第三章、PLC基础知识.doc

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1、第3章 可编程序控制器(PLC)基础知识31绪论311 可编程序控制器的名称及定义可编程序控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、和通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。目前已经被广泛地应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。可编程序控制器出现以后，名称很不一致，早期的可编程序控制器在功能上只能进行逻辑控制，因此被称为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）,简称PLC。随着科学技术的发展，国外一些厂家开始采用微处理器来作为可编程序控制器的中央处理单元（CPU），从而扩大了控制器的功

2、能，它不仅可以进行逻辑控制，而且还可以对模拟量进行控制，因此美国电气制造协会（National Electrical Manufactures ,简称NEMA）于1980年将它正式命明为可编程序控制器（Programmable Controller），简称PC。PC这一名称在国外工业界已使用多年，但是近年来PC这个名字又成为个人计算机（personal computer）的专称，为了区别，现在常把可编程序控制器称为PLC。美国电气制造协会（NEMA）于1980年给PLC作了如下定义：“PLC是一种数字式的电子装置，它使用了可编程序的存贮指令能完成逻辑，顺序，计时，计数何算术运算功能，用以控制各

3、种机械或生产过程。”国际电工委员会（IEC）于1985年在其颁布的可编程序控制器标准草案第二稿中，又给PLC作了如下定义：“可编程序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。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算，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，控制各种机械或生产过程。”近年来，PLC技术发展很快，每年都推出不少新产品，其功能已超出上述定义范围。312 PLC产生和发展世界上第一台PLC是1969年美国数字设备公司研制成功的。最初，美国通用汽车公司根据生产的需要提出如下设想：能否把计算机功能完善、灵活性、通用型等优点和

4、继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，做成一种通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，使得不熟悉计算机的认也能方便的使用。这样，使用人员不必在编程上花大量的经历，而是集中力量去考虑如何发挥该装置的功能和作用。这一设想提出后，美国DEC公司首先响应于1969年首先研制成功第一台可编程序控制器，型号PDP-14，用它代替传统的继电器控制系统，在美国GE公司的汽车自动装配上试用获得了成功。此后，这项新技术就迅速发展起来。1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快就研制成了日本第一台可编程序控制器DSC-8。1973

5、1974年，西德和法国也开始研制出自己的可编程序控制器。我国从1974年也开始研制，当时是仿制美国的第一台产品，水平不高。直到1977年底美国Motorola公司研制成一位微处理器MC14500芯片以后，国内以一位微处理器MC14500为核心的可编程序控制器才发展起来，并开始工业应用。近几年来，PLC技术的发展相当快。据不完全统计，美国，日本，西德等国生产PLC的厂家达150多家，产品有数百种。仅美国在1988年就有78家厂家，304种产品。由于生产厂家的竞争激烈，导致PLC产品的更新换代很快，周期一般是5年，如日本三菱公司目前已用F1、F2系列代替了F系列产品，用A系列代了K系列产品。国内P

6、LC技术与国外比较差距还比较大。在引进国外PLC技术的同时，在实现PLC国产化方面已有很大进步。目前，以一位微处理器MC14500为核心的PLC已有批量成熟产品，但它的功能还是很有限的。PLC的功能也在不断增长，主要表现在：（1）控制规模不断扩大 单台PLC可控制成千上万个点，多台PLC进行同位链接可控制几万个点。（2）指令不断增多 使之能更多地具有计算机处理功能，如逻辑运算、计时、计数、算术运算、PID运算、数制转换、ASCI码处理、高档PLC还能处理中断，调用子程序等。由于指令系统很丰富，使得PLC能够实现逻辑控制、模拟量控制、数值控制和其它过程监控，以致在某些方面可以取代小型计算机控制。

7、（3）中央处理器位数不断增多 由一位微处理器逐步发展到8位、16位甚至32位微处理器。（4）处理速度不断提高 每隔点的平均处理时间从10us提高到1us以内。（5）编程容量不断增大 从几K字节提高到几十K,甚至上百K字节。（6）编程语言多样化 大多数使用梯形图语言和语句表语言，有的使用流程图语言或高级语言。（7）增加通讯与联网功能 远程I/O能以CPU通讯，PLC与PLC之间能互相通讯，互相交换数据，PLC还可以与上位计算机通讯，接受计算机的命令，并将执行结果告诉计算机。通讯接口多采用BS-232-C，RS422等标准街口，也有的采用光纤通讯。由于PLC具有通讯和联网的功能，使工业自动化朝着控

8、制分散化、管理集中化的集散系统发展。（8）各种智能I/O模块相继开发 如温度控制模块，位置控制模块，高速模拟量转换模块，高速计数模块等，使PLC能够完成更加复杂的控制功能。还有自带微处理器的模块，它可以脱离PLC而独立工作，在工业控制应用上增强了适时性。PLC从产生以来，经过30多年，现已发展到第四代。其发展过程大致为：第一代：19691972。特点是：1） 功能简单，主要是逻辑运算、定时、计数；2） 机种单一，没有形成系列；3） 与继电器控制装置相比，可靠性有一定提高；4） CPU由中、小规模集成电路组成，促初期为磁芯存储器。典型产品有：美国MODICON公司的084；DE公司的PDP-14

9、/L;ALLEN-BRA-DLEY公司的PDQ；日本富士电机公司的USC-4000;立石电机公司SCY-022,北辰电机公司的HOSC-20；横河电机公司的YODICS。第二代：19731975年。特点是：1） 功能增加。增加了数字运算，传送，比较等功能，能完成模拟量的控制；2） 初步形成系列；3） 可靠性进一步提高，开始具备自诊断功能；4） 存储器采用EPROM。典型产品有：美国MODICON公司的184,284,384;GE公司的LOGISTROT；西德SIMENS公司的SYMATIC S3和S4系列；日本富士电机公司的SC系列。第三代：19761983年。特点是：1） 微处理器及EPRO

