第一章 PLC的概述

1、重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_1可编程控制器原理及系统可编程控制器原理及系统 教师：廖孝勇教师：廖孝勇Email:lxy_TEL:023-65106188重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_2教材：教材：智能电器与智能电器与MicroLogix 控制器控制器 钱晓龙钱晓龙 李鸿儒李鸿儒 编著编著 机械工业出版社机械工业出版社可编程序控制器原理与设计可编程序控制器原理与设计 David A. Geller

2、著著 清华大学出版社清华大学出版社罗克韦尔罗克韦尔PLC技术基础及应用技术基础及应用 薛迎成薛迎成 编著编著 中国电力出版社中国电力出版社可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器 James A. Rehg， Glenn J. Sartori 著著 薛文轩，李磊薛文轩，李磊 译译 电子工业出版社电子工业出版社参考：参考：http:/ http:/重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_3第一章、第一章、 PLCPLC控制系统的概述控制系统的概述重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel0236510

3、6188 Email: lxy_l PLCPLC的应用情况的应用情况l 顺序控制器的演变顺序控制器的演变l PLCPLC的基本特性的基本特性l PLCPLC的未来趋势的未来趋势l 主要的主要的PLCPLC厂家及产品厂家及产品重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_ PLCPLC在工业控制中的应用在工业控制中的应用工业部门对各种工业自控设备的需求工业部门对各种工业自控设备的需求重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_PLC在工业控制中的应用在工业

4、控制中的应用 电力工业电力工业-输煤系统、锅炉控制输煤系统、锅炉控制. 纺织工业纺织工业-手套机程控、染缸群控手套机程控、染缸群控. 机械工业机械工业-数控机床、自动装卸数控机床、自动装卸. 汽车制造汽车制造-自动焊接、装配生产线自动焊接、装配生产线 冶金行业冶金行业-轧钢机控制、配料控制轧钢机控制、配料控制 食品行业食品行业-啤酒灌装线、配比控制啤酒灌装线、配比控制 公用事业公用事业-高楼电梯控制、水厂控制高楼电梯控制、水厂控制. 重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_l PLCPLC的应用情况的应用情况l 顺序控

5、制器的演变顺序控制器的演变l PLCPLC的基本特性的基本特性l PLCPLC的未来趋势的未来趋势l 主要的主要的PLCPLC厂家及产品厂家及产品重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_控制器是自动控制系统核心部分，其运算方式及处理能力是系统基本特征，其演变过程具有明显的时代痕迹。 / 模拟调节器模拟调节器 调节器调节器 DCS- / 数字调节器数字调节器 / 控制器控制器 综合自动化综合自动化 / 固定式顺序控制器固定式顺序控制器 / 顺序控制器顺序控制器 PLC 矩阵式顺序控制器矩阵式顺序控制器 /DCS-Dist

6、ributed Control SystemPLC-Programmable Logic ControllerP C- Programmable Controller控制器的种类及演变控制器在控制器在闭环控制系统闭环控制系统中接受来自受控对象的中接受来自受控对象的测量信号，按一定的控制规律产生控制信号推测量信号，按一定的控制规律产生控制信号推动执行器工作，完成闭环控制称为动执行器工作，完成闭环控制称为调节器。调节器。用于用于开环控制系统开环控制系统的控制器称为的控制器称为顺序控制器顺序控制器，它按照预定的时间顺序或逻辑条件顺序推动执它按照预定的时间顺序或逻辑条件顺序推动执行器实现开环控制。行器

7、实现开环控制。重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_顺序控制器 Sequential Controller 按预先规定的时间顺序或逻辑条件顺序进行工作的按预先规定的时间顺序或逻辑条件顺序进行工作的控制器。在实际应用中往往是时序和条件的综合控控制器。在实际应用中往往是时序和条件的综合控制。制。 2020世纪世纪5050年代大多采用继电器的年代大多采用继电器的固定式顺序控制器固定式顺序控制器 2020世纪世纪5050年代后期出现了二极管的年代后期出现了二极管的矩阵式顺序控制矩阵式顺序控制器器 2020世纪世纪6060年代

8、末发明了年代末发明了可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器 2020世纪世纪7070年代以来，年代以来，PLCPLC迅速发展迅速发展重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_顺序控制的基本器件电磁继电器重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_顺序控制的基本器件电磁继电器重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_继电器的图形符号a a线圈一般符号线圈一般符号 b b通电延时线圈通电

9、延时线圈 c c断电延时线圈断电延时线圈重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_顺序控制的基本器件电磁继电器重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_顺序控制的基本器件按纽结构图1 1按纽帽按纽帽 2 2复位弹簧复位弹簧 3 3动触点动触点 4 4常闭静触点常闭静触点 5 5常开静触点常开静触点重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_顺序控制的基本器件实物图重庆大学罗克韦

