在自动控靠性高、体积小、易于维护等优点，在自动控制领域应用得十分广泛。制领域应用得十分广泛。第第1 1章章 可编程控制器概述可编程控制器概述1.1 1.1 可编程控制器的产生与发展可编程控制器的产生与发展1.1.1 PLC1.1.1 PLC的产生的产生继电接触控制系统继电接触控制系统用弱电信号控制强电信号，简用弱电信号控制强电信号，简单，易懂，价格便宜单，易懂，价格便宜接线复杂，故障查找与排除非接线复杂，故障查找与排除非常困难，改造工期长、费用高常困难，改造工期长、费用高 早期工业控制中采

3、用的继电器接触器控制系早期工业控制中采用的继电器接触器控制系统属于固定接线的逻辑控制系统，控制系统的统属于固定接线的逻辑控制系统，控制系统的结构随功能不同而异。如果控制要求有所改变，结构随功能不同而异。如果控制要求有所改变，就必须相应地改变硬接线结构，对于复杂的控就必须相应地改变硬接线结构，对于复杂的控制系统相当麻烦。此外，机械电气式器件本身制系统相当麻烦。此外，机械电气式器件本身的不足影响了控制系统的各种性能，无法适应的不足影响了控制系统的各种性能，无法适应现代工业发展的需要。现代工业发展的需要。 1968 1968年，年，GMGM为了改造汽车生产设备的传统控制方式，为了改造汽车生产设备的传

4、统控制方式，提出了以下提出了以下1010条招标的技术指标条招标的技术指标: : (1) (1) 编程简单方便，可在现场修改程序编程简单方便，可在现场修改程序; ; (2) (2) 维修方便，最好采用插件式结构维修方便，最好采用插件式结构; ; (3) (3) 可靠性要高于继电器控制系统可靠性要高于继电器控制系统; ; (4) (4) 体积小于继电器控制系统体积小于继电器控制系统; ; (5) (5) 可将数据直接送入管理计算机可将数据直接送入管理计算机; ; (6) (6) 成本可与继电器控制系统竞争成本可与继电器控制系统竞争; ; (7) (7) 输入可以是输入可以是AC115V;AC115

5、V; (8) (8) 输出在输出在AC115VAC115V、2A2A以上，能直接驱动电磁阀和接以上，能直接驱动电磁阀和接触器等触器等; ; (9) (9) 扩展时，原有系统只需要很小的改动扩展时，原有系统只需要很小的改动; ; (10) (10) 用户程序存储器的容量至少用户程序存储器的容量至少4KB4KB。 1 1、早期、早期PLCPLC（6060年代末年代末7070年代中期）年代中期） PLCPLC作为继电器控制装置的替代物，执行顺序控作为继电器控制装置的替代物，执行顺序控制和定时等功能，将制和定时等功能，将“硬接线硬接线”变为变为“软接线软接线”方式。方式。CPUCPU由中小规模集成电路

6、组成，器件采用由中小规模集成电路组成，器件采用分立元件，存储器为磁芯存储器。分立元件，存储器为磁芯存储器。 2 2、中期、中期PLCPLC（7070年代中期年代中期8080年代中后期）年代中后期） CPUCPU采用微处理器，增加了模拟量模块、远程采用微处理器，增加了模拟量模块、远程I/OI/O模块，存储器采用模块，存储器采用EPROMEPROM，具有新的算术运，具有新的算术运算、数据处理和传送等功能。算、数据处理和传送等功能。1.1.2 PLC1.1.2 PLC的发展的发展 3 3、近期、近期PLCPLC（8080年代中后期至今）年代中后期至今） CPUCPU采用采用8 8位和位和1616位微

7、处理器，有些还采用多微位微处理器，有些还采用多微处理器结构，存储器采用处理器结构，存储器采用EPROMEPROM、AROMAROM、CMOSRAMCMOSRAM等，具有很强的数学运算、运动控制等，具有很强的数学运算、运动控制和和PIDPID控制等功能和模拟量信号处理能力，同时控制等功能和模拟量信号处理能力，同时联网能力增强，构成分布式控制系统。联网能力增强，构成分布式控制系统。 发展历史发展历史 19681968年，美国通用汽车招标研制新型工业控制器；年，美国通用汽车招标研制新型工业控制器； 19691969年，美国数字设备公司（年，美国数字设备公司（DECDEC）研制第一台）研制第一台PLC

