第1章 可编程序控制器概述

第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院1可编程序控制器原理及应用绪论郑敏PLC原理及应用2西华大学电气信息学院PLC原理及应用第1章可编程序控制器概述和基本原理第2章FX系列PLC的硬件系统第3章FX系列PLC的指令系统第4章梯形图设计方法第5章顺序控制梯形图编程方法第6章FX系列PLC的应用指令第7章可编程序控制器的通信及网络第8章PLC与组态软件第9章PLC在模拟量控制和运动控制中的应用第10章PLC应用中的其他问题3功能完备灵活通用通用工业控制装置简单易懂、操作方便价格便宜PLC原理及应用4西华大学电气信息学院第1章可编程序控制器概述1.1可编程序控制器的由来与定义1.2可编程序控制器的特点与功能1.3可编程序控制器的发展与应用1.4常用可编程序控制器简介第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院51.1可编程序控制器的由来与定义一、可编程序控制器的由来功能完备灵活通用通用工业控制装置简单易懂、操作方便价格便宜提出十项指标：(1)编程简单，可现场修改程序。(2)维护方便，采用模块式结构。(3)可靠性高于继电器控制柜。(4)体积小于继电器控制柜。第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院6(5)数据直接送入计算机。(6)价格能与继电器控制柜竞争。(7)输入可以是交流115V。(8)输出≥AC115V、2A，能直接驱动电磁阀。(9)扩展时系统变更很小。(10)用户程序存储容量至少能扩展到4K字节。1969年美国DEC研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司试用，获得了成功。1971年日本研制出第一台可编程序控制器。1974年我国开始研制，1977年开始工业应用。20世纪70年代中期，PLC进入了实用化阶段。20世纪70年代末和80年代初，PLC进入了成熟阶段。第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院7早期的可编程序控制器，一般称为可编程序逻辑控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC。它以准计算机形式出现。1980年，美国电气制造商协会正式将其命名为可编程序控制器(ProgrammableController)，简称PC。现代可编程序控制器，逻辑运算仅是其众多功能之一，故取消了“Logic”。为了区别“个人计算机”，PC仍被称为PLC。第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院8二、可编程序控制器的定义（IEC）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，并通过数字式或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，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充功能的原则设计。第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院9三、PLC的主要性能指标和分类1.PLC的主要性能指标(1)输入/输出点数（I/O点数）(2)存储容量（字节）指用户程序存储器容量。大约：1KB~2MB。(3)扫描速度指PLC执行程序的速度。有两种表示方法执行1KB用户程序所用的时间。执行一条布尔指令所用的时间。(4)编程指令的种类和条数(5)扩展能力和功能模块种类第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院102.PLC的分类(1)按结构形式分类一体式PLC将电源、CPU、I/O电路都集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用这种结构。模块式PLC将PLC各部分分成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块、功能模块。一般大、中型PLC采用模块式结构。第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院11(2)按数字量I/O点数分类超小型机小型机中型机大型机超大型机≤6464~256256~20482048~8196≥81961~2KB2~4KB4~16KB16~64KB64~128KB分类I/O点数CPU存储器8位处理器8位处理器8位字处理器和位处理器16位字、位浮点处理器32位或多个16位字、位浮点处理器第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院12(3)按功能分类低档机中档机高档机具有逻辑运算、定时、计数、移位、自诊断、监控等基本功能，有的还具备AI/AO、数据传送、运算、通讯等。除上述功能，还有数制转换、子程序调用、通讯联网功能，有的还具备中断控制、PID回路控制等。除上述功能，还有较强的数据处理功能、模拟量调节、函数运算、监控、智能控制、通讯联网功能等。分类主要功能应用场合开关量控制、顺序控制、定时/计数控制、少量模拟量控制等。过程控制、位置控制等。大规模过程控制系统，构成分布式控制系统，实现全局自动化网络。第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院13四、可编程序控制器的硬件PLC系统的构成都属于积木式结构。通过扩展各种功能模块使PLC系统的功能易于扩充和增强。第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院141.2可编程序控制器的特点与功能一、PLC的特点1.可靠性高、抗干扰能力强无故障时间：4～5万小时。措施：隔离、滤波、屏蔽、检测与自诊断、数据备份、后备电池······2.功能完善、通用性强、使用方便能实现各种控制功能、用于各个控制领域。3.编程方法简单、易于掌握梯形图图形语言简单易学。4.系统设计周期短、安装容易、维护方便5.体积小、重量轻、功耗低第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院156.兼容性差PLC的软硬件体系结构是封闭而不是开放的。如专用总线、专家通讯网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致。因此各公司的PLC互不兼容。第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院16二、PLC的主要功能及其应用1.逻辑控制用PLC的与、或、非指令取代继电器触点的串并联等逻辑连接，实现开关量的控制。2.