现代电气控制技术任振辉第4章节PLC概述

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1、第四章 PLC概述,4.1 PLC的产生与发展 4.2 PLC的主要功能与特点 4.3 PLC的分类与发展趋势 4.4PLC的硬件结构与工作原理,参考书： 1) 可编程控制器原理及应用路林吉 编 清华大学出版社 2）可编程控制器基础及编程技巧陈宇编 华南理工大学出版社 3）小型可编程控制器原理与实践常斗南 主编 辽宁科学技术出版社 4）可编程控制器原理与应用 吴秀凤 主编 冶金工业出版社,初识PLC,PLC技术是目前工业自动化的三大技术支柱（CAD/CAM、机器人技术、PLC技术）之一，应用领域非常广泛。,PLC是60年代末发展起来的一种新型的电气控制装置，它将传统的继电控制技术和计算机控制技

2、术融为一体，被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制。,传统的继电接触控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中广泛应用。但这类控制装置体积大，耗电较多，功能少，特别是靠硬件连接构成系统，接线复杂，通用性和灵活性差。,1987年2月国际电工委员会（IEC）对PLC作了如下定义：,可编程控制器是一种数字运算的电子系统，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、运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的生产过程。可编程控制器及外围设备，都易于工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。,一、PL

3、C的产生 可编程控制器（简称PLC）的设计规范于1968年由美国通用汽车公司提出，当时的目的是设计一种新的控制装置以取代继电器盘。要求简单易懂、操作方便、价格便宜，并且时间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等。,4.1 PLC的产生和发展状况,对外公开招标，提出了10项具体要求：,(1) 编程简单，可在现场修改和调试程序； (2) 价格便宜，性价比高于继电器控制系统； (3) 可靠性高于继电器控制系统； (4) 体积小于有继电器控制柜的体积，能耗少； (5) 能与计算机系统数据通信； (6) 输入可为市电； (7) 输出可为市电，要求输出电流2 A

4、以上，能直接驱动电磁阀等； (8) 具有灵活的扩展能力； (9) 硬件维护方便，采用插入式模块结构； (10) 用户存储器容量至少在 4 kB 以上。,（1）用计算机代替继电控制盘；,（2）用程序代替硬接线；,（3）I/O电平可与外部装置直接相连；,（4）结构易于扩展。,其核心是以下四个方面：,1969年，美国数字设备公司（DEC公司）研制出第一台可编程控制器，并在美国通用汽车公司的自动生产线上安装调试成功。 1971年，日本从美国引进技术。 1973年，西欧国家也研制出了第一台可编程控制器。 1974年我国开始研制可编程控制器，1977年开始工业应用。,早期的可编程控制器为了取代继电器控制，

5、他的功能有限，常常用于开关量的控制。所以早期的可编程控制器被称为可编程逻辑控制器，简称PLC（Programmable Logic Controller)。,二、PLC的发展,70年代可编程控制器采用通用微处理器后，功能得到大大的加强，不仅仅局限于逻辑控制。所以1980年正式命名为可编程控制器（Programmable Controller)，简称PC。但是PC已成为个人计算机（Personal Computer）的简称，为了区别仍把可编程控制器简称为PLC（PLC/PC/PLC）。,目前，以16位和32位微处理器构成的PLC，体积小、功能强、价格低，且编程方便，具有远程I/O和通信网络、数据

6、处理和图象显示，已用于连续生产过程的控制，成为实现工厂自动化的一大支柱。,4.2 PLC的主要功能与特点,一、PLC的主要功能,从PLC诞生以来，已迅速渗透到工业控制的各个领域，包括从单机控制到工厂自动化；从机器人、柔性制造系统到工业局部网络。当前，PLC已广泛用于冶金、机械、汽车制造、电力、石油、化工、交通、运输、纺织、建材、采矿以及家用电器等领域，并取得了明显的技术经济效益。,从PLC的功能来看，它的应用范围大致可分为以下几个大类： 1开关逻辑和顺序控制 PLC具有逻辑控制功能，特别适用于开关量控制系统、它可以实现各种通断控制。,2模拟控制 （A/D 和 D/A 控制） 在工业生产过程中，

7、许多连续变化的物理量需要进行控制，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。过去，PLC对于模拟量的控制主要靠仪表或分布式控制系统；目前，大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能，而且编程和使用都很方便。,3定时/计数控制 PLC具有很强的定时、计数功能，可以为用户提供数十甚至上百个定时器与计数器。定时器的定时间隔可以由用户加以设定；对于计数器，如果需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速计数器。,4步进控制 这是PLC应用最广泛的一个领域，它取代传统的继电器顺序控制。PLC可应用于单机控制，多机群控制，或生产自动线控制。例如：注塑机，组合机床，装配、包装流水线，电梯控制等。在步进控

8、制的应用中，PLC广泛使用的一种标准化语言顺序功能图(Sequential Function Chart，以下简称为SFC)来编制用户程序。使得程序设计更简捷、方便。,5运动控制 在机械加工行业，PLC与计算机数控（Computerized Numerical Control，简称CNC）集成在一起，用以完成机床的运动控制。,6数据处理 PLC有较强的数据处理能力。它能进行算术运算、数据比较、数据传送、数据转换；且具有数据显示和打印等功能。新一代的大、中型PLC还可以进行函数运算、浮点运算等。,7通信与联网 为了适应工厂自动化(FA)系统发展的需要，PLC还具有与PLC之间、PLC与上级计算机