10、尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_电机的直接起停控制QFUM3重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_17SBSB1 1SBSB2 2KMKMKMQFUM3FRFRN电机的直接起停控制重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_固定式继电控制举例重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_固定式继电控制举例重庆

11、大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_固定式继电控制的特点 利用利用触点触点完成逻辑运算，运算关系依靠完成逻辑运算，运算关系依靠硬接线硬接线的方式实现。因此选用的继电器种类繁多，装的方式实现。因此选用的继电器种类繁多，装置体积庞大。置体积庞大。 这类装置只适应这类装置只适应预定预定的逻辑条件，属于专用型的逻辑条件，属于专用型装置。一旦控制要求发生改变，就需重新设计装置。一旦控制要求发生改变，就需重新设计和配线。安装的工作量大，适应能力低，调试和配线。安装的工作量大，适应能力低，调试、故障诊断困难。更难完成通讯连网的任务，

12、、故障诊断困难。更难完成通讯连网的任务，装置通常装置通常独立独立于系统之外。于系统之外。重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_固定式继电控制的特点 继电器的触点用得多，线头接点多，必将导致装置继电器的触点用得多，线头接点多，必将导致装置的故障率高，可靠性低的故障率高，可靠性低; 继电控制装置只能根据具体的要求进行设计和制作继电控制装置只能根据具体的要求进行设计和制作，缺乏相应的标准，功能扩展不便，缺乏相应的标准，功能扩展不便; 继电控制是一种并行处理方式，其设计方法体现了继电控制是一种并行处理方式，其设计方法体现了面

13、向对象的思想。其控制回路常称为梯形图，为广面向对象的思想。其控制回路常称为梯形图，为广大电气工程师所熟悉。发展成可编程控制器的一种大电气工程师所熟悉。发展成可编程控制器的一种程序设计语言。程序设计语言。重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_矩阵式顺序控制器输出矩阵示意重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_矩阵式顺序控制器输出控制程序示意重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email:

14、 lxy_顺序控制器常用检测控制元件重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_PLC的诞生 针对顺序控制装置的种种不足及不便，针对顺序控制装置的种种不足及不便，美国美国DECDEC公司公司于于19691969年研制成功第一台年研制成功第一台PLCPLC。主要是为满足。主要是为满足GMGM公公司缩短汽车改型而需经常调整自动控制系统的周期司缩短汽车改型而需经常调整自动控制系统的周期和费用。和费用。 在在PLCPLC中用存储器的位代替继电器，该位既是线圈又中用存储器的位代替继电器，该位既是线圈又是触点。当线圈看待时，对该位进行

15、写（是触点。当线圈看待时，对该位进行写（1 1或或0 0）。）。作为触点看时，则对该位执行读。其原值代表常开作为触点看时，则对该位执行读。其原值代表常开，而其非就代表了常闭。代表触点时可无限制地重，而其非就代表了常闭。代表触点时可无限制地重复使用。由此带来革命性的变革，逻辑运算不需硬复使用。由此带来革命性的变革，逻辑运算不需硬接线，体积相对庞大的继电器由软继电器所代替。接线，体积相对庞大的继电器由软继电器所代替。重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_PLC的诞生 19711971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研

16、制年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台可编程序控制器出了日本第一台可编程序控制器DSC-8DSC-8。 19731973年，西欧国家也研制出了他们的第一台可编程年，西欧国家也研制出了他们的第一台可编程序控制器。序控制器。 19741974年，中国研制出第一台年，中国研制出第一台PLCPLC。重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_PLC的概念 国际电工委员会（国际电工委员会（IEC）在）在1985年的年的PLC的的PLC标标准草案第准草案第3稿中，对稿中，对PLC作了如下定义：作了如下定义： 可编程序

17、控制器是一种数字运算操作的电子系统，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。它采用可编程序的存专为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、顺序控制、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作的指令，并通过数字式、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过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，都应按易于使工程。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，易于扩充其功能的原则设业控制系统

18、形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。计。重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_l PLCPLC的应用情况的应用情况l 顺序控制器的演变顺序控制器的演变l PLCPLC的基本特性的基本特性l PLCPLC的未来趋势的未来趋势l 主要的主要的PLCPLC厂家及产品厂家及产品重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_可编程控制器不是继电控制的简单替代品其功能继电器控制无法比拟：其功能继电器控制无法比拟： 定时控制定时控制 计数控制计数控制 步进步

