计算机课件 第一章+可编程序控制器概序

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1、可编程序控制器 (PLC)课程1= 教材： 现代电气及可编程控制技术 主编： 王永华 出版社：北京航空航天大学出版社 = 参考教材：深入浅出西门子S7200 出版社：北京航空航天大学出版社= 参考教材：西门子S7200用户手册 西门子公司编 =2?可编程序控制器(PLC) Programmable Logic Controller3一、PLC的产生和定义 1 .PLC的产生PLC的历史 20世纪20年代起至PLC问世之前，各种生产机械通常是由继电接触 器控制系统（由各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻 辑关系连接组成的控制系统）进行控制。 其优点是：结构简单，容易掌握，价格低廉，使用面

2、广； 不足之处：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难于实 现复杂控制，通用性较差； 1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应 汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标（后被称之为 GM10条）在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。4（1）编程方便，可现场修改程序； （2）维修方便，采用插件式结构； （3）可靠性高于继电器控制装置； （4）体积小于继电器控制盘； （5）数据可直接送入管理计算机； （6）成本可与继电器控制盘竞争； （7）输入为市电； （8）输出为市电，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器； （9）扩展时原系统改变最小； （10）用户存储器大

3、于4KB。 GM10条51969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出世界 上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成 功。1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为编程序控 制器（Programmable Controller），简称 PC。因与个人计算机（Personal Computer)的简称混淆，习惯上仍把 可编程控制器简称为PLC（ Programmable Logic Controller) 。第一台PLC62. PLC的定义因为PLC一直飞速发展，迄今为止还未有一个十分确切的定义。 国际电工委员会（IEC) 对PLC的定义颁发过多稿； 于

4、1982年11月颁发PLC标准草案第一稿； 于1985年1月颁发PLC标准第二稿； 于1987年2月颁发PLC标准第三稿； 国际电工委员会（ IEC）对可编程序控制器作了如下的定义：“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 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，都应按易于与工业控制系 统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。 定义强调了两点：一是PLC直接应用于工业环境，具有很强的抗 干扰能力，广泛的

5、适应能力和应用范围；这是区别于微机控制系 统的一个重要特征；二是 它也是一种计算机，是为工业环境而设 计的工业计算机。7二、PLC的分类1.按 IO点数分类 PLC可从外部接收多少个输入量和向外部输出多少个输出量 l 小型机（含微型机）I/O点小于128 例如S7-200系列，有较强的通信功能和一定的模拟量处理能力，价格便宜、 体积小、适合用于单机设备控制。点控制 l 中型机I/O点1282048 例如S7-300系列，有强大的联网和模拟量处理能力，适合用于复杂的多个设 备或生产线的控制。线控制。 l 大型机I/O点大于2048 S7-400系列，其信息处理能力和网络功能与工业计算机相当，可以

6、组成集散 控制系统。以上划分不包括模拟量I0点数，且划分界限不是十分严格的。82.按结构形式分类 整体式PLC： 又称单元式或箱体式。整体式PLC是将电源、CPU 、I0部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用这种结构。其优点低：结构紧凑，体积小，重量轻，价格低，容易装配在工 业设备的内部，比较适合生产设备的单机控制。 缺点：主机的I/O点数固定，使用不够灵活，维修不方便。 模块式PLC：将PLC各部分分成若干个单独的模块，如 CPU模块 、I0模块、电源模块和各种功能模块。模块式PLC由框架和各种 模块组成。模块插在插座上。一般大、中型PLC采用模块式结构 ，有的小型PLC也采用这种结构

7、。优点：PLC配置灵活，装配方便，易于扩展。 缺点：结构复杂，各种插件比较多，造价也比较高。 有的PLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLC。二、PLC的分类9三、PLC的特点. 抗干扰能力强，可靠性高在硬件上，采用了隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施，所用元件是精心挑选的并经筛选老化处 理； 在软件上，采用数字滤波等抗干扰技术和故障诊断措施； 在工作方式上，采用了周期循环扫描方式，对输入或输出几乎同时进行处理，有效地提高了PLC的 工作可靠性； 在结构上，对耐热、防潮、防尘、抗振等都有精确考虑。 . 控制系统结构简单，通用性强 接线简单，一般直接连线，不需要用户再进行电路板的设计； 控

8、制要求及功能改变时只需修改程序 . 编程方便，易于使用 梯形图与继电器原理图相似，形象直观，容易掌握，不需专门计算机知识 . 功能完善 多种功能模板，适应各种信号的输入输出 具有逻辑运算、算术运算、定时，计数，顺序控制，PID控制、排序查表 函数运算、中断等功能 . 设计、施工调试的周期短 设计和施工可同时进行，使用软件编程取代硬接线实现控制功能，大大减轻了繁重的安装接线工作 . 体积小，维护操作方便 体积小，质量轻，便于安装；诊断功能强，便于直观监视系统的I/O状态，通讯状态、电源和故障 状态10PLC的缺点 l 主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线 、专家通信网络及