9、之间的通信功能。使用PLC可以很方便地构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统，因此，PLC是实现工厂自动化的理想控制器。,二、PLC的特点,1、可靠性高、抗干扰能力强 PLC专为在工业环境的恶劣条件下应用而设计，一个设计良好的PLC能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。,在硬件设计方面采取的措施： 1）选用优质器件。 2）采用合理的系统结构，使它抗振动冲击。 3）在输入输出电路中都采用了光电隔离，做到电浮空。 4）IO端口除采用模拟器滤波以外，还加上数字滤波。 5）采用了电磁屏蔽措施。 6）先进的电源电路防止由电源串入干扰信号。 7）合理的电路程序，一旦某模

10、块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。,在硬件设计方面采取的措施： 1）选用优质器件。 2）采用合理的系统结构，使它抗振动冲击。 3）在输入输出电路中都采用了光电隔离，做到电浮空。 4）IO端口除采用模拟器滤波以外，还加上数字滤波。 5）采用了电磁屏蔽措施。 6）先进的电源电路防止由电源串入干扰信号。 7）合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。,2、编程简单，使用方便 PLC采用面向控制过程、面向问题的自然语言，容易掌握。这种编程方式虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行的时间，但对大多数机电控制设备来说，这是微不足道的。,3

11、、功能完善、通用性强 如今，PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网等许多功能。同时，由于PLC产品的系列化、模块化，以及品种齐全的硬件装置，可以组成满足各种要求的控制系统。,4、设计安装简单、维护方便 PLC通过改变程序和少量接线即可实现不同的控制功能。 PLC的接线只需将输入信号的设备(按钮、开关等)与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件(接触器、电磁阀等)与PLC输出端子连接。接线简单、工作量少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。,5、体积小、重量轻，易于实现机电一体化 一台体

12、积很小的PLC具有相当于三个18m高的继电器柜的控制功能，一般节电可达50以上。 PLC是专为工业控制而设计的专用计算机，特别是小型机，其结构紧凑、坚固、体积小巧，易于装入机械内部，是“机电一体化”较理想的控制设备。,7、设计、调试周期短 PLC控制功能主要是通过软件编程来实现，因为硬件的设计任务仅仅是根据控制对象的要求，选配适当的模块，因而大大的简化了系统的硬件设计工作，缩短了整个系统的设计、调试周期。,6、功能强大 PLC除具有强大的逻辑功能外，还具有模拟量输入/输出、算术运算、数据采集、通信联网以及一些特殊功能模块等功能。,4.3 PLC的分类与发展趋势,1.按硬件结构分类,三菱PC基本

13、单元外形,根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体型和模块式。 整体式将CPU模块、I/O模块及电源装于一个机箱内，结构非常紧凑。体积小，价格低，小型PLC一般采用整体式结构。 模块式PLC是将PLC各组成部分都制成单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块、通信模块等。,一、PLC的分类,整体式结构的PLC,模块式结构的PLC,3.按I/O点数分,小型PLC：入出总点数256 中型PLC：入出总点数2562048 大型PLC：入出总点数2048,2.按功能分 低档机 中档机 高档机,4.按生产厂家,目前PLC 主要生产厂商,AB公司 西门子 三菱 罗克维尔 欧姆龙 LG 施耐德 富士 通

14、用 GE 松下,台湾 和利时 安控 兰州全志 南京嘉华（民营） 南京亚锐（台资） 杭州机床电器厂 上海OMRON公司 西安Siemens公司,国 外：,国 内：,一是向着网络化、高可靠性、多功能和分散性多层次的全自动化网络方向发展；,一是向着小型化、低成本、高速、简单易用方向发展。,1. 向高速度、大存储容量方向发展 2. 向多品种方向发展 3. 编程语言多样化 4. 发展智能模块 5. 加强联网和通信功能,二、PLC的发展趋势,可编程控制器（PLC）与微机及 继电器控制的区别,1PLC与微机的相同点 (1)控制核心部件均采用微处理器及计算机技术。 (2)硬件基本结构、工作的基本原理也大体相同

15、。 (3)控制程序可编，都不必修改硬接线即可改变控制内容。但PLC在这方面更灵活、更方便。,1PLC与微机控制的相同点 (1)控制核心部件均采用微处理器及计算机技术。 (2)硬件基本结构、工作的基本原理也大体相同。 (3)控制程序可编，都不必修改硬接线即可改变控制内容。但PLC在这方面更灵活、更方便。,一、PLC与微机控制(MC)的区别,2PLC与微机的不同点 (1)PLC的可靠性高。这是由于PLC在设计制造时已充分考虑到工业现场环境恶劣。 (2)PLC编程简单。PLC为了适应工业现场，考虑现场维修人员熟悉继电器线路图，采用简单易懂的梯形图等符号式语言，避免了计算机的汇编语言，以及高级编程语言

16、，这给PLC的普及应用创造了条件。 (3)PLC易于维护，而微机控制系统维护工作量大。 (4)PLC的输入输出响应速度慢，有较大的滞后现象(一般为ms级)，的输入输出响应速度快，一般为微秒级。,2PLC与微机控制的不同点 (1)PLC的可靠性高。这是由于PLC在设计制造时已充分考虑到工业现场环境恶劣。 (2)PLC编程简单。PLC为了适应工业现场，考虑现场维修人员熟悉继电器线路图，采用简单易懂的梯形图等符号式语言，避免了计算机的汇编语言，以及高级编程语言，这给PLC的普及应用创造了条件。 (3)PLC易于维护，而微机控制系统维护工作量大。 (4)PLC的输入输出响应速度慢，有较大的滞后现象(一般为ms级)，的输入输出响应速度快，一般为微秒级。,1. PLC与继电器控制装置的相同点 均能大量地应用于顺序控制领域；均能在恶劣的环境下，对生产机械、生产过程进行控制；PLC的梯形图与继电器控制线路图基本相同，易懂。,二、PLC与继电器控制装置的区别,2PLC与继电器控制装置的不同点,(1)组成器件不同 继电器控制线路