定时与计数控制用PLC的定时器、计数器指令取代时间继电器等，实现某些操作的定时或计数控制。3.数据处理用数据传送、比较、移位、数码转换、编码、译码以及数学运算和逻辑运算等指令来实现数据的采集、分析和处理。用于数控机床、柔性制造系统、过程控制系统和机器人控制系统等大中型控制系统中。第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院174.步进控制用PLC的步进指令取代由硬件构成的步进控制器等，实现上、下工序操作的控制。5.运动控制通过高速计数器和位置控制模块等控制步进电动机或伺服电动机，从而控制单轴或多轴生产机械。6.过程控制通过A/D和D/A转换，用PLC的PID指令（或PID模块）对生产过程中的温度、压力、速度、流量等模拟量进行单回路或多回路的闭环控制。7.通信与远程控制通过各种通信模块能够将PLC与PLC、PLC与上位计算机之间联结成一个网络。8.监控功能第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院18可编程序控制器的应用示例传送带生产线控制印刷机械第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院19木材加工电梯控制空调控制可编程序控制器的应用示例第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院20灌装及包装机械纺织机械可编程序控制器的应用示例第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院21三、PLC与其他控制系统的比较1.PLC与继电器控制系统的比较PLC的梯形图与继电器控制线路图十分相似，主要原因是PLC梯形图的发明大致上沿用了继电器控制的电路元件符号，仅个别处有些不同。信号的输入/输出形式及控制功能也是相同的，但是PLC是软逻辑，继电器是硬逻辑。PLC在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、维护方便，但价格高于继电器。第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院22单片机具有结构简单、使用方便、价格比较低等优点，一般用于数据采集和工业控制。PLC在数据采集、数据处理等方面不如单片机。PLC用于工业控制，稳定可靠，抗干扰能力强，使用方便，但单片机的通用性和适应性较强。3.可编程控制器与个人计算机控制的比较使用环境、程序设计、运算速度、存储容量、价格。应用范围：微机除了用在控制领域外，还大量用于科学计算、数据处理、计算机通信等方面。PLC是专用微机控制系统，主要用于工业控制。2.可编程控制器与单片机控制的比较第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院23输入/输出：微机系统的I/O设备与主机之间采用微电联系，一般不需要电气隔离。而PLC一般控制强电设备，需要电气隔离，输入输出均用光电耦合，输出还采用继电器、可控硅或大功率晶体管进行功率放大。系统功能：微机系统一般配有较强的系统软件和许多应用软件。而PLC一般只有简单的监控程序，能完成故障检查、用户程序的输入和修改、用户程序的执行与监视等。互相配合各司其职：在一个联网运行的集散控制系统中，使PLC集中在功能控制上，微机则集中在信息处理上，两者相辅相成。第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院24一、PLC的发展概况早期的PLC控制功能简单基本逻辑和顺序控制、条件和时间步进控制等功能。PLC已经成为工业控制的标准设备现代工业的三大支柱：PLC技术、机器人技术、CAD/CAM技术。PLC的生产也成了重要的产业随着微电子技术的快速发展，使制造成本，功能。我国PLC的应用和发展1.3可编程序控制器的发展与应用第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院25二、PLC的发展趋势1.向小型化方向发展便于实现“机电仪”一体化。2.向大型化方向发展(1)功能不断加强各种运算、定时、计数、模拟调节、监控、记录、与计算机接口、通信······(2)应用范围不断扩大逻辑控制、中断控制、智能控制、过程控制、通信控制······(3)性能不断提高第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院26(3)性能不断提高处理速度、响应时间、存储容量、多处理器技术、各种智能模块······(4)编程软件的多样化和高级化如BASIC、C、汇编语言、专用高级语言等。(5)构成形式的分散化和集散化三、PLC在中国的发展与应用最早研究和应用PLC始于20世纪70年代末期。自2001年起，我国机械工业成为工业发展新亮点。近年来每年约新投入10万台套PLC产品。化工行业也是需求PLC的一个持续而稳定的市场。第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院27一、西门子公司的可编程序控制器主流产品：SIMATICS7－200、300、400。1.4常用可编程序控制器简介(a)S7-200系列PLC(b)S7-300系列PLC(c)S7-400系列PLC西门子公司的可编程序控制器第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院28二、AB公司的可编程序控制器SLC500系列属于小型模块化PLC产品。MicroLogix1500属于高级的小型PLC产品。PLC-5系列属于大中型PLC产品。(a)MicroLogix1500PLC(b)ControlLogix1756系列PLCA-B公司的可编程序控制器第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院29三、三菱公司的可编程序控制器F、F1/F2、FX系列属于小型整体式与模块化PLC产品。MELSEC-A系列通用型属于小型快速的模块式PLC产品。MELSEC-Q系列属于中大型PLC产品。(a)FX3G系列PLC(b)FX1NC系列PLC三菱公司的可编程序控制器第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院30四、立石公司的可编程序控制器小型PLC：CPM1A、CPM2A、CPM2A···。中型PLC：C200H、CJ1、CJ1M、CQM1H。大型PLC：CS1、CS1D、CV、CVM1、CVM1D。(a)CPM2CCPU(b)CJ1MCPU(c)CVM1CPU立石公司的可编程序控制器第1章PLC的发展与特点西华大学电气信息学院31五、和利时公司的可编程序控制器小型PLC：LM系列。大型PLC：LK系列。(a)LM3104~3107CPU(b)LM3108~3109CPU(c)LK202CPU立石公司的可编程序控制器第1章PLC的发