第一章 PLC概述 P30

1、可编程序控制器可编程序控制器(PLC)原理及应用原理及应用v教材：教材：v可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用，魏德仙，漆海霞，魏德仙，漆海霞，等，中国水利水电出版，等，中国水利水电出版，2013。v本书以日本三菱公司最新推出的本书以日本三菱公司最新推出的FX系列小型系列小型PLC为为例，阐述了其结构、工作原理、指令系统、编程、例，阐述了其结构、工作原理、指令系统、编程、特殊功能模块、通信及应用实例等。特殊功能模块、通信及应用实例等。v本书有些内容和应用实例适宜学生自学或在进行课本书有些内容和应用实例适宜学生自学或在进行课程设计、毕业设计时参考。程设计、毕业设计时参考。参考文献参考文献

2、v可编程控制器应用技术（第四版）可编程控制器应用技术（第四版） 瘳常初瘳常初 重庆大重庆大学出版学出版 2002v可编程控制器教程（基础编）胡学林可编程控制器教程（基础编）胡学林 电子工业出版电子工业出版社社 2003v可编程控制器教程可编程控制器教程 王兆义主编王兆义主编 机械工业出版社机械工业出版社 2002v可编程控制器应用技术（第一版）可编程控制器应用技术（第一版） 陈琳陈琳 化学工业化学工业出版社出版社 2004主要内容主要内容v第二章第二章 PLC的基本组成及工作原理的基本组成及工作原理v第三章第三章 PLC的基本性能指标和内部编程软元件的基本性能指标和内部编程软元件v第四章第四章

3、 PLC的基本指令系统的基本指令系统v第五章第五章 PLC步进顺控指令系统步进顺控指令系统v第六章第六章 PLC功能指令系统功能指令系统v第七章第七章 PLC特殊功能模块的编程及应用特殊功能模块的编程及应用v第八章第八章 PLC外围接口电路技术外围接口电路技术v第九章第九章 PLC通信及网络技术通信及网络技术v第十章第十章 PLC控制系统设计及应用控制系统设计及应用v学时：学时：30/28理论理论+ 10/12实验（自动化实验（自动化/电）电） ?可编程序控制器可编程序控制器(PLC)ProgrammableLogicControllerv定义定义v产生及其发展过程产生及其发展过程v特点特点v

4、分类及技术指标分类及技术指标v应用领域应用领域v国内外状况国内外状况v发展趋势发展趋势学习内容学习内容第一章第一章 概述概述PLC的定义v国际电工委员会（国际电工委员会（IECIEC）于）于 19821982年年1111月和月和19851985年年1 1月对可编程序控制器作了如下的定义：月对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为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。它采用可编程序的存在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计

5、数和算术运算等操作的命令，并通制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的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。可编程序控制器及其有关设备，机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计扩充功能的原则而设计”。v可编程控制器是专为在可编程控制器是专为在工业工业环境下应用而设环境下应用而设计的一种数字式的电子装置，它采用可编程计的一种数字式的电子装置，它采用可编程序的存储器来序的存储器来存储存储指令，实现指令，实现逻辑运算逻辑运算、顺顺

6、序运算序运算、算术运算算术运算、计时和计数计时和计数等功能，用等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。来对各种机械或生产过程进行控制。v一种工业计算机，工业机器人、一种工业计算机，工业机器人、PLC PLC 、CAD/CAM CAD/CAM ，构成现代工业的三大支柱。，构成现代工业的三大支柱。PLC的定义 PLC的产生及发展过程的产生及发展过程提问： 大家有见过传统的继电器逻辑控制电路吗？v继电器控制电路的特点：1、有触点控制电路，系统寿命有限；2、硬器件体积较大，接线复杂，安装工作量大；3、容易出故障，查故障较难，不易维修；4、电路固定，改变控制方案控制系统要改动较大。 PLC的产生及发展

