《可编程序控制器应用技术》课件第1章

第1章可编程序控制器概述1.1PLC简介

1.2PLC的应用、特点和发展趋势

1.1PLC简

介

1.1.1PLC的产生在PLC问世以前，工业控制领域中继电器接触器控制技术占据着主导地位。继电器接触器控制系统采用固定硬件接线方式实现逻辑控制，一旦现场工艺变更，就必须重新设计、安装和调试，不仅造成了时间和资金的浪费，也无法满足日益发展的工业技术要求。美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM)为了适应汽车型号的不断变更，以求在激烈竞争的汽车工业中占有优势，于1968年提出要用一种新型的控制装置来取代继电器接触器控制系统，并对未来新型控制装置做出了具体设想，特别拟定如下10项公开招标的技术要求：

(1)编程简单方便，可在现场修改程序。(2)硬件维护方便，采用插件式结构。(3)可靠性高于继电器接触器控制装置。(4)体积小于继电器接触器控制装置。(5)可将数据直接送入计算机。(6)用户程序存储器容量至少可以扩展到4 KB。(7)输入可以是110 V交流。(8)输出为115 V/2 A以上交流，能直接驱动电磁阀、交流接触器等。(9)通用性强，扩展方便。(10)成本上可与继电器接触器控制装置竞争。

1.1.2PLC的定义在PLC的发展过程中，各生产厂商对PLC有着不同的定义。其中美国电器制造商协会(NEMA)经过四年的调查，在1980年把这种新型的控制器正式命名为可编程序控制器(ProgrammableController，简称PC)并做出了相应的定义。为了区分个人计算机，通常称其为PLC。国际电工委员会(IEC)从1982年开始几易其稿，于1987年将可编程序控制器定义为“一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，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，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其外部设备都应按易于与工业系统联成一个整体且易于扩充其功能的原则设计。”1.2PLC的应用、特点和发展趋势

1.2.1PLC的应用

1．开关量控制这是PLC的最基本的功能，由于PLC具备强大的逻辑运算能力，可以实现各种简单和复杂的逻辑运算，用于取代传统的继电器接触器控制系统。

2．模拟量控制在工业现场中有许多诸如温度、压力、流量、液位和速度等模拟量，而PLC的微处理器只能处理数字量，所以在PLC中配置了A/D和D/A转换模块，把现场的模拟量信号经A/D转换后送CPU处理，并把PLC运算处理所得出的数字量再经D/A转换成模拟量去控制被控设备，以完成现场的连续控制。

3．闭环过程控制

PLC配置PID控制单元或模块后可实现对控制现场的某种变量(如电压、电流、温度、速度、位置等)的闭环PID控制。

4．定时/计数控制

PLC具有定时/计数控制功能，可以通过程序或拨码盘来设定时间/计数的数值。

5．顺序(步进)控制在工业控制现场，可以通过步进顺控指令或移位寄存器指令实现顺序控制。

6．数据处理现代PLC不仅具备数字运算(包括四则运算、矩阵运算、函数运算、浮点运算等)和数据传送功能，而且还具有数据比较、转换、通信、显示和打印等功能。

7．通信和联网

PLC可以实现三级网络链接。上位链接实现与计算机的通信；同位链接实现PLC之间的通信；下位链接实现对远程I/O的控制。

1.2.2PLC的特点

1．可靠性高、抗干扰能力强

PLC在设计制造过程中，除了对元器件进行严格的筛选外，硬件和软件都采取了屏蔽、滤波、光电隔离、故障诊断和自恢复等措施，有的还采用了冗余技术等，进一步增强了PLC的可靠性。

2．通用性强、灵活性好、功能齐全

PLC产品已系列化，为用户提供了品种齐全的I/O模块。用户只需根据现场要求进行模块配置，再对控制系统编制相应的应用程序，即可构建出控制系统。而在控制要求变更时，只需修改应用程序，从而增强了控制系统的柔性。

3．编程简单、使用方便

PLC基本编程方式采用梯形图语言，与继电器接触器控制系统的电路原理图非常相似，易于被电气工程技术人员接受，并很容易与流程图编程、语句表编程之间实现有条件转换。

4．模块化结构使系统组合灵活

PLC各类部件均采用模块化设计，各模块由机架和电缆连接。系统的功能和规模可根据用户的实际需求自行配置，使得性能和价格更趋合理，同时也使扩展和维护更加方便。

5．安装简单、调试方便在现场只需要将I/O设备与PLC相应的端子相连即可完成硬件配置，缩短了安装时间。调试包括室内模拟调试和现场调试。在室内调试时，用模拟开关输入信号代替现场实际信号，观察PLC输入/输出的发光二极管即可知道输入/输出的状态，并进行修改。完成室内模拟调试后再进行现场联机调试。

1.2.3PLC的发展趋势

1．增强网络通信功能

PLC将具有计算机集散控制系统(DCS)的功能。网络化和增强通信能力是PLC的一个重要发展趋势。

2．发展智能模块智能模块是以微处理器为基础的功能部件，其CPU和PLC的CPU并行工作，占用PLC的机时很少，有利于提高PLC扫描速度和特殊控制要求。这些不断出现的新智能I/O模块，使PLC在实时精度、分辨率、人机对话等方面得到进一步的改善和提高。

3．外部诊断功能在PLC控制系统中，80%的故障发生在外围，能快速准确地诊断故障将极大地减少维护时间。因此，研制了智能可编程I/O系统，开发了故障诊断程序并发展了公共回路远距离诊断和网络诊断技术，供用户了解I/O组件状态和监测系统的故障。

4．编程语言、编程工具标准化、高级化随着PLC功能的增强，梯形图语言的一统局面将被打破，而符合IEC1131标准的顺序功能图(SFC)标准化语言、高级语言将会更多地得到应用。高级语言更有利于通信、运算、打印和报表等。手持式编程器也将为计算机所取代，并将会出现通用的、功能更强的组态软件，以进一步改善开发环境，提高开发效率。

5．软件、硬件的标准化

PLC的各生产厂商在硬件和软件系统设计中互不兼容，差异很大，这给PLC的进一步发展带来了诸多不便。国际电工委员会(IEC)对PLC未来的发展制定出了一个方向或框架，并先后颁布了IEC1131-1～IEC1131-5五项包括一般信息、设备特性与测试、编程语