19、进( (顺序顺序) )控制控制 PIDPID控制控制 数据控制：数据控制：PLCPLC具有数据处理能力。具有数据处理能力。 逻辑控制逻辑控制 通信和联网通信和联网 PLC PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，高速计数模块等。的要求，如：定位控制模块，高速计数模块等。重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_性能上可编程序控制器更有以下特点： 可靠性可靠性q 所有的所有的I/OI/O接口接口电路均采用电路均采用光电隔离光电隔离，使工业现场的外电路与

20、，使工业现场的外电路与PLCPLC内部电路之间电气上隔离。内部电路之间电气上隔离。q 各各输入端输入端均采用均采用R-CR-C滤波滤波器，其滤波时间常数一般为器，其滤波时间常数一般为10-20ms.10-20ms.q 各各模块模块均采用均采用屏蔽屏蔽措施，以防止辐射干扰。措施，以防止辐射干扰。q 采用性能优良的采用性能优良的开关电源开关电源。q 对采用的器件进行严格的筛选。对采用的器件进行严格的筛选。q 良好的良好的自诊断自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPUCPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。立即采用有效措施，以防止故障扩大。q

21、大型大型PLCPLC还可以采用由双还可以采用由双CPUCPU构成构成冗余冗余系统或有三系统或有三CPUCPU构成构成表决表决系系统统, ,使可靠性更进一步提高。使可靠性更进一步提高。 重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_性能上可编程序控制器更有以下特点： 易操作性易操作性q PLCPLC的编程大部分可以用电脑直接进行，更改程序简单、然后可的编程大部分可以用电脑直接进行，更改程序简单、然后可以在线或离线更改；以在线或离线更改；q PLCPLC有多种程序设计语言可以使用，梯形图与电气原理图相似；有多种程序设计语言可以使

22、用，梯形图与电气原理图相似；q PLCPLC所具有的自诊断功能对维修人员的技术要求较低，当系统发所具有的自诊断功能对维修人员的技术要求较低，当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断可直接找到故障所在的部生故障时，通过硬件和软件的自诊断可直接找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间，降低了位，为迅速排除故障和修复节省了时间，降低了MTTRMTTR 。重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_性能上可编程序控制器更有以下特点： 灵活性灵活性 q PLCPLC采用的标准编程语言有梯形图、指令表、功能图表、功能模采用的

23、标准编程语言有梯形图、指令表、功能图表、功能模块图和结构化文本编程语言等。使用者只要掌握其中一种编程块图和结构化文本编程语言等。使用者只要掌握其中一种编程语言就可进行编程，编程方法的多样性使编程方便；语言就可进行编程，编程方法的多样性使编程方便；q PLCPLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可以根据应用的规模的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可以根据应用的规模不断不断扩展扩展，即进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围，即进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。它不仅可以通过增加输入输出卡件增加点数，通过扩的扩展。它不仅可以通过增加输入输出卡件增加点数，通过扩展单元扩大容量和功

24、能，也可以通过展单元扩大容量和功能，也可以通过多台多台PLCPLC的通信的通信来扩大容量来扩大容量和功能；和功能；q 操作的灵活性指设计工作量、编程工作量、和安装施工的工作操作的灵活性指设计工作量、编程工作量、和安装施工的工作量的减少。操作变得十分方便和灵活，监视和控制变得很容易量的减少。操作变得十分方便和灵活，监视和控制变得很容易。在继电器顺序控制系统中所需的一些操作得到简化，不同生。在继电器顺序控制系统中所需的一些操作得到简化，不同生产过程可采用相同的控制台和控制屏等。产过程可采用相同的控制台和控制屏等。重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106

25、188 Email: lxy_性能上可编程序控制器更有以下特点： 安装简单、维修方便安装简单、维修方便 q PLCPLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与时只需将现场的各种设备与PLCPLC相应的相应的I/OI/O端相连接端相连接，即可投入，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。行情况和查找故障。q 由于采用由于采用模块化结构模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通，因此一旦某模块发生故障，用户可以通

26、过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。 重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_l PLCPLC的应用情况的应用情况l 顺序控制器的演变顺序控制器的演变l PLCPLC的基本特性的基本特性l PLCPLC的未来趋势的未来趋势l 主要的主要的PLCPLC厂家及产品厂家及产品重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_351、向高性能、高速度、大容量发展、向高性能、高速度、大容量发展大型可编程序控制器采用多大型可编

27、程序控制器采用多CPUCPU结构，不断地向高性能、高结构，不断地向高性能、高速度和大容量方向发展，如使用速度和大容量方向发展，如使用3232位微处理器等位微处理器等2、向超大型、超小型两个方向发展。、向超大型、超小型两个方向发展。微型可编程序控制器的价格便宜，性能价格比不断提高，很微型可编程序控制器的价格便宜，性能价格比不断提高，很适合于单机自动化或组成分布式控制系统。适合于单机自动化或组成分布式控制系统。3、大力开发智能型、大力开发智能型I/O模块、加强联网通信能力模块、加强联网通信能力PLC厂商不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度厂商不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制