7、过程的产生及发展过程一、一、PLCPLC的产生的产生l时间：时间： 2020世纪六十年代世纪六十年代l原因：原因：制造业的迅猛发展制造业的迅猛发展 当时的工业控制领域以当时的工业控制领域以继电器的顺序继电器的顺序控制控制为主为主, ,而而继电器控制系统存在继电器控制系统存在体积大，体积大，耗电多，可靠性差，寿命短，运行速度不耗电多，可靠性差，寿命短，运行速度不高，尤其对生产工艺多变的系统适应性差高，尤其对生产工艺多变的系统适应性差等缺点等缺点. .如果生产任务和工艺发生变化，如果生产任务和工艺发生变化，必须重新设计，并改变硬件结构，造成时必须重新设计，并改变硬件结构，造成时间和资金的浪费，显然

8、，继电器控制系统间和资金的浪费，显然，继电器控制系统已不能满足工业发展的需要。已不能满足工业发展的需要。 一、一、PLCPLC的产生的产生 当时在底特津的美国通用汽车公司当时在底特津的美国通用汽车公司（General motor corporationGeneral motor corporation）, , 为在每次为在每次汽车改型或改变工艺流程时，能不改动原有汽车改型或改变工艺流程时，能不改动原有控制柜内的继电器接线，以降低生产成本，控制柜内的继电器接线，以降低生产成本，缩短新产品开发周期，提出研制新型逻辑控缩短新产品开发周期，提出研制新型逻辑控制装置的制装置的十项十项指标。并向社会公开招

9、标。指标。并向社会公开招标。l十项指标的设想在于：十项指标的设想在于：能用于工业现场；能能用于工业现场；能改变控制逻辑，不需变动组成它的元件和修改变控制逻辑，不需变动组成它的元件和修改内部接线；出现故障时易于诊断和维修改内部接线；出现故障时易于诊断和维修。 十项指标十项指标（PLC最基本的功能）最基本的功能）v编程简便，可现场修改程序编程简便，可现场修改程序v维修方便，采用插件式结构维修方便，采用插件式结构v可靠性高于继电控制盘可靠性高于继电控制盘v体积小于继电控制盘体积小于继电控制盘v数据可直接送入计算机数据可直接送入计算机v成本可与继电控制盘相竞争成本可与继电控制盘相竞争v输入可为市电输入

10、可为市电v输出可为市电，可直接驱动电磁阀、接触器输出可为市电，可直接驱动电磁阀、接触器v扩展时原系统变更最少扩展时原系统变更最少v可存储程序可存储程序 创始：美国数字设备公司（创始：美国数字设备公司（DECDEC），根据这），根据这十项十项要求要求, ,19691969年研制出第一台控制器年研制出第一台控制器(PDP-14(PDP-14），并投入），并投入GMGM公司的汽公司的汽车生产线控制中，获得成功。从此，这项新技术迅速发车生产线控制中，获得成功。从此，这项新技术迅速发展起来。展起来。二、二、PLC的发展过程的发展过程 随着计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数随着计算机技术、半导体集成

11、技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展，推动了字技术、通信网络技术等高新技术的发展，推动了PLC的发展。的发展。 从从控制功能控制功能来分，经历了来分，经历了四个四个阶段：阶段：初创阶段初创阶段：从第一台：从第一台PLC问世的问世的20世纪世纪60年代末年代末-70年代中期；年代中期； CPU由中小规模的数字集成电路组成，控制功能较由中小规模的数字集成电路组成，控制功能较简单，主要完成逻辑功能，所以称，可编程序逻辑简单，主要完成逻辑功能，所以称，可编程序逻辑控制器（控制器（Programmable logical controller -PLC）扩展阶段扩展阶段：从：从20世纪

12、世纪70年代中期到末期；年代中期到末期； 产品的主要控制功能得到较大发展，朝两个方面发展：产品的主要控制功能得到较大发展，朝两个方面发展： （1）从可编程序控制器发展而来的控制器，主要是逻辑运算，）从可编程序控制器发展而来的控制器，主要是逻辑运算，同时也扩展了其他运算功能。同时也扩展了其他运算功能。 （2）从模拟仪表发展而来的控制器，主要是模拟运算，同时）从模拟仪表发展而来的控制器，主要是模拟运算，同时扩展了逻辑运算功能。（扩展了逻辑运算功能。（programmable controller ）通信功能实现阶段通信功能实现阶段：从：从20世纪世纪70年代中期到年代中期到80年代末期；年代末期；