9、协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦 各不相同。 l 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。 l SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在Windows平台 下，结合IEC11313国际标准的新一代开放体系结构的PLC。三、PLC的特点11四、PLC的应用领域1.顺序控制 应用最广也最适合PLC的领域，用来取代传统的继电器顺序控制。用在单 机控制、多机群控、生产自动线控制等。如装配生长线、电镀流水线、电 梯控制等。 2.运动控制 具有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，能把描述目标 位置的数据送给模块，并输出移

10、动一轴或数轴到目标位置，且轴移动时， 位置控制模块能保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。 3.过程控制 具有PID控制功能模块，用于过程控制。 4.数据处理 大部分PLC都具有不同程度的数据处理功能，如加、减、乘、除、乘方、 开方等 5.通讯 为适应复杂的控制任务且节省资源，可采用单级网络或多级分布式控制系 统。 12五、PLC的国内外状况1969年美国研制出世界上第一台PLC以后，日本、德国、法国等国相继 研制了各自的PLC。 70年代中期，PLC进入了实用化阶段。 70年代末和 80年代初，PLC进入了成熟阶段。 国外： 美国PLC发展得最快： 1984年有48家，生产150多种PLC；

11、 1987年有63家，生产243种PLC； 1996年有70余家，生产近300种PLC。 著名厂家有AB（AllenBradley）艾伦一布拉德利公司，MODICON 莫迪康公司，GEFANUC公司，TI（Texas Instrument）德州仪器公司 ，WESTHOUSE Electric西屋电气公司， IPM（International Parallel Machines）国际并行机器公司等。 欧洲PLC的厂家有60余家:西门子（Siemens）于1973年研制出第一台PLC。 金钟默勒 （Klockner Moeller Gmbh）， AEG， 法国的TE(Telemecanique）(

12、施耐德） 瑞士的Selectron公司等。13五、PLC的国内外状况日本生产PLC的厂家有40余家：1971年，日本从美国引进PLC技术，由日立公司研制成功日本第一台PLC。 三菱电机(MITSUBISHI),欧姆龙(OMRON), 富士电机（Fuji Electric）,东芝（TOSHIBA）, 光洋（KOYO),松下电工（MEW）, 和泉（IDEC）,夏普(SHARP）, 安川等公司。14五、PLC的国内外状况国内：我国在 70年代末和 80年代初开始引进PLC。我国早期独立研制PLC的单位有： 北京机械工业自动化研究所， 上海工业自动化仪表研究所， 大连组合机床研究所， 成都机床电器研究

13、所， 中科院北京计算机所及自动化所， 长春一汽， 上海起重电器厂， 上海香岛机电公司， 上海自力电子设备厂等单位。以上诸单位都没有形成规模化生产。辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC； 无锡电器和日本光洋合资生产的 PLC; 中美合资的厦门 AB公司生产的PLC； 上海香岛机电公司引进技术生产的PLC; 上海OMRON公司; 西安Siemens公司等。15六、PLC著名品牌1993年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家： l 美国 AB公司 （AllenBradley） l 德国西门子公司（Siemens） l 美国GEFanuc公司 l 美国的莫迪康（Modicon）和法国的TE电器公

14、司 l 日本欧姆公司（OMRON） l 日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI） l 日本富士电机株式会社（Fuji Electric） l 日本东芝公司（TOSHIBA） l 日本的光洋电子（KOYO）和中国的华光电子(CKE） l 日本松下电工株式会社（MEW）：Matsushita Electric Works Ltd）根据美国 Automation Research Co.（ARC）的商情调查，在1994年 PLC市场上，最大的5家PLC制造商是: l SIEMENS(西门子) l AllenBradly（Rockwell AB罗克韦尔) l AEG Schneider（施耐德）

15、l 三菱电机, l OMRON(立石电机）（1996年中国PLC市场）16七、PLC的发展趋势1.向小型化、专用化、低成本方向发展 2.向大容量、高速度方向发展 CPU处理速度nS级；内存2M字节。 3.向多品种方向发展和高功能 超大型和超小型。 3.产品更加规范化、标准化 硬件、软件兼容的PLC。 4.模块化 5.加强联网和通信的能力 6.工业软件发展迅速17PLC系统结构图八、PLC系统组成及工作原理18中央处理单元（CPU） CPU一般由控制器、运算器、寄存器组成，与常见的计算机一样CPU为PLC的核心。 常用的CPU有：（1）通用处理器：8086、80286、80386；（2）单片机芯片：8031 、8096；（ 3）位片式微处理器：AMD-2900等。 存储器（RAM/ROM）： PLC存储器分系统存储器和用户存储器两部分。 系统存储器：系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块与系统调用。 用户存储器：用户程序存储区、功能存储区（数据）。 PLC存储器使用的存储器有:ROM、RAM和EEPROM。 输入输出单元（I0单元） 输入输出信号类型可以是开关量、模拟量、数字量。 I0单元：包含与被控设备相连的接口电路与I/O映像寄存器。 输入接口的输