电气控制与PLC-PLC概述

1、电 气 控 制 与 P L C - PLC 部部 分分杨杨 红红机电工程学院自动化系机电工程学院自动化系课程的基本要求课程的基本要求v掌握掌握PLC基本结构、特点、工作原理基本结构、特点、工作原理v熟悉熟悉基本逻辑指令基本逻辑指令、步进顺序控制指令步进顺序控制指令及常用的及常用的功能指令功能指令v具备具备PLC应用系统分析设计的初步能力应用系统分析设计的初步能力课程特点及学习要求课程特点及学习要求v特点特点 本课程本课程实践性很强实践性很强，主要突出可编程控制，主要突出可编程控制器的应用器的应用v要求要求 掌握可编程控制器原理，从自动化产品的掌握可编程控制器原理，从自动化产品的角度，了解其使用

2、，包括产品选型、控制系角度，了解其使用，包括产品选型、控制系统设计、安装调试。认真做好每一次实训。统设计、安装调试。认真做好每一次实训。第四章第四章 可编程控制器及其工作原理可编程控制器及其工作原理一、可编程控制器的定义一、可编程控制器的定义v名称：名称：可编程控制器可编程控制器 Programmable Logic ControllerProgrammable Logic Controller，简称，简称 PLCPLC。v可编程控制器可编程控制器是在继电器控制逻辑基础上，以微处是在继电器控制逻辑基础上，以微处理器为基础，综合了自动控制技术、计算机技术、理器为基础，综合了自动控制技术、计算机技

3、术、通讯技术发展而来的一种通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置新型工业控制装置。一、可编程控制器的定义一、可编程控制器的定义v1980 年，美国电气制造商协会年，美国电气制造商协会 NEMA （ National Electrical Manufacturers Association ） 的定义：的定义： v可编程控制器是一个数字式的电子装置，它使用可编程控制器是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆以存储指令，用来执行诸如逻了可编程序的记忆以存储指令，用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数和演算等功能，并通过数辑、顺序、计时、计数和演算等功能，并通过数字或模拟的输入和输出，以控制各种机

4、械或生产字或模拟的输入和输出，以控制各种机械或生产过程。一部数字电子计算机若是用来执行过程。一部数字电子计算机若是用来执行 PLC 之之功能者功能者 , 亦被视同为亦被视同为 PLC, 但不包括鼓式或机械式但不包括鼓式或机械式顺序控制器。顺序控制器。 一、可编程控制器的定义一、可编程控制器的定义v19871987年，年，国际电工委员会（国际电工委员会（IECIEC）定义）定义： “ “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，统，专为在工业环境下应用而设计专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储序的存储器，用来在其

5、内部存储执行逻辑运算、顺执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。的机械或生产过程。 可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计设计”。二、可编程控制器的产生二、可编程控制器的产生v继电器控制电路配线复杂，通用性和灵活性差继电器控制电路配线复杂，通用性和灵活性差 。二、可编程控制器的产生二、可编程控制

6、器的产生v在可编程控制器出现以前，继电器控制在工业控制领域占主在可编程控制器出现以前，继电器控制在工业控制领域占主导地位，其控制系统都是按预先设定好的时间或条件顺序地导地位，其控制系统都是按预先设定好的时间或条件顺序地工作，通用性和灵活性差。工作，通用性和灵活性差。v20 世纪六十年代，计算机技术开始应用于工业控制领域，世纪六十年代，计算机技术开始应用于工业控制领域，由于价格高、编程难度大以及难于适应恶劣工业环境等原因，由于价格高、编程难度大以及难于适应恶劣工业环境等原因，未能在工业控制领域获得推广。未能在工业控制领域获得推广。v1968 年，美国最大的汽车制造商年，美国最大的汽车制造商通用汽

7、车公司通用汽车公司 (GM) 为为了适应汽车型号不断更新、生产工艺不断变化的需要，要求了适应汽车型号不断更新、生产工艺不断变化的需要，要求能有一种比继电器更可靠、功能更齐全、响应速度更快的新能有一种比继电器更可靠、功能更齐全、响应速度更快的新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。 二、可编程控制器的产生二、可编程控制器的产生1968年美国通用汽车公司提出年美国通用汽车公司提出新型控制器新型控制器十项指标：十项指标： 1） 编程简单、现场可修改程序；编程简

