1 绪论PLC的基础知识

2020/3/91PLC原理与应用（TheoryandApplicationofPLC）第一章绪论(PLC的基本知识)自动化/建智PLC原理与应用2020/3/92本章内容提要PLC的定义PLC的产生、演变、与发展趋势PLC的分类PLC的特点PLC的应用PLC的标准PLC原理与应用2020/3/93可编程控制器简介ProgrammableController，PCProgrammableLogicControllerPLC最早是用来取代继电器接触器控制系统，也即用于开关量的逻辑控制，故称为PLC随着微电子技术、计算机技术、网络通讯技术的发展，PLC已发展成“以微处理器为基础，集3C技术为一体的新型工业控制装置。ComputerControlCommunication具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名副其实的“多功能控制器”。为与个人计算机区别，沿用PLCPLC原理与应用2020/3/94可编程控制器的定义一种进行数字运算的电子系统；（本质）专为在工业环境下应用而设计的工业控制器；（特点）采用可编程的存储器，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指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出；（信号的传输、存储）控制各种类型的机械设备和生产过程。（用途）可编程序控制器及其相关的外部设备都按照易于与工业控制系统集成、易于扩展其功能的原则设计。（标准）国际电工委员会（IEC）1987年PLC标准草案第三稿PLC原理与应用2020/3/95本章内容提要PLC的定义PLC的产生、演变、与发展趋势PLC的分类PLC的特点PLC的应用PLC的标准PLC原理与应用2020/3/96PLC的产生、演变和发展趋势新战略实施的不利因素：继电器控制系统属于硬接线连接式编程系统，缺乏变更程序的灵活性，不能适应汽车换代周期缩短的要求。新战略实施的有利因素：小型计算机开始应用于工业生产，但原理复杂，需要专门的编程语言；1968年，美国通用公司GM首次提出了可编程控制器的概念，设想将计算机与继电器控制系统的优点相结合，形成通用的工业控制装置：PLC概念的提出：市场竞争和生产技术发展的需要，60年代后期GM公司提出了“多品种、小批量、不断更新汽车型号”的新战略方针。是否可行呢？PLC原理与应用2020/3/97编程简单，可在现场修改程序维护方便，采用插件式结构可靠性高，能在恶劣的环境下工作体积小于继电器控制柜具有数据通信功能，可将数据直接送入管理计算机价格便宜。成本可与继电器控制柜竞争输入可以是交流115V输出采用交流115V，2A以上，可直接驱动继电器、电磁阀通用性好，系统易于扩展用户程序存储器容量至少能扩展到4K字节GM关于PLC著名的十点要求：PLC原理与应用2020/3/98PLC的演变1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程序控制器PDP-14，并在GM公司的自动装配线上试用成功。20世纪70年代初期、中期，可编程序控制器可以完成顺序控制，有逻辑运算、定时、计数等控制功能。（PLC）20世纪70年代未至80年代初，可编程序控制器的处理速度大大提高，不仅可以进行逻辑控制，而且可以对模拟量进行控制。美国电器制造协会（NEMA）将可编程序控制器命名为PC。20世纪80年代以来，以16位和32位微处理器为核心的可编程序控制器得到迅速发展。这时的PLC具有了高速计数、中断技术、PID调节和数据通信等多种控制功能。PLC人机接口和网络产品使PLC及其网络成为计算机集成制造系统（CIMS）的重要组成部分。PLC原理与应用2020/3/99国外PLC的发展现状PLC自问世以来，经过50年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。目前，世界上有200百多个厂家生产400多个品种的PLC及其网络产品，较有名的有：美国：AB通用电气、莫迪康公司、罗克韦尔公司德国：西门子公司；法国：施耐德公司；日本：三菱、欧姆龙、富士、松下电工；韩国：三星、LG公司等。台湾：台达等PLC原理与应用2020/3/910国内PLC的发展现状我国PLC产品的研制和生产经历了三个阶段：70年代，顺序控制器，以仿制美国产品为主，初步认识;80年代，引进试用，并发展以一位处理器为主的工业控制器90年代后，进入推广应用阶段。我国主要生产厂商：北京的和利时系统工程有限公司；深圳德维森公司；杭州通灵控制电脑公司、江苏嘉华实业有限公司、北京机械工业自动化所，上海兰星等；PLC原理与应用2020/3/911国内PLC的发展现状目前，PLC已经渗透到国民经济的各个部门，国产PLC无论从数量和质量上均难以满足国内需求，大量依赖于进口产品。近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿人民币。在我国应用的PLC，几乎涵盖了世界所有的品牌，呈现八国联军的态势，但从行业上分，有各自的势力范围。大中型集控系统采用欧美PLC居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本的PLC居多。欧美PLC在网络和软件方面具有优势，而日本PLC在灵活性和价位方面占优势；国产PLC市场份额很小，但面临着无数商机。PLC原理与应用2020/3/912国内PLC的发展现状小型PLC的市场调查PLC原理与应用2020/3/913国内PLC的发展现状小型PLC的市场调查PLC原理与应用2020/3/914国内PLC的发展现状——机遇随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。