8、PLC，型号为型号为PDP-14PDP-14； 19711971年，日本引进；年，日本引进；19731973年，西欧引进；年，西欧引进； 19731973年，年，PLCPLC具有了通信能力，具有了通信能力，PLCPLC之间可以进行相互之间可以进行相互对话，使得它们可以远离工业控制现场。对话，使得它们可以远离工业控制现场。 9090年代以来，由于大规模和超大规模集成电路等微电年代以来，由于大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，同时为了适应计算机集成制造系子技术的迅速发展，同时为了适应计算机集成制造系统和现代网络技术，统和现代网络技术，PLCPLC由单由单CPUCPU转向多转向多CPUC

9、PU，1616位和位和3232位微处理器被大量应用于位微处理器被大量应用于PLCPLC中，使其运算速度、中，使其运算速度、通信联网、图象显示和数据处理功能都大大增强。通信联网、图象显示和数据处理功能都大大增强。 早期的控制器主要用来代替继电器实现开关量的早期的控制器主要用来代替继电器实现开关量的逻辑控制，所以被称为逻辑控制，所以被称为“可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器（ProgrammableProgrammable logic Controllerlogic Controller，PLC PLC ）”。 19801980年美国电气制造商协会（年美国电气制造商协会（NEMANEMA）正式将其命

10、正式将其命名为可编程序控制器（名为可编程序控制器（Programmable Programmable ControllerController），），简称简称 PCPC。为了和个人计算机为了和个人计算机（PCPC）相区别，仍然沿用最初仅用于逻辑控制的相区别，仍然沿用最初仅用于逻辑控制的名称，称为名称，称为PLCPLC。名称的发展名称的发展 19871987年，国际电工委员会（年，国际电工委员会（IECIEC）定义：）定义： 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储

11、器，用来在其内部存储执行逻辑编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。出，控制各种类型的机械或生产过程。 可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。的原则设计。1.2 1.2 可编程控制器的特点可编程控制器的特点 1.2.1 1.2.1 可编程控制器与继电器的联系与区别可编程控

12、制器与继电器的联系与区别 在继电器控制系统中控制电路是由继电器在继电器控制系统中控制电路是由继电器接触器通过接线来实现控制的，而接触器通过接线来实现控制的，而PLCPLC控制系控制系统中，虽然主电路与继电器控制电路相同，但统中，虽然主电路与继电器控制电路相同，但是控制功能依靠程序来实现。是控制功能依靠程序来实现。例例1 1：用继电接触器实现电动机启、停控制：用继电接触器实现电动机启、停控制QSFRFUKMM3 合刀开关合刀开关QS按按SB1 KM线圈线圈得电得电按按SB2 KM线圈线圈失电失电M3M3 KM辅助触头闭合辅助触头闭合自自锁锁 KM主触头闭合主触头闭合 M运转运转 KM辅助触头解除

13、辅助触头解除自自锁锁 KM主触头断开主触头断开 M停转停转KMSB1KMSB2FR主电路主电路控制电路控制电路QSFRFUKMM3M3M3 KMFRX0X1COMCOMY0COM1COM1Y0X0Y0 220 VSB1SB2PLCX1用用PLCPLC实现电动机启、停控制实现电动机启、停控制主电路主电路控制电路控制电路用户程序用户程序例例2 2：采用电气和机械双重互锁的电动机正反转控制电路：采用电气和机械双重互锁的电动机正反转控制电路 利用复合按钮利用复合按钮SB1、SB2，实实现机械互锁现机械互锁 正转正转反转反转 直接转换直接转换KMKM1 1和和 KMKM2 2的的电气互锁必电气互锁必不可

14、少！不可少！QsKRFUM3 KM1KM2KM2SB1SB3FRSB2KM1KM2KM1KM2KM1 U V W用用PLC实现电动机实现电动机 正、反转控制正、反转控制PLCPLC内部用内部用户程序户程序Y0X0Y0X2Y1X1Y1X2X1X0 Y0Y1QSFRFUM3 KM1KM2 U V WKM1FRX0X1COMCOMY0COM1COM1SB1SB2PLCSB3X2KM2KM1Y1KM2 220 V 1 1、从控制系统上比较、从控制系统上比较比较项目比较项目继电器逻辑继电器逻辑可编程控制器可编程控制器控制逻辑控制逻辑接线逻辑，体积大，接线复杂接线逻辑，体积大，接线复杂存储逻辑，体积小，连

