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1、PLC的产生v68年美国通用汽车公司（GM）招标要求核心思想： 用程序代替硬接线 输入/输出电平可与外部装置直接相联 结构易于扩展vPLC的诞生 1969年，美国研制出世界第一台PDP-14 1971年，日本研制出第一台DCS-8 1973年，德国研制出第一台PLC 1974年，中国研制出第一台PLCPLC的定义的定义国际电工委员会（国际电工委员会（ IEC）于于 1982年年11月月1985年年1月对可月对可编程序控制器作了如下的定义：编程序控制器作了如下的定义：“可编程序控制器是可编程序控制器是一种一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而
2、设计用而设计。它采用。它采用可编程序可编程序的存储器，用来在其内部的存储器，用来在其内部存储执行存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算算等操作的命令，并通过等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出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，都应按其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充体，易于扩充功能的原则而设计功能的原则而设计”ChactracterChactracter of plc of plc PLC的的
3、特点特点（1）抗干扰能力强，可靠性高抗干扰能力强，可靠性高（2）控制系统结构简单，通用性强控制系统结构简单，通用性强（3）编程方便，易于使用编程方便，易于使用（4）功能强大，成本低功能强大，成本低 （5）设计、施工、调试的周期短设计、施工、调试的周期短（6 6）维护方便维护方便PLC的应用的应用vv开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制 vv运动控制运动控制 vv闭环过程控制闭环过程控制 vv数据处理数据处理 vv通讯连网通讯连网 PLC的发展史的发展史第一代：第一代：第一代：第一代：19691969年年年年19721972年，代表产品有年，代表产品有年，代表产品有年，代表产品有vv日本立石电机公司
4、的日本立石电机公司的日本立石电机公司的日本立石电机公司的SCY-022; SCY-022; vv美国美国美国美国DECDEC公司的公司的公司的公司的PDP-14/L; PDP-14/L; vv日本北辰电机公司的日本北辰电机公司的日本北辰电机公司的日本北辰电机公司的HOSC-20HOSC-20第二代：第二代：第二代：第二代：19731973年年年年19751975年，代表产品有年，代表产品有年，代表产品有年，代表产品有vv德国德国德国德国SIEMENSSIEMENS公司的公司的公司的公司的SIMATIC S3SIMATIC S3、S4S4系列系列系列系列vv美国美国美国美国GEGE公司的公司的公
5、司的公司的LOGISTROTLOGISTROTvv日本富士电机公司的日本富士电机公司的日本富士电机公司的日本富士电机公司的SCSC系列系列系列系列第三代：第三代：第三代：第三代：1976198319761983年，代表产品有年，代表产品有年，代表产品有年，代表产品有vv美国美国美国美国GOULDGOULD公司的公司的公司的公司的M84M84、484484、584584、684684、884884vv德国德国德国德国SIEMENSSIEMENS公司的公司的公司的公司的SIMATIC S5SIMATIC S5系列系列系列系列vv日本三菱公司的日本三菱公司的日本三菱公司的日本三菱公司的MELPLAC
6、-50MELPLAC-50、550550第四代：第四代：第四代：第四代：19831983年年年年 现在，代表产品有现在，代表产品有现在，代表产品有现在，代表产品有vv美国美国美国美国GOULDGOULD公司的公司的公司的公司的A5900A5900vv德国西门子公司的德国西门子公司的德国西门子公司的德国西门子公司的S7S7系列系列系列系列PLC发展的五个阶段发展的五个阶段初级阶段 从第一台PLC问世到20世纪70年代中期。（简单功能、梯形图编程）崛起阶段 从20世纪70年代中期到80年代初期。（功能增强、推广应用）成熟阶段 从20世纪80年代初期到90年代初期。（大规模应用、通信联网）飞速发展阶