13、 与计算机通信发展相联系，初步形成了分布式通信网络体系；与计算机通信发展相联系，初步形成了分布式通信网络体系；数学运算功能增强。数学运算功能增强。开放阶段开放阶段：从：从20世纪世纪80年代后期开始；年代后期开始； 主要表现在通信系统的开放，各制造业的产品可以通信，通信主要表现在通信系统的开放，各制造业的产品可以通信，通信协议标准化。协议标准化。二、二、PLC的发展过程的发展过程PLC的特点一、一、PLC的特点（的特点（P2）v可靠性高，抗干扰能力强可靠性高，抗干扰能力强v编程方法简单、易学编程方法简单、易学v通用性强，适应性强通用性强，适应性强v硬件配套齐全，用户使用方便硬件配套齐全，用户使

14、用方便v安装简单、调试方便，维修工作量小，维修方便安装简单、调试方便，维修工作量小，维修方便v体积小，能耗低体积小，能耗低PLC的特点二、二、PLC 与其他顺序逻辑控制系统的比较与其他顺序逻辑控制系统的比较1、与继电器顺序逻辑控制系统与继电器顺序逻辑控制系统的比较的比较 共同点共同点：（：（1）均可用于开关量逻辑控制，均可用于开关量逻辑控制，（2）PLC梯形图和继电器电路图对逻辑关系梯形图和继电器电路图对逻辑关系表达方式相同，（表达方式相同，（3）电路符号相似。）电路符号相似。 从几个方面比较从几个方面比较： （1）工作原理工作原理：控制功能分别用软、硬件实：控制功能分别用软、硬件实现。现。

15、（2）功能功能：PLC采用计算机技术，具有顺序采用计算机技术，具有顺序控制、定时、计数、运动控制、数据处理、闭控制、定时、计数、运动控制、数据处理、闭环控制和通信联网等功能；环控制和通信联网等功能；继电器只有顺序控继电器只有顺序控制制。PLC的特点（3）可靠性与可维护性可靠性与可维护性：继电器可靠性差，复杂，：继电器可靠性差，复杂，故障诊断及排除困难平均修复时间长；故障诊断及排除困难平均修复时间长；PLC用软继用软继电器，可靠性高，故障率低，易诊断和排除故障。电器，可靠性高，故障率低，易诊断和排除故障。（4）灵活性：灵活性：继电器线路固定，功能单一，不易修继电器线路固定，功能单一，不易修改，灵

16、活性差；改，灵活性差；PLC仅改变程序就可以改变控制功仅改变程序就可以改变控制功能；能；（5）响应速度：响应速度：继电器靠触点动作，约几十继电器靠触点动作，约几十ms，且，且存在触点抖动；存在触点抖动；PLC速度快；速度快；（6）设计与调试：设计与调试：PLC设计复杂电路周期短且可模设计复杂电路周期短且可模拟调试。拟调试。（7）定时与计数：定时与计数：PLC内部继电器的精度高，定时内部继电器的精度高，定时范围宽，时间调整方便。范围宽，时间调整方便。PLC的特点2、与计算机控制系统与计算机控制系统的比较的比较（1）与）与工控机工控机比较：工控机采用总线式结构，比较：工控机采用总线式结构，与与PC

17、机兼容，有实时操作系统支持，在快机兼容，有实时操作系统支持，在快速、实时性强、功能复杂中占优势，且价速、实时性强、功能复杂中占优势，且价格较高，用于开关量控制以取代继电器系格较高，用于开关量控制以取代继电器系统有些大材小用。接线用多芯扁平电缆和统有些大材小用。接线用多芯扁平电缆和插头、插座，不如插头、插座，不如PLC方便。方便。（2）与）与单片机单片机比较：单片机不能直接与外比较：单片机不能直接与外部部I/O信号连接，采用汇编语言、高级语言，信号连接，采用汇编语言、高级语言，硬件设计和程序设计工作量大。硬件设计和程序设计工作量大。3、与集散控制系统与集散控制系统的比较的比较 集散控制系统集散控