28、模块、远程控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能和存储器的智能I/O模块，既扩展了模块，既扩展了PLC功能，又使用功能，又使用灵活方便，扩大了灵活方便，扩大了PLC应用范围。应用范围。 重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_364、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根据统计资料表明：在根据统计资料表明：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

29、，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%。前两项共前两项共20%20%故障属于故障属于PLCPLC的内部故障；其余的内部故障；其余80%80%的故障属于的故障属于PLCPLC的外部故障。因此，的外部故障。因此，PLCPLC生产厂商都致力于研制、发展用生产厂商都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，以期进一步提高系统的可于检测外部故障的专用智能模块，以期进一步提高系统的可靠性。靠性。5、专业化、专业化 在通用功能基础上针对不同行业应用特点开发专业化在通用功能基础上针对不同行业应用特点开发专业化PLCPLC产产品，可以提高产品性能、降低产品成本

30、，可以提高产品易用品，可以提高产品性能、降低产品成本，可以提高产品易用性和专业化水平，提高产品综合竞争实力。这种专业化应用性和专业化水平，提高产品综合竞争实力。这种专业化应用体现软件功能上，也体现硬件构成上。体现软件功能上，也体现硬件构成上。重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_376、可编程序控制器编程语言的标准化、可编程序控制器编程语言的标准化与个人计算机比，与个人计算机比，PLCPLC的硬件、软件体系结构都是封闭的而不是的硬件、软件体系结构都是封闭的而不是开放的。在硬件方面，各厂家的开放的。在硬件方面，各厂家的

31、CPUCPU模块和模块和I/OI/O模块互不通用，模块互不通用，通信网络和通信协议也是专用的，编程语言和指令系统也不一通信网络和通信协议也是专用的，编程语言和指令系统也不一致，致，IECIEC制定了制定了PLCPLC标准（标准（IEC1131IEC1131），其中的第），其中的第3 3部分部分（IEC1131-3IEC1131-3）是）是PLCPLC的编程语言标准。的编程语言标准。7、可编程序控制器的软件化与、可编程序控制器的软件化与PC化化目前已有很多厂家推出了在目前已有很多厂家推出了在PCPC上运行的可实现上运行的可实现PLCPLC功能的软功能的软件包。亚控公司的件包。亚控公司的KingP

32、LCKingPLC，研华公司的基于，研华公司的基于PCPC的软逻辑控的软逻辑控制器制器ADAM-5501/P31ADAM-5501/P31。8、与、与DCS相互融合相互融合重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_用PLC同时实现过程与顺序控制重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_PLC组成分散式控制系统重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_l PLCPLC的应用情况

33、的应用情况l 顺序控制器的演变顺序控制器的演变l PLCPLC的基本特性的基本特性l PLCPLC的未来趋势的未来趋势l 主要的主要的PLCPLC厂家及产品厂家及产品重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_ 目前，世界上有200多家PLC厂商，400多品种的PLC产品，PLC产品可按地域分成三大流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品 。国内外主要厂家PLC产品简介 重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_日本日本PLC

34、主要生产厂家及产品性能 日本三菱公司日本三菱公司PLC 小型：F1F2FX系列大中型：A系列、QnA系列、Q系列 日本欧姆龙（日本欧姆龙（OMRON）公司）公司PLC SYSMAC C系列PLC整体式结构的微型PLC机是以C20P为代表的机型 OMRON 中型机以C200H系列最为典型 重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_ 日本松下公司日本松下公司PLC 松下公司的PLC产品中，FPO为微型机，FP1为整体式小型机，FP3为中型机，FP5/FP10、FP10S（FP10的改进型）、FP20为大型机，其中FP20是最

35、新产品。 日本日本PLC主要生产厂家及产品性能重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_欧美欧美PLC主要生产厂家及产品性能 美国罗克韦尔公司美国罗克韦尔公司 PICOPICO系统系统MicroLogixMicroLogix系统系统 SLC-500SLC-500系统系统PLC-5PLC-5系统系统ControlLogixControlLogix系统系统CompactLogixCompactLogix系统系统FlexLogixFlexLogix系统系统 美国通用电气公司美国通用电气公司GE系列系列PLC GE公司的代表产品是： 小型机:GE-1、GE-1/J、GE-1/P 中型机:GE- 大型机:GE-重庆大学罗克韦尔自动化实验室 廖孝勇 Tel02365106188 Email: lxy_欧美欧美PLC主要生产厂家及产品性能 德国西门子（德国西门子（SIEMENS）公司）公司S系列系列PLC 德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等