8、单、现场可修改程序； 2）维护方便、采用插件式结构；）维护方便、采用插件式结构； 3）可靠性高于继电器控制系统；）可靠性高于继电器控制系统； 4）体积小于继电器控制系统；）体积小于继电器控制系统； 5）数据可以直接送入计算机；）数据可以直接送入计算机； 6）成本可与继电器系统竞争；）成本可与继电器系统竞争； 7）输入可为市电；）输入可为市电； 8）输出可为市电，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；）输出可为市电，能直接驱动电磁阀、交流接触器等； 9）通用性强、易于扩展；）通用性强、易于扩展； 10）用户存储器大于）用户存储器大于4K。三、三、 可编程控制器的特点可编程控制器的特点1、可靠性高，抗干

9、扰能力强；、可靠性高，抗干扰能力强；2、功能强大，性价比高；、功能强大，性价比高；3、编程简易，现场可修改程序；、编程简易，现场可修改程序；4、配套齐全，使用方便；、配套齐全，使用方便；5、寿命长，体积小，能耗低；、寿命长，体积小，能耗低；6、系统的设计、安装、调试、维修工作量少，维、系统的设计、安装、调试、维修工作量少，维护方便。护方便。可编程控制器的技术指标可编程控制器的技术指标v基本技术性能指标有基本技术性能指标有:1I/O点数点数 如如FX系列的系列的I/O点数最多为点数最多为256。2扫描速度扫描速度 小型小型PLC的扫描时间可能大于的扫描时间可能大于40ms。3内存容量内存容量 小

10、型机为小型机为1KB到几千字节，大型机则为几十千字到几千字节，大型机则为几十千字节，甚至节，甚至1MB2MB。可编程控制器的技术指标可编程控制器的技术指标4指令系统指令系统 衡量软件功能强弱的主要指标。衡量软件功能强弱的主要指标。5内部寄存器内部寄存器 用以存放变量状态、中间结果和数据等。用以存放变量状态、中间结果和数据等。6特殊功能模块特殊功能模块 A/D模块、模块、D/A模块、高速计数模块、位置控模块、高速计数模块、位置控制模块、定位模块、温度控制模块、远程通信模制模块、定位模块、温度控制模块、远程通信模块、高级语言编程、各种物理量转换模块等。块、高级语言编程、各种物理量转换模块等。四、可

11、编程控制器的种类四、可编程控制器的种类v按按I/OI/O点数分：点数分：1 1、小型、小型PLCPLC I/O I/O点数为点数为256256点以下的为小型点以下的为小型PLCPLC （其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC）2 2、中型、中型PLCPLC I/O I/O点数为点数为256256点点20482048点的为中型点的为中型PLCPLC3 3、大型、大型PLCPLC I/O I/O点数为点数为20482048以上的为大型以上的为大型PLCPLC （其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）四、可编程控制器的种类四、可编程控制器的种类v按结构形式分按结构形式分整体式整体式

12、将电源、将电源、CPUCPU、I/OI/O接口等部件都集中装接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。多用于小型控制系统中。等特点。多用于小型控制系统中。四、可编程控制器的种类四、可编程控制器的种类模块式模块式 由若干个单独的标准模块单元组成，如由若干个单独的标准模块单元组成，如CPUCPU模块、模块、I/OI/O模块、电源模块（有的含在模块、电源模块（有的含在CPUCPU模模块中）以及各种功能模块等，将这些模块安插在块中）以及各种功能模块等，将这些模块安插在机架上。机架上。五、可编程控制器的编程语言五、可编程控制器的编程语言

13、vPLC编程语言标准（编程语言标准（IEC 61131-3）中有：）中有：1梯形图（梯形图（LD）2顺序功能图（顺序功能图（SFC）3功能块图（功能块图（FBD） 以上以上3种为图形编程语言种为图形编程语言4指令表（指令表（IL）5结构文本（结构文本（ST） 此两种为是文字语言。此两种为是文字语言。五、可编程控制器的应用五、可编程控制器的应用v自自1969年第一台年第一台PLC面世以来，面世以来，PLC已成为已成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。控制器。vPLC与机器人、与机器人、CAD/CAM并称为工业生产并称为工业生产自动化的三大支柱。自