7、段 从20世纪90年代初期到90年代末期。（过程控制、复杂控制系统）开放性、标准化阶段 从20世纪90年代中期以后。（IEC61131）PLC的发展趋势的发展趋势向小型化、专用化、低成本方向发展向大容量、高速度、信息化方向发展智能化模块的发展；人机界面（接口）的发展l编程工具的发展 l功能强大、价格低廉的HMI l基于PC的组态软件 在过程控制领域的使用以及PLC的冗余特性开放性和标准化通信联网功能的增强和易用化软PLC的概念PAC的概念PLC在现场总线控制系统中的位置 PLCPLC的的分类分类 Classification of PLCClassification of PLC按结构分按结构
8、分： 整体式整体式PLC(单元式或箱体式单元式或箱体式)模块式PLC按按 IO点数分点数分： 微型: IO点数小于 32微小型: IO点数在32128之间小型: IO点数在128256之间中型:IO点数在2561024之间大型: IO点数大于1024超大型:IO点数在4000以上PLC与继电器控制系统的区别 Distinction between PLC and v控制逻辑控制逻辑v工作方式工作方式v可靠性和可维护性可靠性和可维护性v控制速度控制速度v定时控制定时控制v设计与施工设计与施工组成器件不组成器件不同同触点数量触点数量不同不同实施控制的方实施控制的方法不同法不同工作方式工作方式不同不
9、同继 电 接触器控制系统硬器件，易磨损有限，一般用于控制48对控制功能包含于固定线路，功能专一，设计复杂并 行 工 作方 式 ， 该吸 合 的 继电 器 同 时吸合PLC控制系统软器件，功耗低，无磨损无限多，各触点的状态可取用无数次梯形图程序实现控制功能，灵活多变，设计简化串 行 工 作方 式 ， 依次扫描与与DCS、FCS的区别的区别DCS的特点的特点PLC的特点的特点FCS的特点的特点三者之间的融合三者之间的融合FDCSFDCS一体化应用方案一体化应用方案分散式分散式DCS与电气与电气FCS一体化一体化按照控制对象分按照控制对象分组，控制器及组，控制器及IO模块下放于就地模块下放于就地设备
10、旁，运行部设备旁，运行部分控制逻辑任务；分控制逻辑任务；通过强实时网络通过强实时网络CNet完成控制器完成控制器间信息共享，间信息共享，实现协调控制；协调控制；通信通信DPU通过现通过现场总线完成对电场总线完成对电气气FCS装置的通装置的通信管理，同时信管理，同时作作为为CNet节点信息节点信息共享共享；3.3.7 7 PLC的系统组成组成 Compose of PLC SystemCompose of PLC SystemvPLCPLC的基本组成的基本组成vPLCPLC的基本的基本组成框成框图 vPLCPLC各组成部件的作用各组成部件的作用 PLCPLC的基本组成的基本组成v中央处理单元（中
11、央处理单元（CPUCPU）控制器的核心控制器的核心v输入部件输入部件v输出部件输出部件I/O部件连接现场设备与CPU之间 的接口电路v电源部件为PLC内部电路提供能源整体结构的PLC四部分装在同一机壳内模块式结构的PLC各部件独立封装，称为模块，通过机架和总线连接而成I/O的能力可按用户的需要进行扩展和组合另外，还必须有编程器将用户程序写进规定的存储器内PLCPLC的基本的基本组成框成框图程序模块程序模块系统调用系统调用中央处理单元（CPU） 是PLC的核心部分,其功能： (1)用扫描方式（后面介绍）接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映象寄存器或数据寄存器； (2)诊断电源和PLC内部电
12、路工作状态及编程过程中的语法错误 (3) PLC进入运行状态后,执行用户程序,进行数据处理 (4) 把运算结果送到输出端存储器存储器系统程序存储器系统程序存储器: :存放监控程序和用户已调试好的程序存放监控程序和用户已调试好的程序 用用户户存存储储器器 -存存储储各各种种暂暂存存数数据据、中中间间结结果果、用用户户正正调调试的程序试的程序监控程序监控程序编辑程序编辑程序标准程序模块系统调用标准程序模块系统调用* *不能由用户直接存取不能由用户直接存取程序程序存储器存储器数据数据存储器存储器输入、输出接口输入、输出接口CPUCPU与现场与现场I/OI/O装置或其他外部设备之间的连接部件装置或其他
13、外部设备之间的连接部件，采采用光电隔离，实现了用光电隔离，实现了PLC的内部电路与外部电路的电的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。气隔离，减小了电磁干扰。输出接口作用：输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。输出三种形式：输出三种形式：继电器继电器-低速大功率低速大功率可控硅可控硅-高速大功率高速大功率晶体管晶体管-高速小功率高速小功率输入接口作用：输入接口作用：
