PLC发展历史上课讲义

PLC发展历史

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PLC发展历史.txt我不奢望什么，只希望你以后的女人一个不如一个。真怀念小

时候啊，天热的时候我也可以像男人一样光膀子！PLC发展史：

一、PLC的产生

1.继一接控制回顾

由学生回答继电器（接触器）的结构、原理、画出三相异步电机启一停的主电路

图、控制电路图

由学生归纳出继一接控制的不足，从而引出“PLC的产生”

2.PLC的产生

68年美国通用汽车公司（GM）招标要求：

（1）软连接代替硬接线（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）有数据通讯功能

（7）输入115V（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4K

核心思想：

­用程序代替硬接线

•输入/输出电平可与外部装置直接相联

•结构易于扩展

这是PLC的雏形。

69年美国DEC公司研制出世界上第一台PLC（PDP-14）,并在GM公司汽车生产

线上应用成功

PLC的诞生：

•1969年，美国研制出世界第一台PDP-14

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•1971年，日本研制出第一台DCS-8

•1973年，德国研制出第一台PLC

•1974年，中国研制出第一台PLC

二、PLC的特点、现状与发展

（一）特点

（1）体积小（2）可靠性高（3）柔性好，可在线更改程序（4）对环境条件

无要求（5）价格低廉……具备招标要求的所有功能

（二）现状

80%以上的行业，80%以上的设备均可使用PLC

（三）发展

发展史：

第一代：1969年1972年,代表产品有

•美国DEC公司的PDP-14/L

・日本立石电机公司的SCY-022

・日本北辰电机公司的H0SC-20

第二代：1973年1975年，代表产品有

•美国GE公司的LOGISTROT

•德国SIEMENS公司的SIMATICS3.S4系列

•日本富士电机公司的SC系列

第三代：1976~1983年,代表产品有

•美国GOULD公司的M84.484.584.684.884

・德国SIEMENS公司的STMATTCS5系列

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DCS起源于模拟量

PLC起源于开关量

二者相互渗透、取长补短，功能上日趋接近，使数字世界、模拟世界更加模糊

决定DCS与PLC应用面大小的是其性能/价格比

1.PLC即可编程控制器(ProgrammablelogicController,是指以计算机技术为

基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会(International

ElectricalCommittee)颁右的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

PLC英文全称ProgrammableLogicController，中文全称为可编程逻辑控制器，

定义是：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.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言,

在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采

用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、

计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各

种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系

统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”

PLC的特点

2.1可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，

采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠

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性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用

冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用

PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已

减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我

检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入

外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊

断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

2.2配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种

规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运

算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗

透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强

及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

2.3易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程

语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路

图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路

的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工

业控制打开了方便之门。

2.4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设

计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经

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过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

2.5体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗

仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

3oPLC基础知识

1.1PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条

件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数

据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

4.PLC的应用领.

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、

汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如

下几类。

4.1开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控

制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

4.2模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度

等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量(Analog)和

数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和

D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

4.3运动控制

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PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于

开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模

块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要

PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电

梯等场合。

4.4过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，

PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制

系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具

有此功能模块。PTD处理一股是运行专用的PTD子程序。过程控制在冶金、化

工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

4.5数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据

转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数

据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一-定的控制操作，也可以利用通信

功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统,

如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业

中的一些大型控制系统。

4.6通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发

展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷

推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

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5.PLC的国内外状.

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并

按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统匕这

些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司

提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了

基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，

这就是第一代可编程序控制器，称Programmabl.,是世界上公认的第一台PLC.

限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规

模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代

初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据

传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉

继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类

似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电

器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算

机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可

编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）°

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面

引入可编程控制器中，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功能及极高的性价比奠定了它在现代

工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中己获得广泛

应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列

化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日

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益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为

30~40机在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网

络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过

程控制领域处于统治地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规

模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种

各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从

产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制

器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化

工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。

我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是

在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中

不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海

东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连

组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已

具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛

公司等中外合资企业也是我国比较着名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现

代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。

6.PLC未来展.