我国工业企业的自动化程度普遍较低，PLC产品有很大的应用空间，如机械行业80%以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制，而作为中国21世纪新的工业增长点，机械工业增长年均速度达20%。因此PLC在我国的应用潜力巨大。中国加入WTO后，正努力成为世界新的制造业基地。制造业的控制主要以离散控制为主，PLC是该领域控制系统的首选。为提高劳动生产率和产品质量，必然会大量采用PLC，PLC的应用前景广阔。我国在“十五”规划中已明确提出了“用信息化带动工业化”的发展计划，大量传统产业的自动化改造将为PLC的应用提供巨大的发展空间。PLC原理与应用2020/3/915PLC的发展趋势——两级分化、系列化、通用化、和高性能化两极分化：向超大型和超小型PLC发展。“小”指向体积更小、速度更快、功能更强、价格更低的微小型PLC方向发展。其特征由整体结构向小型模块化结构发展，增加配置的灵活性；例如OMRON(欧姆龙)的SRMI微型PLC，体积只有一叠扑克牌大小，却能支持256个点。不仅完成逻辑控制，还具有数字运算、模拟量处理及调节、数据通信等功能。发展微小型PLC的目的是为了占领广大的、分散的、中小型的工业控制场合，微小型PLC也非常适合于机电一体化（如机器人、智能电器等），也是实现家庭自动化的理想控制器。PLC原理与应用2020/3/916PLC的发展趋势——两极分化“大”指向大存储量、高速、高性能、多I/O点数、多功能方向发展，使其能取代工业控制微机、集散控制系统的功能。方法：1增强网络通信功能，构成开放性平台2发展智能模块满足复杂特殊控制要求3提高外部故障诊断与处理功能4编程语言与编程工具标准化、高级化5实现软、硬件标准化，增加开放性和互操作性6与其它工控产品PC、DCS、CNC融合集成。PLC原理与应用2020/3/917本章内容提要PLC的定义PLC的产生、演变、与发展趋势PLC的分类PLC的特点PLC的应用PLC的标准按照I/O点数分按照功能大小分按照结构特点分PLC原理与应用2020/3/918PLC的分类1（按I/O点数分）(P77-表3-1)PLC原理与应用2020/3/919PLC的分类2（按功能分）低档机：有开关量控制、少量的模拟量控制、远程I/O和通信等功能。中档机：有开关量控制、较强的的模拟量控制、中断控制、位置控制、远程I/O和较强的通信联网等功能。高档机：除有中档机的功能外，运算功能更强、特殊功能模块更多，有监视、记录、打印和极强的自诊断功能，通信联网功能更强，能进行智能控制、运算控制、大规模过程控制，可很方便地构成综合自动化系统。PLC原理与应用2020/3/920PLC的分类3（按结构形式分）整体式：将电源、CPU、存储器及I/O接口等部件集中在一起，构成主机。模块式：将PLC各部分以模块形式分开，各模块结构上互相独立，可灵活选择和组合，通过总线连接，安装在专用的机架内或导轨上集成式：又称软PLC,早期将PLC与工业控制PC有机结合为一体。目前，将PC作为控制平台，集控制软件、数据处理、可视化、网络通讯等于一体，构成基于PC的自动控制系统PLC原理与应用2020/3/921PLC的分类（4）整体式PLCPLC原理与应用2020/3/922PLC的分类（5）模块式PLC图3-2PLC原理与应用2020/3/923PLC的分类（6）SIMATICWinAC（视窗自动化中心）是西门子公司基于PC的自动化解决方案的核心部件，其设计思想是将控制调节、数据处理、人机界面、通讯网络集成在一个普通商用或工业PC上，通过与现场总线Profibus和ET_200分布式I/O模块的连接，构成一个集成、开放的全集成自动化系统。图3-3基于PC的自动化系统PLC原理与应用2020/3/924本章内容提要PLC的定义PLC的产生、演变、与发展趋势PLC的分类PLC的特点PLC的应用PLC的标准PLC与继电器控制电路的比较PLC原理与应用2020/3/925PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强硬件抗干扰措施：滤波、屏蔽、接地、光电隔离、电磁兼容，硬件冗余或容错技术软件措施：故障诊断、监控报警、程序回卷、断电保护、差错校验、周期扫描方式编程简单，使用方便采用面向用户的编程方法、梯形图、指令表等语言形象直观简单易懂，编程器操作简单易于使用。功能完善，通用性强功能齐全：逻辑运算、定时、计数、顺序控制、A/DD/A转换、数值运算、数据处理、网络通信等；控制对象：单个设备、生产线、生产过程、分布式控制系统通用灵活性：系列化、标准化、通用化、模块化；采用插件式输入输出，功能调整通过改变I/O组件和修改用户程序即可。PLC原理与应用2020/3/926PLC的特点（2）设计、安装容易、维护工作量小软、硬件采用模块式、积木式结构，组件商品化；软件编程实现控制功能，避免过多的硬接线；采用面向用户的工业控制编程语言，具有强制和仿真功能，可在实验室进行编程和模拟调试，然后再到生产现场联机调试，减小设计和投运周期。具有完善的故障诊断和显示报警功能，便于快速查找和迅速排除故障；PLC本身性能稳定，故障率低，模块式结构，维护简单快捷。体积小，能耗低性价比高可靠、方便、经济、通用PLC原理与应用2020/3/927本章内容提要PLC的定义PLC的产生、演变、与发展趋势PLC的分类PLC的特点PLC的应用PLC的标准PLC原理与应用2020/3/928PLC的应用随着PLC的性能价格比的不断提高：PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保、交通、文娱等各行各业主要用途如下：开关量的逻辑控制模拟量控制数字控制机器人控制分布式控制系统PLC原理与应用2020/3/929PLC的标准PLC标准化的必要性PLC产品化、产业化、市场竞争和技术发展的需求，要求PLC开放性、综合性，采用标准的系统软件、公认的通信标准和标准PC技术。标准化是PLC技术向开放化、分散化、网络化和智能化发展的基础。PLC国际标准——IEC611311994年5月，国际电工委员会（IEC）制