可编程控制器主 题：课件第 1 章可编程序控制器概论课程内容：我们这周主要学习第 1 章可编程序控制器概论的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对 PLC 相关知识的理解。一、学习要求1．了解 PLC 产生、发展；2．掌握 PLC 的定义、功能、分类及特点。二、主要内容1．可编程控制器的产生和定义（1）可编程控制器的产生1968 年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。根据汽车生产流水线改造需要，面向社会进行招标提出了相应的招标条件，即：“GM10 条”。GM10 条：1）编程简单：一般电气工程师不需特殊的计算机知识即可编程，且可现场修改；第 1 页 共 10 页 入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。2、答：（1）可靠性高，抗干扰能力强（2）编程简单，容易掌握 （3）功能完善，适应性强（4）使用简单，调试维修方便第 10 页 共 10 页 2）维护方便：最好采用插件式结构；3）可靠性高：优于继电器控制系统；4）体积小：小于继电器控制系统；5）成本低：性能价格比低于继电器控制系统；6）可与计算机通信：数据直接传给计算机；7）输入可以是 115VAC：可直接接收交流信号；8）输出也可以用 115VAC：可直接驱动电磁阀、接触器等；9）具有可扩展性：采用模块化结构；10）用户程序存储器容量：4K 以上。1969 年，美国数字设备公司（DEC）研制成功第一台可编程控制器，并应用于 GM 汽车自动装配线上；目前，可编程控制器的著名厂商及产品有：日本立石（OMRON）的 C 系列；日本三菱（MITSUBISHI）的 F、F1、F2、FX2 系列；日本松下（PANASONIC）的 FP1 系列；美国通用电气（GE）的 GE 系列；美国艾伦-布拉德利（AB）的 PLC-5 系列；德国西门子（SIEMENS）的 S5、S7 系列（2）可编程控制器的定义1985 年，国际电工委员会（IEC）定义：“可编程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第 2 页 共 10 页 指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则来设计”。 2．可编程序控制器的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强。由于采用大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件的设计和制造的过程中采取了一系列隔离和抗干扰措施，使它能适应恶劣的工作环境，具有很高的可靠性。（2）编程简单，容易掌握 PLC 采用与继电器控制线路图非常接近的梯形图作为编程语言，它既有继电器电路清晰直观的特点，又充分考虑到电气工人和技术人员的读图习惯 ;对使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识，因此，易学易懂，程序改变时也容易修改。（3）功能完善，适应性强目前 PLC 产品已经标准化、系列化和模块化，不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有 A／D、D／A 转换、算术运算及数据处理、通信联网和生产过程监控等功能。它能根据实际需要，方便灵活地组装成大小各异、功能不一的控制系统：既可控制一台单机、一条生产线，又可以控制一个机群、多条生产线；既可以现场控制又可以远程控制。（4）使用简单，调试维修方便 PLC 的接线极其方便； PLC 的用户程序可在实验室模拟调试；第 3 页 共 10 页  PLC 的故障率很低； 排除故障迅速； 体积小、功耗低。由于 PLC 采用半导体大规模集成电路，因此整个产品结构紧凑、体积小、重 量 轻 、 功 耗 低 ， 以 三 菱 FXON 一 24M 型 PLC 为 例 ， 其 外 形 尺 寸 仅 为130mm ×90mm×87mm，重量只有 600g，功耗小于 50W。所以，PLC 很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想的控制设备可编程序控制器的应用领域。3．可编程序控制器的应用（1）开关量控制开关量控制是 PLC 最基本的应用领域，可用 PLC 取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用实例。（2）模拟量控制目前，很多 PLC 都具有模拟量处理功能，通过模拟量 I／O 模块可对温度、压力、速度、流量等连续变化的模拟量进行控制，而且编程和使用都很方便。大、中型的 PLC 还具有 PID 闭环控制功能，运用 PID 子程序或使用专用的智能PID 模块，可以实现对模拟量的闭环过程控制。（3）运动控制运动控制是指 PLC 对直线运动或圆周运动的控制，也称为位置控制，早期PLC 通过开关量 I／O 模块与位置传感器和执行机构的连接来实现这一功能，现在一般都使用专用的运动控制模块来完成。第 4 页 共 10 页 （4）数据处理现代 PLC 都具有不同程度的数据处理功能，能够完成数学运算(函数运算、矩阵运算、逻辑运算)、数据的移位、比较、传递、数值的转换和查表等操作，对数据进行采集、分析和处理。数据处理通常用在大、中型控制系统中，如柔性制造系统、机器人的控制系统等。