14、将按钮、行程开关或传感器等产生的信将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。号，转换成数字信号送入主机。电源部件 内部内部开关稳压电源，供内部电路使用；大多数开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以向外提供机型还可以向外提供DC24VDC24V稳压电源，为现场的开关稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电。信号、外部传感器供电。外部外部可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池）可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池），使外部电源故障时内部重要数据不致丢失。，使外部电源故障时内部重要数据不致丢失。 编程器等外部设备编程器等外部设备 编程器编程器PLCPLC开发应用、
15、监测运行、检查维护不可缺少的工具开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的工具 作用：作用： 用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视 通过键盘和显示器去检测通过键盘和显示器去检测PLCPLC内部状态和参数内部状态和参数 通过通讯端口与通过通讯端口与CPUCPU联系，实现与联系，实现与PLCPLC的人机对话的人机对话 分类：分类： 简单型简单型只能联机编程；只能用指令清单编程只能联机编程；只能用指令清单编程 智能型智能型既可联机既可联机( (Online)Online)，也可脱机也可脱机OfflineOffline 编程；可以采用指令清单（语句表）、梯形
16、图等语言编程。常编程；可以采用指令清单（语句表）、梯形图等语言编程。常可直接以电脑作为编程器，安装相关的编程软件编程可直接以电脑作为编程器，安装相关的编程软件编程 注注意意： 编编程程器器不不直直接接加加入入现现场场控控制制运运行行。一一台台编编程程器器可可开开发、监护许多台发、监护许多台PLCPLC的工作。的工作。其其他他外外设设： 磁磁盘盘、光光盘盘、EPROMEPROM写写入入器器（用用于于固固化化用用户户程程序序）、打印机、图形监视系统或上位计算机等等。打印机、图形监视系统或上位计算机等等。3.3.8 8 PLC的工作原理 Working of PLCvPLCPLC的工作过程框图的工作
17、过程框图 vPLCPLC运行过程运行过程 vPLCPLC对输入、输出的处理原则对输入、输出的处理原则PLCPLC的工作过程框图的工作过程框图1.初始操作（上电处理）PLC未进入正式运行前，首先应确定自身的完好性。这就是接通电源后的初始操作（见图）。通电后，消除各元件的随机状态，进行清零或复位处理，检查I/O单元的连接是否正确（I/O总线）。2.运行vPLC的的工工作作方方式式（顺序）周期循环扫描扫扫描描按分时操作的原理，每一时刻执行一个操作，顺序进行，这种分时操作的过程称“CPU对程序的扫描”v工工作作特特点点集中输入，集中输出（小型PLC）PLCPLC运行过程运行过程v四大类操作四大类操作
18、公共操作公共操作故障诊断及处理故障诊断及处理( (自检自检) )I/OI/O操作操作联系系现场的数据的数据输入及控制信号的入及控制信号的输出出执行用行用户程序程序顺序循序循环扫描描 服服务外外设 vI/OI/O处理理 过程程 输入采入采样 执行用行用户程序程序 输出刷新出刷新 PLCPLC对输入、输出的处理原则对输入、输出的处理原则l输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入点在上一刷新期间的接通和断开状态。l程序执行结果取决于用户所编程序和输入/输出映像寄存器的内容及其他各元件映像寄存器的内容。l输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果。l输出锁存器中的数据，由上一次输出刷新期间输出映
19、像寄存器中的数据决定。l输出端子的接通和断开状态，由输出锁存器决定。3.3.9 9 PLC的编程语言和程序结构Program Language and Construction of PLCv编程语言 梯形图(LAD):类似于继电接触器控制线路 语句表(STL):类似于汇编语言，由语句系列构成 功能图(FBD):一种较新的编程方法，是各种PLC编程语言规范 化的方向 v程序结构能流能流 “能能流流”是是PLCPLC梯梯形形图图中中的的一一个个重重要要概概念念，但但仅仅是是概概念念上的上的“能流能流”。假想：左母线假想：左母线电源的火线电源的火线 右母线右母线电源的零线电源的零线如如果果有有“能