15、线少，存储逻辑，体积小，连线少，易于扩展易于扩展控制速度控制速度速度为几十毫秒，易触点抖动速度为几十毫秒，易触点抖动每条指令执行时间在微秒级，每条指令执行时间在微秒级，不会触点抖动不会触点抖动限时控制限时控制由时间继电器实现，精度差由时间继电器实现，精度差用集成电路实现，精度高用集成电路实现，精度高触点数量触点数量4 48 8对，易磨损对，易磨损任意多个，永不磨损任意多个，永不磨损工作方式工作方式并行工作并行工作串行循环扫描串行循环扫描设计与施工设计与施工必须顺序进行，周期长必须顺序进行，周期长周期短，调试、修改方便周期短，调试、修改方便可靠性与可可靠性与可维护性维护性寿命短，可靠性与可维护性

16、差寿命短，可靠性与可维护性差寿命长，可靠性高，有自诊断寿命长，可靠性高，有自诊断功能，易于维护功能，易于维护价格价格价格便宜价格便宜初期投资较高初期投资较高 2 2、从编程语言上比较、从编程语言上比较继电器控制系统继电器控制系统PLCPLC控制系统控制系统物理继电器物理继电器动合动断动合动断触点个数有限触点个数有限母线接电源母线接电源触点状态取决于触点状态取决于线圈中有无电流线圈中有无电流软继电器软继电器动合动断动合动断触点个数无限触点个数无限母线不接电源母线不接电源输入继电器由外输入继电器由外部信号驱动部信号驱动1.2.2 PLC1.2.2 PLC的特点的特点抗干扰能力强，可靠性高，抗干扰能

17、力强，可靠性高，灵活性和通用性强灵活性和通用性强编程简单，易学易用编程简单，易学易用PLCPLC与外部设备连接简单、使用方便与外部设备连接简单、使用方便系统的设计、安装、调试工作量少系统的设计、安装、调试工作量少体积小，结构紧凑体积小，结构紧凑1.3 1.3 可编程控制器的分类可编程控制器的分类 1.3.1 .3.1 按按I/OI/O点数分点数分 （1 1）小型小型PLCPLC I/OI/O点数为点数为256256点以下，只具有逻辑运算、定时、计数和点以下，只具有逻辑运算、定时、计数和移位功能，适用于小规模开关量的控制。移位功能，适用于小规模开关量的控制。 （2 2）中型中型PLCPLC I/

18、OI/O点数为点数为256256点以上、点以上、20482048点以下，增加了模拟量输入、点以下，增加了模拟量输入、输出、算术运算、数据通信等功能，可完成既有开关量输出、算术运算、数据通信等功能，可完成既有开关量又有模拟量的复杂控制。又有模拟量的复杂控制。 （3 3）大型大型PLCPLC I/OI/O点数为点数为20482048以上，功能更完善，可用于大规模的过以上，功能更完善，可用于大规模的过程控制。程控制。1.3.2 1.3.2 根据结构形式分类根据结构形式分类 （1 1）整体式）整体式 将电源、将电源、CPUCPU、I/OI/O接口等接口等部件都集中装在一个机箱部件都集中装在一个机箱内，

19、具有结构紧凑、体积内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。小、价格低等特点。 一个箱体就是一个完整的一个箱体就是一个完整的PLCPLC，叫做一个单元。，叫做一个单元。 （2 2）模块式）模块式 将将PLCPLC各组成部分分别作成若各组成部分分别作成若干个单独的模块，如干个单独的模块，如CPUCPU模块、模块、I/OI/O模块、电源模块（有的含模块、电源模块（有的含在在CPUCPU模块中）以及各种功能模块中）以及各种功能模块。模块。 PLCPLC有一块带有插槽的母板，有一块带有插槽的母板，模块插座插在框架中的总线连模块插座插在框架中的总线连接板上就构成了一个完整的接板上就构成了一个完整的PLCP

20、LC。优点：系统构成非常灵优点：系统构成非常灵活，安装、扩展、维修活，安装、扩展、维修都很方便。都很方便。缺点：体积比较大。缺点：体积比较大。 （3 3）叠装式）叠装式 单元式和模块式相结合的产物单元式和模块式相结合的产物, , 把某一系列把某一系列PLCPLC工作单元的外形都作成外观尺寸一致的，工作单元的外形都作成外观尺寸一致的，CPUCPU、I/OI/O口及电源也可做成独立的，不使用模口及电源也可做成独立的，不使用模块式块式PLCPLC的母板，用电缆联接各个单元，在控的母板，用电缆联接各个单元，在控制设备中安装时一层层地叠装，这就是叠装式制设备中安装时一层层地叠装，这就是叠装式PLCPLC