21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用

于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强

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的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的

配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信

设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种

产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的

局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其

它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。R

前的计算机集散控制系统DCS(DistributedControlSystem)中已有大量的可

编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络

和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大

的作用。

1.2PLC的构成

从结构上分，PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU

板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整

体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些

模块可以按照•定规则组合配置。

1.3CPU的构成

CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU,它按PLC的

系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入

装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电

路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐

条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的

控制电路。

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CPU主要山运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总

线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程

序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应

有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指

令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指

挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工

作。

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，10数量及

软件容量等，因此限制着控制规模。

1.4I/O模块

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分(I/O)完成的。I/O模块集成了

PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状

态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为

开关量输入(DI),开关量输出(D0),模拟量输入(AI),模拟量输出(A0)

等模块。

常用的I/O分类如下：

开关量：按电压水平分，有220VAe.110VAC.24VDC,按隔离方式分，有继电器隔

离和晶体管隔离。

模拟量：按信号类型分，有电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5匕-

10-10V)等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用K)外，还有特殊10模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

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按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管

理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

1.5电源模块

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路

提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC）,直流

电源（常用的为24VDC）。

1.6底板或机架

大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，

使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成

一个整体。

1.7PLC系统的其它设备

1.7.1

编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于

编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直

接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机

（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。

1.7.2人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）

式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界

面非常普及。

1.8PLC的通信联网

依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网

络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显着，甚至有人提出〃网络就是控制

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器〃的观点说法。

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC

之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的

整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接匚，还有一些内置有支持各

自通信协议的接口。PLC的通信现在主要采用通过多点接口（MP1）的数据通讯、

PROFIBUS

或工业以太网进行联网。

2PLC控制系统的设计基本原则

2.1最大限度的满足被控对象的控制要求。

2.2在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。

2.3保证控制系统安全可靠。

2.4考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应适当留有余量。

3PLC软件系统及常用编程语言

3.1PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、

编译程序、诊断程序等，主要用于管理全机、将程序语言翻译成机器语言，诊断

机器故障。系统软件由PLC厂家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干

预。用户程序是用户根据现场控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序（也

就是逻辑控制）用来实现各种控制。STEP7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器组

态和编程的标准软件包，也就是用户程序，我们就是使用STEP7来进行硬件组态

和逻辑程序编制，以及逻辑程序执行结果的在线监视。

3.2PLC提供的编程语言

3.2.1标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点

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3.2.2语句表语言，类似于汇编语言。

3.2.3逻辑功能图语言，沿用半导体逻辑框图来表达，一般一个运算框表示一个

功能左边画输入、右边画输HI。

4STEP7程序的使用

4.1创建一个项目结构，项目就象一个文件夹，所有数据都以分层的结构存在于

其中，任何时候你都可以使用。在创建一个项目之后，所有其他任务都在这个项

目下执行。

4.2组态一个站，组态一个站就是指定你要使用的可编程控制器，例如S7300、

S7400等。

4.3组态硬件，组态硬件就是在组态表中指定你的控制方案所要使用的模板以及

在用户程序中以什么样的地址来访问这些模板，地址一般不用修改由程序自动生

成。模板的特性也可以用参数进行赋值。

4.4组态网络和通讯连接，通讯的基础是预先组态网络，也就是要创建一个满足

你的控制方案的子网，设置网络特性、设置网络连接特性以及任何联网的站所需

要的连接。网络地址也是程序自动生成如果没有更改经验•定不要修改。

4.5定义符号，可以在符号表中定义局部或共享符号，在你的用户程序中用这些

更具描述性的符号名替代绝对地址。符号的命名一般用字母编写不超过8个字节,

最好不要使用很长的汉字进行描述，否则对程序的执行有很大的影响。

4.6创建程序，用梯形图编程语言创建一个与模板相连结或与模板无关的程序并

存储。创建程序是我们控制工程的重要工作之一，一般可以采用线形编程（基于

一个块内，0B1）、分布编程（编写功能块FB,0B1组织调用）、结构化编程（编

写通用块）。我们最常采用的是结构化编程和分布编程配合使用，很少采用线形

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编程。

4.7下载程序到可编程控制器，完成所有的组态、参数赋值和编程任务之后，可

以下载整个用户