项目一任务1了解PLC技术产生背景和应用情况

《可编程控制器技术应用》了解PLC技术产生背景和应用情况主讲教师：×××Microbot目录010203第一部分：任务描述第二部分：相关知识第三部分：任务检查与评价目录第一部分任务描述第一个任务是通过参观可编程控制应用场所，搜索PLC的相关资料，了解PLC的产生背景、种类及应用范围，分组讨论PLC的特点，搜集整理PLC实际应用案例材料一份。一、任务描述1.学习目标（1）了解PLC的产生背景。（2）熟悉PLC的应用范围。2.实施条件（1）校内或校外实训基地，供学习者了解PLC的应用场合。（2）计算机，供学习者上网查询相关资料。目录第二部分相关知识一、PLC的产生可编程序控制器（programmablelogiccontroller，PLC）本质上是一种工业计算机。它连续监视输入设备的状态，并根据用户自定义程序输出结果，以控制输出设备的状态。

从20世纪20年代起，人们把各种继电器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来，组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统的继电接触器控制系统。由于它结构简单、容易掌握、价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用范围较广，在工业控制领域中一直占主导地位。但是以各种继电器为主要元件的电气控制线路可能需要成千只继电器来构成，需要使用成千上万根导线来连接，安装这些继电器需要大量的继电器控制柜，且占据大量的空间，如图1-1所示。运行时，又产生大量的噪声，消耗大量的电能。为保证控制系统的正常运行，需要安排大量的电气技术人员进行维护。系统出现故障，排除故障又非常困难。尤其是在生产工艺发生变化时，可能需要增加很多的继电器或控制柜，系统改造的工作量极大，所以通用性和灵活性较差。对继电器控制系统升级改造而言意味着系统重构，这将会浪费大量的人力、物力和时间。一、PLC的产生图1-1继电器系统电气控制柜一、PLC的产生20世纪50年代开始至20世纪70年代，汽车产品的多样化成为汽车工业主要竞争点，汽车生产线的自控系统基本上由继电器控制装置构成。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期变短，因而继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，这不仅费时、费工、费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，1968年4月，美国通用汽车（GM）公司公开招标，发布了一个替代继电器系统的提议。包括十点要求：（1）编程方便，现场修改程序（2）维护方便（3）可靠性高于继电器控制柜（4）体积小于继电器控制柜（5）成本低于继电器控制柜（6）有数据通信功能（7）输入5V，11A（8）可在恶劣环境下工作（9）扩展时，原系统变更要少（10）用户程序存储容量可扩展到4KB。一、PLC的产生在众多投标公司中，3家公司最终入围进入评标阶段：美国数字设备公司（DEC），3-I,和一家咨询公司BedfordAssociates（Modicon公司的前身）。它们的产品分别为：DEC公司的PDP-14（图1-2）,3-I公司的PDQ-II,以及Bedford公司的Modicon084，世界上最早的PLC见图1-2。图1-2世界上最早的PLC二、PLC的发展

PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，国际电工委员会（IEC）先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通过了对它的定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/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外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”在20世纪70年代中末期，PLC进入了实用化发展阶段。计算机技术已全面引入PLC中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能以及极高的性价比，都奠定了其在现代工业中的地位。在20世纪80年代初，PLC在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产PLC的国家日益增多，产量日益上升。这标志着PLC已经步入了成熟阶段。二、PLC的发展

在20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，在这个时期内年增长率一直坚持为30~40%，说明PLC的处置模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力已经得到了大幅度的提高。PLC也开始逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了过程控制领域中处于统治地位的DCS系统。在20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是需要更加适应于现代工业。这个时期发明了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。三、PLC的特点

PLC的诞生给工业控制带来了一次革命性的飞跃，与继电器、微机控制相比，PLC有它独特之处。1.可靠性高、抗干扰能力强对于工业控制器来讲，可靠性是一个非常重要的指标，如何能在各种恶劣的工业环境和条件下，平稳、可靠地工作，将故障率降低至最低，是研制每一种控制器件必须考虑的问题。PLC采用的是微电子技术，大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的，因此不会出现继电器控制系统中的接线老化、脱焊、触点电弧等现象，提高了可靠性。另外PLC还在硬件和软件量方面采取了许多有力措施来提高其可靠性。PLC具有很高的可靠性和抗干扰能力，因此被称为“专为适应恶劣工业环境而设计的计算机”。三、PLC的特点

2.控制系统结构简单、通用性强、应用灵活PLC产品系列化，品种齐全，外围模块多，可自由组合成各种大小不同要求的控制系统。只需根据控制要求配置系统，接线工作量很小。3.编程方便，易于使用这是PLC优于微机的另一个特点。目前大多数PLC采用继电控制形式的“梯形图编程方式”，即有传统控制线路的清晰直观，又适合电气技术人员的读图习惯和微机应用水平，易于接受，与常用的汇编语言相比，更受欢迎。这样进一步简化编程，当今的PLC还针对具体问题设计了诸如步进梯形指令、功能指令等。PLC是为车间操作人员而设计的，一般只要很短时间的训练即能学会使用。而微计算机控制系统则要求具有一定知识的人员操作。当然，PLC的功能开发，需要有软件专家的帮助。三、PLC的特点4.功能完善，扩展能力强PLC内部含有数量巨大的开关量软元件，可用于开关量逻辑控制；还有许多控制功能，可实现A/D、D/A转换及PID运算，实现过程控制、数字控制等；可实现通信联网控制，不但可以现场控制，还可远程控制。5.PLC控制系统设计、安装、调试方便PLC具有数字和模拟量输入、输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录和显示功能，硬软件齐全，且为模块积木式结构，只需根据控制要求选用，安装接线工作量大大减少；由于PLC采用软件编程来达到控制功能，而不同于继电器控制采用接线来达到控制功能，能率先进行模拟调试方式，并且操作化的功能和监视化的功能很强，这些都减少了调试工作量。三、PLC的特点

