第1章《可编程控制器概述》课件

可编程控制器应用

技术（三菱）何苗教学要求1、了解可编程序控制器的由来及其特点2、熟悉PLC的应用领域3、掌握PLC发展趋势可编程序控制器(ProgrammableLogicController,简称PLC)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展起来的一种新型工业自动控制装置。PLC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，在自动控制领域应用得十分广泛。第1章可编程控制器概述1.1可编程控制器的产生与发展1.1.1PLC的产生继电接触控制系统用弱电信号控制强电信号，简单，易懂，价格便宜接线复杂，故障查找与排除非常困难，改造工期长、费用高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，无法适应现代工业发展的需要。1968年，GM为了改造汽车生产设备的传统控制方式，提出了以下10条招标的技术指标:(1)编程简单方便，可在现场修改程序;(2)维修方便，最好采用插件式结构;(3)可靠性要高于继电器控制系统;(4)体积小于继电器控制系统;(5)可将数据直接送入管理计算机;(6)成本可与继电器控制系统竞争;(7)输入可以是AC115V;(8)输出在AC115V、2A以上，能直接驱动电磁阀和接触器等;(9)扩展时，原有系统只需要很小的改动;(10)用户程序存储器的容量至少4KB。1、早期PLC（60年代末～70年代中期）PLC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“硬接线”变为“软接线”方式。CPU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。2、中期PLC（70年代中期～80年代中后期）CPU采用微处理器，增加了模拟量模块、远程I/O模块，存储器采用EPROM，具有新的算术运算、数据处理和传送等功能。1.1.2PLC的发展3、近期PLC（80年代中后期至今）CPU采用8位和16位微处理器，有些还采用多微处理器结构，存储器采用EPROM、AROM、CMOSRAM等，具有很强的数学运算、运动控制和PID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。发展历史1968年，美国通用汽车招标研制新型工业控制器；1969年，美国数字设备公司（DEC）研制第一台PLC，型号为PDP-14；1971年，日本引进；1973年，西欧引进；1973年，PLC具有了通信能力，PLC之间可以进行相互对话，使得它们可以远离工业控制现场。90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统和现代网络技术，PLC由单CPU转向多CPU，16位和32位微处理器被大量应用于PLC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。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“可编程逻辑控制器（Programmable

logicController，PLC）”。1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为可编程序控制器（ProgrammableController），简称PC。为了和个人计算机（PC）相区别，仍然沿用最初仅用于逻辑控制的名称，称为PLC。名称的发展1987年，国际电工委员会（IEC）定义：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、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，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。1.2可编程控制器的特点1.2.1可编程控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——接触器通过接线来实现控制的，而PLC控制系统中，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。例1：用继电接触器实现电动机启、停控制QSFRFUKMM3~

工作原理:

合刀开关QS按SB1→KM线圈得电按SB2→KM线圈失电M3~M3~→KM辅助触头闭合自锁→KM主触头闭合→M运转→KM辅助触头解除自锁→KM主触头断开→M停转KMSB1KMSB2FR主电路控制电路QSFRFUKMM3~M3~M3~KMFRX0X1COMY0COM1Y0X0Y0~220VSB1SB2PLCX1用PLC实现电动机启、停控制主电路控制电路用户程序例2：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SB1、SB2，实现机械互锁正转反转直接转换KM1和KM2的电气互锁必不可少！QsKRFUM3~KM1KM2KM2SB1SB3FRSB2KM1KM2KM1KM2KM1

UVW用PLC实现电动机正、反转控制PLC内部用户程序Y0X0Y0X2Y1X1Y1X2X1X0Y0Y1QSFRFUM3~KM1KM2

UVWKM1FRX0X1COMY0COM1SB1SB2PLCSB3X2KM2KM1Y1KM2~220V1、从控制系统上比较比较项目继电器逻辑可编程控制器控制逻辑接线逻辑，体积大，接线复杂存储逻辑，体积小，连线少，易于扩展控制速度速度为几十毫秒，易触点抖动每条指令执行时间在微秒级，不会触点抖动限时控制由时间继电器实现，精度差用集成电路实现，精度高触点数量4～8对，易磨损任意多个，永不磨损工作方式并行工作串行循环扫描设计与施工必须顺序进行，周期长周期短，调试、修改方便可靠性与可维护性寿命短，可靠性与可维护性差寿命长，可靠性高，有自诊断功能，易于维护价格价格便宜初期投资较高2、从编程语言上比较继电器控制系统PLC控制系统物理继电器动合动断触点个数有限母线接电源触点状态取决于线圈中有无电流软继电器动合动断触点个数无限母线不接电源输入继电器由外部信号驱动1.2.2PLC的特点抗干扰能力强，可靠性高，灵活性和通用性强编程简单，易学易用PLC与外部设备连接简单、使用方便系统的设计、安装、调试工作量少体积小，结构紧凑1.3可编程控制器的分类1.3.1按I/O点数分

（1）小型PLCI/O点数为256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。（2）中型PLCI/O点数为256点以上、2048点以下，增加了模拟量输入、输出、算术运算、数据通信等功能，可完成既有开关量又有模拟量的复杂控制。（3）大型PLCI/O点数为2048以上，功能更完善，可用于大规模的过程控制。1.3.2根据结构形式分类（1）整体式将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。一个箱体就是一个完整的PLC，叫做一个单元。（2）模块式将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。PLC有一块带有插槽的母板，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PLC。优点：系统构成非常灵活，安装、扩展、维修都很方便。缺点：体积比较大。（3）叠装式单元式和模块式相结合的产物,把某一系列PLC工作单元的外形都作成外观尺寸一致的，CPU、I/O口及电源也可做成独立的，不使用模块式PLC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PLC。按功能分低档PLC：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、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。中档PLC：具有低档PLC功能外，增加模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能。高档PLC：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数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能。PLC的品牌美国艾伦-布拉德利公司（A-B：Allen-Bradley）德国西门子公司（Siemens）法国的施耐德公司（TE：Telemecanique）日本三菱公司（MITSUBISHI）日本欧姆龙公司（OMRON）日本富士电机公司（FujiElectric）日本东芝公司（TOSHIBA）日本松下电工公司（MEW）等大型中小型三菱PLCQ系列PLCFX2N系列PLCFX1N系列PLCFX1S系列PLC西门子PLCS7-200系列PLCS7-300系列PLCS7-400系列PLC欧姆龙PLCC200H系列PLCCPM1A、CPM2A系列PLC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、多功能两个方向发展。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出现PLC品牌垄断国际市场的局面技术规模产品通讯市场1.4可编程控制器的发展趋势

1、输入/输出点数输入/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/输出点数，它是描述可编程控制器大小的一个重要参数。

2、存储容量PLC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，是系统性能的一项重要技术指标。1.5可编程控制器的性能指标

3、扫描速度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，扫描速度与扫描周期成反比。

4、指令系统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，软件功能就越强，但掌握应用也相对较复杂。

5、可扩展性小型可编程控制器的基本单元（主机）多为开关量I/O接口，模拟量处理、高速处理、温度控制、通信等智能扩展模块的多少及性能也已成为衡量可编程控制器产品水平的标志

6、通信功能可编程控制器的组网和通信能力也已成为可编程控制器产品水平的重要衡量指标之一。PLC的应用领域

1、开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制使PC的最基本控制功能。目前，PC首用的目标，就是用于开关量的控制。

2、模拟量的闭环控制PC具有A/D、D/A转换及算术运算等功能，因此可以实现模拟量控制。