10、M、EAROM、CMOSTAM等LSI电路用在PLC中，而且向多微处理器发展，使得PLC的功能和处理速度大大增强；2） 具有通讯功能和远程I/O能力；3） 增加了多种特殊功能，如浮点计算，平方，三角函数，相关数，查表，列表，脉宽调制变换等；4） 自诊断功能及容错技术发展迅速。典型产品有：美国GOULD公司的M84,484,584,684,884;西德SIEMENS公司的SYMATIC S5系列；美国TI公司的PM550,TI510,520,530;日本三菱公司的MELPLAC-50,550；日本富士电机公司的MICREX。第四代：1983年到现在。特点是：1） 能完成对整个车间的监控，可在CR

11、T上显示多种多样的现场图象，CRT的画面可代替仪表盘的控制，作各种控制和管理操作，十分灵活方便。最大内存为896K,为第三代PLC的20倍左右。2） 有的采用32位微处理器，可以将多台PLC连接起来与大系统连成一体，网络资源可以共享。3） 编程语言出了传统的梯形图，流程图，语句表等以外，还有用于算术运算的BASIC原，用于机床控制的数控语言等。典型产品有：美国GOULD公司的A5900及MODULAR SYSTEMS RESEARCH公司的IAC系列。目前，为了适应大中小型企业的不同需要，进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，PLC正朝着一下两个方向发展：其一是低档PLC向小型，简易，廉

12、价方向发展，使之能更加广泛地取代继电器控制。其二是中，高档PLC向大型，高速，多功能方向发展，使之能取代工业控制微机的部分功能，对大规模，复杂系统进行综合性的自动控制。从PLC的发展趋势看，PLC控制技术将成为今后工业自动化的主要手段。在未来的工业生产中，PLC技术和机器人、CAD/CAM技术将成为实现工业生产自动化的三大支柱。313 PLC的功能及特点PLC可用于单台机电设备的控制，也可以用于生产流水线的控制。使用者可以根据生产过程和工艺要求设计控制程序，然后将程序通过编程器送入PLC。程序投入运行后，PLC就在现场输入信号（按钮，行程开关，光电开关或其它传感器）的作用下，按照预先送入的程序

13、控制现场的执行机构按一定规律动作。（一） PLC的主要功能近年来，PLC把自动化技术，计算机技术和通讯技术融为一体。它能完成以下功能：1 条件控制（逻辑控制）PLC设置了与（AND），或（OR）,非（NOT）等逻辑指令，能处理继电器接点的串联，并联，串并联，并串联等各种连接。因此，它可以代替继电器进行开关控制。2 定时控制PLC为用户提供了若干个计时器（定时器），并设置了计时指令。计时器的计时值可以由用户在编程时设定，也可以用拨盘开关设定。计时器的计时值可以在运行中被读出，也可以在运行中修改，使用灵活，操作方便。程序投入运行后，PLC将根据用户设定的计时值对某个输入信号计数，并对某个操作进行计

14、时控制，以满足生产工艺的要求。3计数控制PLC为用户提供了若干个计时器（定时器），并设置了计时指令。计数器的计数值可以由用户在编程时设定，也可以用拨盘开关设定。计数器的计数值可以在运行中被读出，也可以在运行中修改，使用灵活，操作方便。程序投入运行后，PLC将根据用户设定的计数值对某个输入信号计数，并对某个操作进行计数控制，以满足生产工艺的要求。4步进控制PLC为用户提供了若干个移位寄存器，可以用于步进控制，即在一道工序完成以后，再进行下一步工序。有些型号的PLC，还专门设置了用于步进控制的步进指令和鼓形控制器操作指令，编程和使用极为方便，因此更容易事先步进控制的要求。5A/D、D/A转换有些P

15、LC还具有A/D和D/A转换功能，完成对模拟量的控制和调节。6数据处理有些PLC还具有数据处理功能，它具有并行运算指令，能进行数据并行传送，BCD的加、减、乘、除、开方等运算，还能进行字与，求反，逻辑移位，算术移位，检索数据，比较，数制转换，等操作，还可以对数据存储器进行间接寻址，PLC还可以与打印机相连，打印出程序和有关数据及梯形图。7通讯联网有些PLC采用了通讯技术，可以进行远程I/O控制，多台PLC之间可以进行同位链接，PLC还可以与上位计算机进行链接，接受上位计算机的命令，并将执行结果告诉计算机。由一台计算机和若干台PLC可以构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统，以完成较大规模的

16、复杂控制。PLC与上位计算机链接对计算机的要求是：(1) 具有RS-232接口；(2) 使用ASCII码字符。这些要求，一般的计算机都能满足。PLC与计算机之间的通讯，目前还没有国家标准。各生产PLC的厂家一般都使用自己的标准。例如C系列PLC采用OMRON标准，它规定了命令的种类和数据格式，以及应答的数据格式。而且PLC方面的通讯软件已经做好，用户只要在计算机方面配置一个通讯软件，能够按规定向PLC发出命令和标识PLC给出的应答。PLC在通讯系统中，一般采用RS-232接口，也可以采用RS-232接口和光通讯。PLC的通讯和联网计数还在发展之中。8监控PLC配置了较强的监控功能。它能记忆某些异常情况，或在发生异常情