（5）通信联网通信联网是指 PLC 与 PLC 之问、PLC 与上位计算机或其他智能设备间的通信，利用 PLC 和计算机的 RS 一 232 或 RS—422 接口、PLC 的专用通信模块，用双绞线和同轴电缆或光缆将它们联成网络，可实现相互间的信息交换，构成“集中管理、分散控制” 的多级分布式控制系统，建立工厂的自动化网络。4．可编程序控制器的类型（1）按 I/O 点数分类分为微型、小型、中型及大型等。 微型：一般 I/O 点数在 64 点以下； 小型：一般 I/O 点数在 256 点以下； 中型：一般 I/O 点数在 2048 点以下； 大型：一般 I/O 点数在 2048 以上。（2）按结构形式分：分为整体式和模块式。 整体式 PLC将电源、CPU、I/O 接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。如西门子公司的 S7-200 系列，松下 FP1 系列等。第 5 页 共 10 页 图 1 S7-200 外观结构图 模块式 PLC将 PLC 各组成部分分别作成若干个单独的模块，如 CPU 模块、I/O 模块、电源模块以及各种功能模块。如西门子公司的 S5-115U、S7-300、S7-400系列,OMRON 公司的 C200H、C1000H、C2000H 等。图 2 S7-300 外观结构图（3）按功能分： 低档 PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。 中档 PLC具有低档 PLC 功能外，增加模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 I/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PID 控制等第 6 页 共 10 页 功能。 高档 PLC具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档 PLC 机具有更强的通信联网功能。5．可编程序控制器的发展（1）高性能、高速度、大容量发展 为了提高 PLC 的处理能力，要求 PLC 具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的 PLC 的扫描速度可达 0.1ms/k 步左右。PLC 的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。 在存储容量方面，有的 PLC 最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。（2）向小型化和大型化两个方向发展小型 PLC 由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型 PLC，最小配置的 I/O 点数为 8～16 点，以适应单机及小型自动控制的需要。大型化是指大中型 PLC 向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。现已有 I/O点数达 14336 点的超大型 PLC，其使用 32 位微处理器，多 CPU 并行工作和大容量存储器，功能强。（3）大力开发智能模块，加强联网与通信能力为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、第 7 页 共 10 页 温度控制模块、远程 I/O 模块、通信和人机接口模块等。PLC 的联网与通信有两类：① PLC 之间联网通信，各 PLC 生产厂家都有自己的专有联网手段；② PLC 与计算机之间的联网通信。为了加强联网与和通信能力，PLC 生产厂家也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。（4）增强外部故障的检测与处理能力 据统计资料表明：在 PLC 控制系统的故障中，CPU 占 5%，I/O 接口占 15%，输入设备占 45%，输出设备占 30%，线路占 5%。前二项共 20%故障属于 PLC 的内部故障，它可通过 PLC 本身的软、硬件实现检测、处理。而其余 80%的故障属于 PLC 的外部故障。PLC 生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。（5）编程语言多样化在 PLC 系统结构不断发展的同时，PLC 的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。 除了大多数 PLC 使用的梯形图、语句表语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（C 语言等）等。多种编程语言并存、互补与发展是PLC 进步的一种趋势。三、习题 （一）单选题1.PLC 最基本的应用领域是（ ）。第 8 页 共 10 页 A．开关量控制 B．模拟量控制 C．运动控制 D．数据处理2.S7-200 属于（ ）PLC。A．微型 B．小型 C．中性 D．大型（二）判断题1.PLC 可以向扩展模块提供 24V 直流电源。（ ）2.S7-200 属于模块式 PLC。（ ）（三）简答题1.简述 PLC 的定义。2.PLC 有哪些主要特点？【习题答案】（一）单选题1、A 2、B（二）判断题1、× 2、×（三）简答题1、答：可编程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，并通过数字式和模拟式的输第 9 页 共 10 页