14、动化的三大支柱。五、可编程控制器的应用五、可编程控制器的应用五、可编程控制器的应用五、可编程控制器的应用v 开关量逻辑控制开关量逻辑控制 最基本、最广泛的应用领域。可以用于单台设备，最基本、最广泛的应用领域。可以用于单台设备，也可用于自动生产线。也可用于自动生产线。v 运动控制运动控制 广泛用于各类机械：金属切削机床、金属成型机械、广泛用于各类机械：金属切削机床、金属成型机械、装配机械、机器人、电梯等。装配机械、机器人、电梯等。v 过程控制过程控制 对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的控制。广泛用于轻工、化工、机械、冶金、电控制。广泛用于轻工、化工、机械

15、、冶金、电力、建材等行业。力、建材等行业。五、可编程控制器的应用五、可编程控制器的应用v 数据控制数据控制 包括：四则运算、矩阵运算、函数运算、字逻包括：四则运算、矩阵运算、函数运算、字逻辑运算、求反、循环、移位、浮点数运算等，可以辑运算、求反、循环、移位、浮点数运算等，可以完成数据的采集、分析和处理。完成数据的采集、分析和处理。v 通信联网通信联网 主机与远程主机与远程I/O之间的通信、多台之间的通信、多台PLC之间的之间的通信、通信、PLC与其他智能设备（计算机、变频器、数与其他智能设备（计算机、变频器、数控装置等）之间的通信。控装置等）之间的通信。六、可编程控制器的发展六、可编程控制器的

16、发展v高性能、高速度、大容量发展高性能、高速度、大容量发展 为了提高为了提高PLCPLC的处理能力，要求的处理能力，要求PLCPLC具有更好具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLCPLC的扫描速度可达的扫描速度可达0.1ms/k0.1ms/k步左右。步左右。PLCPLC的扫描速度的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。已成为很重要的一个性能指标。 在存储容量方面，有的在存储容量方面，有的PLCPLC最高可达几十兆最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。泡存储器或硬盘。 六、

17、可编程控制器的发展六、可编程控制器的发展v向小型化和大型化两个方向发展向小型化和大型化两个方向发展 小型小型PLCPLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型微型PLCPLC，最小配置的，最小配置的I/OI/O点数为点数为8 81616点，以适应单机及小点，以适应单机及小型自动控制的需要。型自动控制的需要。 大型化是指大中型大型化是指大中型PLC PLC 向大容量、智能化和网络化发向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模

18、、复杂展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。现已有系统进行综合性的自动控制。现已有I/OI/O点数达点数达1433614336点的点的超大型超大型PLCPLC，其使用，其使用3232位微处理器，多位微处理器，多CPUCPU并行工作和大容并行工作和大容量存储器，功能强。量存储器，功能强。六、可编程控制器的发展六、可编程控制器的发展v大力开发智能模块，加强联网与通信能力大力开发智能模块，加强联网与通信能力 为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程块，如高速计数模块、温度控

19、制模块、远程I/OI/O模块、通信模块、通信和人机接口模块等。和人机接口模块等。 PLCPLC的联网与通信有两类：的联网与通信有两类： PLC PLC之间联网通信，各之间联网通信，各PLCPLC生产厂家都有自己的专有联网手段；生产厂家都有自己的专有联网手段； PLC PLC与计算机之与计算机之间的联网通信。间的联网通信。 为了加强联网与和通信能力，为了加强联网与和通信能力，PLCPLC生产厂家也在协商制生产厂家也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。 六、可编程控制器的发展六、可编程控制器的发展v增强外部故障的检测与处理能力增强外部故障的检测与处理能力 据统计资料表明：在据统计资料表明：在PLCPLC控制系统的故障中，控制系统的故障中，CPUCPU占占5%5%，I/OI/O接口占接口占15%15%，输入设备占，输入设备占45%45%，输出设备占，输出设备占30%30%，线路占，线路占5%5%。 前二项共前二项共20%20%故障属于故障属于PLCPLC的内部故障，它可通过