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1、l第1讲可编程控制器的基本原理l第2讲STEP 7编程软件l第3讲PLC 指令系统介绍l上机练习l第4讲IEC 61131-3编程语言标准l第5讲现场总线l上机练习l第6讲WinCC组态软件培 训 计 划Date1PLC的发明和发展过程 PLC （可编程控制器）是上个世纪60年代发展起来的一种新型自动化控制装置。最早是用于替代传统的继电器控制装置 ，功能上只有逻辑计算、计时、计数以及顺序控制等，而且只 能进行开关量控制。因此，其英文原名为“Programmable Logic Controller”，简称PLC，中文称“可编程逻辑控制器”。后来，随着技术的进步，其控制功能已经远远超出逻辑控制的
2、范畴， 其名称也就改为“Programmable Controller”，简称PC。但PC 又容易与个人计算机“Personal Computer”的简称PC产生混淆 ，所以近年来人们又倾向于使用PLC这一简称，中文仍然称“可 编程控制器”。Date2PLC的发明过程 上个世纪60年代，由于美国汽车工业需要进行大规模的技术改造和设备更新，由传统的继电器控制装置来进行控制，不仅体积庞 大，故障率高，柔性差，不灵活，耗能，而且调试困难，可靠性 也差年由美国通用汽车公司提出使用新一代控制器的设想从用户的角度考虑，该公司对新一代控制器提了点要 求，为各大公司提供了明确的开发目标次年，就由美国DEC（
3、数字设备公司）首先研制成功第一台可编程逻辑控制器PDP-14 差不多同时，美国MODICON公司也研制出084控制器它们的问世，引起了全世界的瞩目，美国的其他公司和西欧，日本等工业 发达国家，也相继研究开发出类似的产品Date3PLC的发展过程由于PLC吸取微电子技术和计算机技术的最新成果，因此，发展十分迅速，从单机自动化到整条生产线的自 动化，乃至整个工厂的生产自动化，从柔性制造系统 ，工业机器人到大型分散型控制系统，PLC均担当着重要角色。PLC技术代表了当今电气程序控制的最先进水平。通过 PLC与各种单元自动化装置（例如，智能仪表、数字化 传动装置、智能的液压和气动阀组等）以及现场总线
4、、计算机网络系统，构成了车间和工厂自动化的完整 体系。Date4PLC的应用范围广泛可编程控制器应用非常广泛，近年来对国内进行的 调查，在各个领域应用分布大致如下： 钢铁和有色冶金 35 汽车和机械制造 20% 轻工，食品，包装，造纸 16% 化工，石油，工艺过程 13% 交通运输，矿山 7% 能源，电站，泵站，水处理 7% 科研试验，教学 2%Date5PLC发明之前传统控制装置的缺点在PLC发明之前，在工业控制的顺序控制领域内，常常采用 诸如继电器，鼓式开关，纸带阅读器等机械，电气式器件作 为控制元件，尤其是控制继电器，在离散制造过程控制领域 内，成为开关控制系统中最广泛使用的器件但是，随
5、 着工业现代化的发展，生产规模越来越大，劳动生产率及产 品质量的要求在不断提高，对于控制系统的可靠性也提出了 更高的要求，原有继电器控制系统已不适应需要，究其 原因是： 动作缓慢，寿命短，可靠性差，体积大，耗电多， 设计制造周期长，程序修改费时，不能实现与计算机对话Date6在工业控制领域需要一种新的控制器 到60年代后期，虽然小型计算机已日趋完善，应用 领域也在不断扩大，但小型计算机用于开关控制系统 ，又显然存在着大马拉小车的状态，这是由于小 型计算机：编程复杂，要求有较高水平的编程人员和操作人员，需要配套非标准的外部接口，对环境和现场条件的要求 过高，功能过剩，机器资源未能充分利用，造价高