21、。 按功能分按功能分 低档低档PLCPLC：具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊：具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。算术运算、数据传送和比较、通信等功能。 中档中档PLCPLC：具有低档：具有低档PLCPLC功能外，增加模拟量输入功能外，增加模拟量输入/ /输出、输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/OI/O、子、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PIDPID控制等

22、控制等功能。功能。 高档高档PLCPLC：具有中档机功能外，增加带符号算术运算、：具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档数运算、制表及表格传送等。高档PLCPLC机具有更强的通机具有更强的通信联网功能。信联网功能。 PLC PLC的品牌的品牌 美国艾伦美国艾伦- -布拉德利公司布拉德利公司（A-BA-B：Allen-BradleyAllen-Bradley） 德国西门子公司（德国西门子公司（SiemensSiemens） 法国的施耐德公司法国的施耐德公司（ TE TE

23、：TelemecaniqueTelemecanique） 日本三菱公司（日本三菱公司（MITSUBISHIMITSUBISHI） 日本欧姆龙公司（日本欧姆龙公司（OMRONOMRON） 日本富士电机公司（日本富士电机公司（Fuji ElectricFuji Electric） 日本东芝公司（日本东芝公司（TOSHIBATOSHIBA） 日本松下电工公司（日本松下电工公司（MEWMEW）等等大型大型中小型中小型三菱三菱PLCPLCQ Q系列系列PLCPLCFXFX2N2N系列系列PLCPLCFXFX1N1N系列系列PLCPLCFXFX1S1S系列系列PLCPLC西门子西门子PLCPLCS7-20

24、0S7-200系列系列PLCPLCS7-300S7-300系列系列PLCPLCS7-400S7-400系列系列PLCPLC欧姆龙欧姆龙PLCPLCC200HC200H系列系列PLCPLCCPM1ACPM1A、CPM2ACPM2A系列系列PLCPLC速度更快、存储容量更大、可靠性更高速度更快、存储容量更大、可靠性更高向小型化、微型化和和大型化、多功能两个方向小型化、微型化和和大型化、多功能两个方向发展。向发展。规范化、标准化，出现通用编程语言规范化、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通讯、联网能力更强，与工业控制计算机组网出现出现PLCPLC品牌垄断国际市场的局面品

25、牌垄断国际市场的局面技技 术术规规 模模产产 品品通通 讯讯市市 场场1.4 1.4 可编程控制器的发展趋势可编程控制器的发展趋势 1 1、输入、输入/ /输出点数输出点数 输入输入/ /输出点数指的是外部输入、输出端子数量输出点数指的是外部输入、输出端子数量的总和，又称为主机的开关量输入的总和，又称为主机的开关量输入/ /输出点数，输出点数，它是描述可编程控制器大小的一个重要参数。它是描述可编程控制器大小的一个重要参数。 2 2、存储容量、存储容量 PLCPLC存储容量通常指用户程序存储器和数据存储存储容量通常指用户程序存储器和数据存储器容量之和，表征系统提供给用户的可用资源，器容量之和，表

26、征系统提供给用户的可用资源，是系统性能的一项重要技术指标。是系统性能的一项重要技术指标。1.5 1.5 可编程控制器的性能指标可编程控制器的性能指标 3 3、扫描速度、扫描速度 可编程控制器采用循环扫描方式工作，完成一可编程控制器采用循环扫描方式工作，完成一次扫描所需的时间叫做扫描周期，扫描速度与次扫描所需的时间叫做扫描周期，扫描速度与扫描周期成反比。扫描周期成反比。 4 4、指令系统、指令系统 指令系统是指可编程控制器所有指令的总和。指令系统是指可编程控制器所有指令的总和。可编程控制器的编程指令越多，软件功能就越可编程控制器的编程指令越多，软件功能就越强，但掌握应用也相对较复杂。强，但掌握应用也相对较复杂。 5 5、可扩展性、可扩展性 小型可编程控制器的基本单元（主机）多为开小型可编程控制器的基本单元（主机）多为开关量关量I/OI/O接口，模拟量处理、高速处理、温度接口，模拟