20、能流流”从从左左至至右右流流向向线线圈圈，则则线线圈圈被被激激励励（ONON），如如没没有有“能能流流”通通过过，线线圈圈未未被被激激励励（OFFOFF），不不动动作作。“能能流流”可可以以通通过过被被激激励励（ONON）的的常常开开触触点点和和未未被被激激励励（OFFOFF）的的常常闭闭触触点点自自左左向向右右流流动动，“能能流流”任何时刻都不会自右向左流动。任何时刻都不会自右向左流动。（注意：引入（注意：引入“能流能流”的概念，仅是用于理解梯形图的的概念，仅是用于理解梯形图的各输出点的动作，实际上并不存在这种各输出点的动作，实际上并不存在这种“能流能流”） 。 基本概念基本概念1.逻辑段（
21、区域）逻辑段（区域）段：存放主程序，始终扫描段：存放主程序，始终扫描段段：存存放放子子程程序序此此逻逻辑辑段段不不能能作作为为普普通通逻逻辑辑的的一一部部分分被被扫扫描描。子子程程序序只只在在梯梯形形图图逻逻辑辑中中出出现现转转子子指指令令或或外外部部事事件件触触发发一个中断来调用时，才被扫描。一个中断来调用时，才被扫描。2.网网络络各各种种型型号号的的PLC系系统统软软件件对对梯梯形形图图网网络络的的定定义义有有所所不不同同以以左左母母线线开开始始。行行与与列列的的交交点点称称为为“节节点点”，放放置置梯梯形形图图指指令。令。 理理论论上上，每每个个段段中中的的网网络络数数无无限限制制，但但
22、整整个个程程序序受受扫扫描描最最大大时间限制。时间限制。3.梯形图逻辑解算顺序梯形图逻辑解算顺序梯形图解算时，按下列顺序继续扫描：逻辑段梯形图解算时，按下列顺序继续扫描：逻辑段逐网络逐网络逐节逐节点点从左到右，从上到下按列扫描。从左到右，从上到下按列扫描。 编程元素编程元素继电器类元素继电器类元素触点、线圈、短路线触点、线圈、短路线 触点触点在梯形图逻辑中用于允许或禁止电流通过在梯形图逻辑中用于允许或禁止电流通过 线圈线圈表示一个离散量输出或一个内部继电器线圈表示一个离散量输出或一个内部继电器线圈 短路线短路线连接梯形图网络中的指令或指令块连接梯形图网络中的指令或指令块 定时器定时器- -定时
23、语句定时语句- -选定所需的定时器，定时时基选定所需的定时器，定时时基 定时条件定时条件控制定时器操作（使能控制定时器操作（使能BoolBool） 定时器当前值定时器当前值存放的存储单元（存放的存储单元（WordWord） 定时器的复位定时器的复位当前值复零、状态位复位（当前值复零、状态位复位（BoolBool） 定时设定值（预置值）及存放单元（定时设定值（预置值）及存放单元（WordWord） 定时器状态（位）定时器状态（位）定时器达到设定值时定时器达到设定值时“ONON” （bitbit）计数器计数器- -计数语句（指令）计数语句（指令）选定所需的计数器（编号）选定所需的计数器（编号） 计
24、数信号计数信号控制计数器操作（使能控制计数器操作（使能BoolBool） 计数器当前值计数器当前值存放的单元（存放的单元（WordWord） 计数器的复位计数器的复位恢复设定值、状态位复位（恢复设定值、状态位复位（BoolBool） 计数设定值及存放单元（计数设定值及存放单元（WordWord）计计数数器器状状态态（位位）计计数数达达到到设设定定值值时时“ONON”；复复位位或或未未达达到计数设定值时到计数设定值时“OFFOFF”绘制原则绘制原则 （1 1）梯梯形形图图的的每每一一逻逻辑辑行行必必须须从从左左母母线线出出发发，一一般以触点开始，以线圈结束。右边母线可以省般以触点开始，以线圈结束
25、。右边母线可以省 （2 2）触触点点应应画画在在水水平平线线上上，垂垂直直分分支支线线上上不不画画触触点点 (3)对对同同一一个个输输出出线线圈圈，串串联联多多的的支支路路尽尽量量放放在在上上部部，并联多的支路尽量靠近左母线。并联多的支路尽量靠近左母线。因为，因为，PLCPLC的扫描顺序是从上到下，从左到右，这样的扫描顺序是从上到下，从左到右，这样可使可使PLCPLC尽量早的获取尽可能多的信息。尽量早的获取尽可能多的信息。程序结构v用户程序用户程序 主程序主程序 子程序子程序 中断程序中断程序v数据块数据块v参数块参数块举例举例（1）主电路：控制对象QA1（2）控制线路：输入信号：SF1，SF3SF2，BB（3）I/O编址：输入：SF1I0.1停车SF2I0.2点动SF3I0.3连续运转BBI0.4过载保护输出：QA1Q0.1内部：KFM0.1（4）I/O硬件接线图（5）梯形图