6、昂。Date7PLC适合于新的控制要求 需要与可能，促使人们寻们寻 求新的出路，PLC即 应应运而生它首先应应用于美国的汽车车工业业， 这时这时 的PLC，用了固态态（集成）电电路来代替继继 电电器逻辑电逻辑电 路，用存储储器电电路中的存储储数位 （程序）来代替继电继电 器系统统的布线线，以程序 来规规定逻辑逻辑 关系；用固态态I/O电电路来检测检测 按 钮钮和限位开关的信号，给给出输输出以控制电电机 和其它执执行机构 Date8PLC控制器具有一些新的特点 这时的PLC系统已开始具有如下一些特点：环境适应性较强，可以使用于车间现场,有较高的可靠性和诊断能力，维修容易,基本能适应不同的制造过程
7、所需，柔性度有了较大提高，只要改变系统中的程序即可改变控制逻辑，而无需改造或更换控制硬件等Date9微处理器开始引入PLC领域 自1976年以来，微处理器开始引入PLC领域，大大加 强了PLC的作用，使PLC由简单地代替继电器电路，而 发展为先进的控制装置当今PLC具有采集与处理大 量数据，完成数学运算，与其它智能器件通信的能力 ，以及具有先进的人机对话手段（如键盘，CRT和 语音对话）, 近年来由于现场总线理念的出现和相 关标准的建立，以及产品的迅速发展， PLC成为现场 总线的一个重要组成部分，进一步扩大了PLC的应用 领域Date10PLC的应用迅速得到扩大 由于PLC同时提高了功能和柔
8、性度，使其应用迅 速增长，并普及到许多其它离散零件制造工业领 域以及随后又扩展到批量生产和连续生产过程 有关的工业领域随着CIMS（计算机集成制造系 统）的发展，PLC当前还被人们用于工厂通信网络 之中，与其它智能控制器和计算机系统一起，成 为计算机综合控制系统中的重要组成部分，特别 是单元级和工作站级Date11PLC的发展经历了三个阶段 第一阶段：开发的PLC容量较小，I/O点数小于120点用户存 储区容量在2KB左右，扫描速率为2050ms/KB,指令较为简 单，只有逻辑运算，计时，计数等，编程语言采用简单的 语句表语言使用上，主要用来作开关量控制第二阶段：PLC的容量有所扩展，I/O点
9、数从512点至1024点， 用户程序存储区扩展到8KB以上，速率也有提高，扫描速率 达到56ms/KB,指令功能除了基本的逻辑运算，计时，计 数外，还增加了算术运算指令，比较指令，以及模拟量处 理指令等，输入输出类型也由纯开关量I/O，扩展为带模 拟量的I/O编程语言除了使用语句表外，还可以使用梯形 图编程语言Date12PLC的发展经历了三个阶段第三阶阶段：进进入80年代以来，随着大规规模和超大规规模 集成电电路等微电电子技术术的迅猛发发展，以16位和32位微 处处理器构成的PLC得到惊人的发发展，其功能远远远远 超出了 上述两阶阶段的产产品使PLC在概念，设计设计 ，性能价格 比以及应应用
10、方面都有了新的突破这这一阶阶段的产产品向大 型和小型两个方向发发展大型产产品的I/O点数，超出 4000点，有些产产品达到8000个I/O点，用户户存储储区容量 超过过32KB，配置有各种智能模块块（例如，温度控制模块块 ，轴轴定位模块块，过过程控制模块块等）和通信模块块，扫扫描 速率也大大提高，达到0.47ms/KB。 Date13PLC的发展经历了三个阶段第三阶段PLC的指令功能，除了基本的逻辑运算，计时，计数 ，顺序控制外，还有算术浮点运算指令，PID调节功能指令 ，图形组态功能指令，网络和通信指令等编程语言普遍 采用梯形图语言，同时也使用语句表和顺序功能图语言（ 典型的有GRAFCET
11、语言）为了提高系统的可靠性，设计上 考虑了容错技术和冗余技术等这一阶段的小型产品向超 小型化和加强型功能发展，有16点I/O，24点I/O的整体型 小型PLC，在小型PLC上配置模拟量I/O，通信口，高速计数 ，指令上也设置有算术运算，比较指令以及PID调节指令 小型PLC使用的手握式编程器使用大面积液晶显示器，也可 以用梯形图和GRAFCET语言进行编程Date14PLC的软件也得到进一步的改进这这一阶阶段PLC的软软件设计设计 也有很大改进进，普遍 实现实现 了软软件模块块化设计设计 ，在PLC产产品上提供大量 的通用和专专用软软件功能模块块，用户户通过简单过简单 的 功能调调用就可实现实