18、制系统DCS（Distributed Control System），是用计算机技术对生产过程进行），是用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制装置，由型控制装置，由集中管理部分、分散控制监集中管理部分、分散控制监测部分和通信部分测部分和通信部分组成，具有通用性强、系组成，具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装高度方显示操作集中、人机界面友好、安装高度方便、运行安全可靠等特点。便、运行安全可靠等特点。 但随着但随着PLC增加了数值运算、增

19、加了数值运算、PID闭环调节闭环调节功能、与功能、与PC机联网或机联网或PLC自身构成网络，组自身构成网络，组成分级控制，也能实现成分级控制，也能实现DCS所完成的功能。所完成的功能。 PLC的分类及技术性能指标一、分类一、分类 PLC产品的种类很多，主要从几个方面来分类产品的种类很多，主要从几个方面来分类按结构形式分：按结构形式分：整体式整体式、模块式模块式 整体式结构：整体式结构：把把CPU、存储单元、存储单元、I/O单元、单元、 I/O扩展单元、外部设备接口单元及电源单元扩展单元、外部设备接口单元及电源单元等集中等集中装在一个机箱内；其结构紧凑、体积小、价格低，装在一个机箱内；其结构紧凑

20、、体积小、价格低，一般小型一般小型PLC采用这种结构。采用这种结构。整体式整体式PLC由不同由不同I/O点数的基本单元和扩展点数的基本单元和扩展单元组成，单元组成，基本单元基本单元内有内有CPU、I/O和电源，和电源，扩展单元扩展单元内只有内只有I/O和电源和电源。基本单元和扩展。基本单元和扩展单元之间用单元之间用扁平电缆扁平电缆连接。整体式连接。整体式PLC一般配一般配备有特殊功能单元。如模拟量单元、位置控制备有特殊功能单元。如模拟量单元、位置控制单元。单元。 整体式结构整体式结构适用于单体设备的开关量自动控适用于单体设备的开关量自动控制和机电一体化产品的开发应用制和机电一体化产品的开发应用

21、。模块式结构模块式结构：把：把CPU、存储单元、存储单元、 I/O单元等单元等做成各自独立的模块，再组装在一个带电源做成各自独立的模块，再组装在一个带电源单元的机架或母板上。单元的机架或母板上。 模块式结构模块式结构适用于复杂过程控制系统的应用适用于复杂过程控制系统的应用。 PLC的分类及技术性能指标 按输入输出点数（容量）：超小型、小型、中按输入输出点数（容量）：超小型、小型、中型、大型、超大型型、大型、超大型vIO点数小于点数小于 32为微型为微型PLC；vIO点数在点数在32128为超小型为超小型PLC；vIO点数在点数在128256为为小型小型PLC；vIO点数在点数在2561024为

22、为中型中型PLC；vIO点数大于点数大于1024为为大型大型PLC；vIO点数在点数在4000以上为超大型以上为超大型PLC。 以上划分不包括模拟量以上划分不包括模拟量I0点数，且划分界限不点数，且划分界限不是固定不变的。是固定不变的。 PLC的分类及技术性能指标按功能分：低档、中档、高档按功能分：低档、中档、高档低档：低档：以逻辑控制为主，适用开关控制场合；以逻辑控制为主，适用开关控制场合；中档：中档：兼有开关量和模拟量控制，适用于小兼有开关量和模拟量控制，适用于小型连续生产过程的复杂逻辑控制和闭环调节型连续生产过程的复杂逻辑控制和闭环调节控制控制高档：高档：可与其他可与其他PLC、上位计算

23、机，构成分、上位计算机，构成分布式生产过程综合控制管理系统布式生产过程综合控制管理系统。 PLC的分类及技术性能指标二、二、PLC的技术性能指标的技术性能指标1、I/O点数：点数：指指I/O总数。总数。2、扫描速度：扫描速度：执行一步指令的时间执行一步指令的时间 ， 3、内存容量内存容量 ：在在PLC中，程序指令按中，程序指令按“步步”存放，存放，一条指令往往不止一步，一步一条指令往往不止一步，一步=一个地址单元一个地址单元=两两个字节。个字节。4、指令条数和指令功能：指令条数和指令功能：衡量衡量PLC软件功能强弱的软件功能强弱的主要指标。主要指标。5、内部寄存器：内部寄存器：用于存放变量状态