6.维修方便、维修工作量小PLC具有完善的自诊断、履历情报存储及监视功能，对内部工作状态、通信状态、异常、I/O点的状态均有显示。通过显示的状态，可迅速处理、及时排除故障。7.结构紧凑、体积小、重量轻、易于实现机电一体化PLC将把微型计算机技术与继电器控制技术很好地融合在一起，结构紧凑、体积小、重量轻，且具有监控计算机联网的功能。因而它的应用几乎覆盖了所有的工业企业，既能对传统机械设备改造升级，又适用于生产过程控制，实现工业生产的优质、高产、节能与降低成本。综上所述，PLC技术代表了当前电气控制的世界先进水平。PLC技术与数控技术、工业机器人技术，是机械工业自动化的三大“支柱”。四、PLC应用领域1.开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制是PLC最基本的控制功能，所控制的逻辑可以是各种各样的：时序的、组合的、延时的、技术的、不计数的等。控制的输入、输出点数可以不受限制。少则十点，几十点，多则成千上万点，并通过连网来实现控制，如图1-3、图1-4所示。图1-3交通灯图1-4旋转门四、PLC应用领域2.数据的处理现代的PLC都具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能，可进行数据的采集、分析和处理，同时可通过通信接口将这些数据传送给其他智能装置进行处理，如图1-5所示。图1-5数据采集及处理四、PLC应用领域3.运动控制大多数PLC都有驱动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块。这一功能广泛用于各种机械设备，如图1-6、图1-7所示。图1-6工业机器人运动控制图1-7机器狗运动控制四、PLC应用领域4.通信连网PLC的通信包括PLC与PLC、PLC与上位计算机、PLC与其他智能设备之间的通信，PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。五、PLC的类型

PLC种类繁多，可以从多个角度划分。一般来说可以从4个角度对PLC进行分类。分别是从PLC的规模、性能、结构和厂家。（1）按规模划分PLC按规模分为小型机、中型机、大型机。小型机：小型机的控制点一般在256点之内,适合于单机控制或小型系统的控制。中型机：中型机的控制点一般不大于2048点,可用于对设备进行直接控制，还可以对多个下一级的PLC进行监控，它适合中型或大型控制系统的控制。大型机：大型机的控制点一般大于2048点,不仅能完成较复杂的算术运算还能进行复杂的矩阵运算。它不仅可用于对设备进行直接控制，还可以对多个下一级的PLC进行监控。五、PLC的类型

（2）按性能划分PLC按性能可以分为高档机、中档机和低档机。低档机：这类PLC，具有基本的控制功能和一般的运算能力。工作速度比较低，能带的输入和输出模块的数量比较少。中档机：这类PLC，具有较强的控制功能和较强的运算能力。它不仅能完成一般的逻辑运算，也能完成比较复杂的三角函数、指数和PID运算。工作速度比较快，能带的输入、输出模块的数量也比较多，输入和输出模块的种类也比较多。高档机：这类PLC，具有强大的控制功能和强大的运算能力。它不仅能完成逻辑运算、三角函数运算、指数运算和PID运算，还能进行复杂的矩阵运算。工作速度很快，能带的输入、输出模块的数量很多，输入和输出模块的种类也很全面。这类PLC可以完成规模很大的控制任务。在联网中一般做主站使用。五、PLC的类型

（3）按结构划分PLC按结构可以分为整体式和组合式。整体式：整体式PLC是将中央处理单元（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组成一体，如图1-8所示。另外还有独立的I/O扩展单元与主机配合使用。整体式PLC的特点是结构紧凑、体积小、重量轻、价格低、输入/输出点数固定、实现的功能和控制规模固定，灵活性较低。小型PLC常采用这种结构，适用于工业生产中的单机控制。五、PLC的类型

组合式：组合式又称为总线结构，其总线做成总线板，上面有若干个总线槽，每个总线槽上可安装一个PLC模块，不同的模块实现不同的功能，如图1-9所示。PLC的CPU、存储器做成一个模块（有的把电源也做在上面），该模块在总线上的安装位置一般来说是固定的。其他模块可根据PLC的控制规模、实现的功能选用，安装在总线板的其他任一总线槽上。组合式PLC安装完成后，需进行登记，使PLC对安装在总线上的各模块进行地址确认。组合式PLC的总线板又称底板。装有CPU单元的底板称为CPU底板，其他称为扩展底板。CPU底板与扩展底板之间通过电路连接，距离一般不超过10m。组合式PLC的特点：系统配置灵活，可构成具有不同控制规模和功能的PLC，但它的价格较高。一般大、中型PLC采用这种结构。图1-8整体式PLC图1-9组合式PLC五、PLC的类型

（4）按品牌划分