12、现 复杂杂的控制任务务，给给使用带带 来极大的方便使用的编编程器越来越完善，专专用 编编程器实际实际 上已经经是一台个人计计算机，可以实实 现现离线编线编 程或在线编线编 程及监监控，程序打印以及程 序固化，实现图实现图 形组态组态 ，可以联联网（即挂在PLC 网络络上）。有些编编程器还还可以使用高级语级语 言。 Date15PLC已经成为控制领域的最重要手段 除了专用编程器外，很多PLC可以使用通用的笔记 本电脑实现编程，开发一些专用软件，充分利用个 人计算机的能力，完成各种高级的编程功能，省却 了专用编程器，既便于推广又节省投资随着技术 的进步，PLC的功能越来越强，应用范畴越来越广 ，与
13、其它工业控制机，例如，分散型控制系统（ DCS）的界限已经不十分明显，很多以往必须由分 散型控制系统来完成的控制，现在用PLC都能实现 ，因此在应用上交错已经成为普遍现象Date16PLC的定义和硬件、软件的基本构成根据IEC标标准，给给PLC下的定义义：它是在工业环业环 境中使用的数字操作的电电子系统统 ，它使用可编编程存储储器内部储储存用户设计户设计 的指 令，这这些指令用来实现实现 特殊的功能，诸诸如逻辑逻辑 运算，顺顺序操作，定时时，计计数以及算术术运算和 通过过数字或模拟输拟输 入输输出来控制各种类类型的 机械或过过程。Date17PLC控制器的特点1. 控制程序可变，具有很好的柔性
14、，在生产工艺流程改 变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需 改变程序就可满足要求因此，除单机控制外，PLC在柔性 制造单元（FMC）,柔性制造系统（FMS），以致工厂自动化 （FA）中也被大量采用2. 具有高度可靠性，适用于工业环境，PLC产品的平均故 障间隔时间（MTBF）一般可达到5年以上，因此是一种高度 可靠的工业产品，大大提高了生产设备的运行效率PLC不 要求专用设备的机房，这为工业现场的大量直接使用提供 了方便Date18PLC控制器的特点3.功能完善 现代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，PID调节 ，各种智能模块，远程I/O模
15、块，通信，人机对话， 自诊断，记录和图形显示，组态等功能除了适用于 离散型开关量控制系统外，现在也能应用于连续的流 程控制系统，从而使设备的控制水平大大提高。Date19PLC控制器的特点4. 易于掌握，便于维修，由于PLC使用编程器进行编程和 监控，使用人员只需掌握工程上通用的梯形图语言（或语 句表，流程图）就可进行用户程序的编制和测试因此， 即使不太懂得计算机的操作人员，也能掌握和使用PLC也 由于PLC有完善的自诊断功能，输入输出均有明显的指示 ，在线监控软件的功能很强，因此，很容易进行维修，能 很快查找出故障的原因PLC本身高可靠性也保证了故障的 几率是很低的体积小，省电，与传统的控制
16、系统相比， PLC的体积很小，一台收录机一样大小的PLC具有相当于三 个1.8m高继电器控制柜的功能PLC消耗的电能只是传统控 制系统的1/3至1/2 。Date20PLC控制器的特点5. 价格低廉 随着集成电路芯片功能的提高，价格 的降低，可编程控制器硬件的价格也一直不断地在下 降根据最近市场统计，国外小型PLC平均每一个I/O 点为14-20美元，中型PLC折算每个I/O点为20-35美元 ，大型PLC折算每个I/O点为40-80美元虽然PLC的软 件价格在系统中所占的比重在不断提高，但由于缩短 了整个工程项目的设计，编程和投运费用以及缩短了 整个投运周期，因此，使用PLC的总造价是低廉的，而 且还呈不断下降的趋势Date21PLCPLC的硬件体系的硬件体系Date22PLCPLC的工作原理的工作原理PLC控制的对象是“