24、，中间结果和数用于存放变量状态，中间结果和数据；衡量据；衡量PLC硬件功能的指标。硬件功能的指标。6、特殊功能模块：特殊功能模块：衡量衡量PLC产品水平高低的一个重产品水平高低的一个重要标志。（第七章介绍）要标志。（第七章介绍）步或步kms，s/ PLC的国内外状况 v1969年美国研制出世界上第一台年美国研制出世界上第一台PLC以后，日本、德国、以后，日本、德国、法国等国相继研制了各自的法国等国相继研制了各自的PLC。美国美国PLC发展得最快发展得最快：v1984年有年有48家，生产家，生产150多种多种PLC；v1987年有年有63家，生产家，生产243种种PLC；v1996年有年有70余

25、家，生产近余家，生产近300种种PLC。v著名厂家著名厂家有：有： AB（AllenBradley）艾伦一布拉德利公司）艾伦一布拉德利公司 IPM（International Parallel Machines）国际并行机器公）国际并行机器公司司 T I（Texas Instrument）德州仪器公司，）德州仪器公司， WESTHOUSE Electric西屋电气公司，西屋电气公司， MODICON莫迪康公司，莫迪康公司，GEFSNUC公司，等公司，等 PLC的国内外状况欧洲欧洲PLC的厂家有的厂家有60余家余家: 西门子（西门子（Siemens）于于1973年研制出第年研制出第一台一台PLC

26、。v金钟默勒金钟默勒 （Klockner Moeller Gmbh），）， AEG，v法国的法国的TE(Telemecanique）(施耐德）施耐德）v瑞士的瑞士的Selectron (史力顿史力顿)公司公司等。等。PLC的国内外状况 1971年，年，日本日本从美国引进从美国引进PLC技术，由日立公司技术，由日立公司研制成功日本第一台研制成功日本第一台PLC。 日本生产日本生产PLC的厂家有的厂家有40余家：余家：v三菱电机三菱电机(MITSUBISHI),欧姆龙欧姆龙(OMRON),v富士电机（富士电机（Fuji Electric）,东芝（东芝（TOSHIBA）,v光洋（光洋（KOYO)，松

27、下电工（，松下电工（MEW）,v和泉（和泉（IDEC）,夏普夏普(SHARP）,v安川等公司。安川等公司。PLC的国内外状况 我国在我国在 70年代末和年代末和 80年代初开始引进年代初开始引进PLC。我。我国早期独立研制国早期独立研制PLC的单位有：的单位有：北京机械工业自动化研究所，北京机械工业自动化研究所，上海工业自动化仪表研究所，上海工业自动化仪表研究所，大连组合机床研究所，大连组合机床研究所，成都机床电器研究所，成都机床电器研究所，中科院北京计算机所及自动化所，中科院北京计算机所及自动化所，长春一汽，长春一汽，上海起重电器厂，上海起重电器厂，上海香岛机电公司，上海香岛机电公司，上海自

28、力电子设备厂等单位。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。以上诸单位都没有形成规模化生产。 PLC的国内外状况 1993年中国年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家：市场排行榜上的世界十大厂家：v美国美国 AB公司公司 （AllenBradley）v德国西门子公司（德国西门子公司（Siemens）v美国美国GEFanuc公司公司v美国的莫迪康（美国的莫迪康（Modicon）和法国的）和法国的TE电器公司电器公司v日本欧姆龙公司（日本欧姆龙公司（OMRON）v日本三菱电机株式会社（日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI）v日本富士电机株式会社（日本富士电机株式会社（Fuji Electric）v日本东芝公司（日本东芝公司（TOSHIBA）v日本的光洋电子（日本的光洋电子（KOYO）和中国的华光电子）和中国的华光电子(CKE）v日本松下电工株式会社（日本松下电工株式会社（MEW）：）：Matsushita Electric Works Ltd）PLC的国内外状况