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1、PLC编程及应用技术,总体时间安排PLC及应用部分：32学时 其中：授课28学时、实验4学时 后继实践教学环节：PLC实训专题一周,PLC编程及应用技术,授课内容：分为10个部分 第1章：概述 第2章：PLC的硬件结构与工作原理 第3章：PLC程序设计基础 第4章：数字量控制系统梯形图程序设计方法 第5章：顺序控制梯形图的设计方法 第6章：PLC的功能指令 第7章：PLC的通信与自动化通信网络 第8章：PLC在模拟闭环控制中的应用,PLC编程及应用技术,第9章：PLC应用中的一些问题 第10章：SETP7-Micro/WIN编程软件与仿真软件使用 指南,第1章 概 述,学习说明：本章是学习PL
2、C的入门知识，因此对初学者来说显得特别重要。重点掌握：什么是PLC？PLC的基本结构、特点、应用领域？本章内容：1.1 PLC的基本概念 1.2 PLC的分类、特点与应用领域,1.1 PLC的基本概念与基本结构1.1.1 PLC的基本概念？,可编程序控制器（Programmble Controller）简称PC或PLC 是一种工业控制装置 PLC是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为 以微处理器 为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置,1.1 PLC的基本概念与基本结构1.1.1 PLC的基本概念？,定义 国际电工委员会（IEC）于1985
3、年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下：“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设计”。,1.1 PLC的基本概念与基本结构1.1.1 PLC的基本概念？,区别于一般微机控制系统 区别于传统控制装置 近年来，可编程控制器发展很快，几乎每年都推出不少新系列产品，其功能已远远超出了定义的范围。,1
4、.1 PLC的基本概念与基本结构1.1.2 PLC的产生与发展,世界上第一台PLC 1969年由美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）的要求研制成功 背景：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电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。,1.1 PLC的基本概念与基本结构1.1.2 PLC的产生与发展,设计思想：吸取继电器和计算机两者的优点 继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但简单易
5、懂、价格便宜；计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程困难；采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）,1.1 PLC的基本概念与基本结构1.1.2 PLC的产生与发展,70年代初期：仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）70年代中期：微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能 80年代以后：随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微
6、处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。,1.1 PLC的基本概念与基本结构1.1.2 PLC的产生与发展,近年来PLC发展迅速 PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，已成为自动化工程的核心设备。PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。,1.1 PLC的基本概念与基本结构1.1.2 PLC的产生与发展,就全世界自动化市
7、场的过去、现在和可以预见的未来而言，PLC仍然处于一种核心地位。在最近出现在美国、欧洲和国内有关探讨PLC发展的论文中，这个结论是众口一词的，尽管对PLC的未来发展有着许多不同的意见。在全球经济不景气的时候，PLC的市场销售仍然坚挺；PC控制有了引人注目的进展，但毕竟只能对高端的PLC产品形成竞争；小型、超小型PLC的发展势头令人刮目相看；PLC和PC控制在今后可能相互融合。,1.1 PLC的基本概念与基本结构1.1.2 PLC的产生与发展,PLC三大流派（按地域）自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。各国PLC都有自己的特色。欧洲：西门子（Si
8、emens）；法国的TE（Telemecanique）美国：A-B（Allen-Bradly）、GE（General Electric）日本：三菱电机（Mitsubishi Electric）、欧姆龙（OMRON）、FUJI（日本主要发展中小型PLC，其小型机性能先进，结构紧凑，价格便宜）目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品,1.1 PLC的基本概念与基本结构1.1.2 PLC的产生与发展,我国PLC发展情况在70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的PLC。我国不少科研单位和工厂在研制和生产PLC，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门A-
9、B公司等。在传统设备改造和新设备设计中，PLC的应用逐年增多，取得良好效果。PLC在我国的应用越来越广泛。,1.1 PLC的基本概念与基本结构1.1.2 PLC的产生与发展,我国PLC发展情况 目前，国内PLC生产厂家有30余家，并有迹象显示，更多的来自于原PLC应用的技术人员准备加入到小型PLC开发的行列。但在目前上市的众多PLC产品中，还没有形成规模化的生产和名牌产品。从技术角度来看，国内外的小型PLC差距正在缩小。如无锡信捷、兰州全志等公司生产的微型PLC已经比较成熟，有些国产PLC（如和利时、科迪纳）已经拥有符合IEC标准的编程软件、支持了现场总线技术等。面对国际厂商数十年的规模化生产
10、和市场管理经验，国内厂商更多地只停留在小批量生产和维系生存的起步阶段，离真正批量生产、市场化经营乃至创建品牌还有很长的路要走。与此同时，国产PLC的低价优势也正在受到新的挑战。,1.1 PLC的基本概念与基本结构1.1.2 PLC的产生与发展,中国PLC市场（2004年度）,1.1 PLC的基本概念与基本结构1.1.2 PLC的产生与发展,PLC品牌分布情况的原因：产品覆盖范围。排在最前的三个品牌有最丰富的产品系列，而且没有偏重，用户很容易得到恰当的产品；其他品牌如Fuji，LG则以小型和微型产品为主，GE和Schneider以中大型产品为主。虽然AB拥有出色的技术和全面的产品系列，但是高价格
11、使用户却步。中国市场上的历史。Siemens，Mitsubishi和Omron都是在中国市场上传统的供应商，在很多领域占了先机，相对应的是GE，Schneider（其实Modicon进入中国也比较早，但没有完整的销售和服务体系）和LG这些后来者虽然市场快速增长，但距先行者仍有一定的差距。Siemens的PLC目前占领大量市场分额。行业分布。某些品牌会侧重于一些行业，如Schneider更加注重电力行业，Rockwell在冶金行业表现出众。,1.1 PLC的基本概念与基本结构1.1.2 PLC的产生与发展,2004年度PLC市场研究报告表明：作为目前国内控制市场上的主流控制器，PLC市场的国内参
12、与者却需要尴尬地面对这样一个局面，即在高达31亿的PLC市场总需求中，国产PLC不到整个市场份额1。在按照I/O数量划分的市场总量中，小型PLC（256点以下）的市场巨大，占据市场总额的64，而国产PLC的市场贡献恰恰就在小型PLC的市场中。,1.1 PLC的基本概念与基本结构1.1.2 PLC的产生与发展,预测：中国PLC市场在2008年有望翻番（2004年预言）在最近的经济发展中，中国以其制造业发展的迅猛及范围为人瞩目，使PLC在自动化领域增长超过了20%。中国的PLC市场在未来的5年内，将以14.1%的综合年增长率增长。,1.1 PLC的基本概念与基本结构1.1.2 PLC的产生与发展,
13、流行新词汇：可编程自动化控制器（Programmable Automation Controller，PAC）PAC源自于ARC咨询集团市场调查公司，认为：“PLC相当活跃，而且发展良好，具很强的生命力。然而，PLC这个工业的有效工具正在许多方面不断改变，不断增加其魅力。自动化供应商正不断致力于PLC的开发，以迎合市场和特殊用户的需求。功能的增强促使了新系列的系统浮出水面。PAC基于开放的工业标准、具多领域功能、通用的开放平台以及高性能”。,几种常用PLC FX-PLC（Mitsubishi）,几种常用PLC FX0S（Mitsubishi）,FX0N,FX1S/FX1N,FX2N,AnS,Q
14、nA/AnA,QnS,S7-200,S7-300,S7-400,LOGO,C,SP,C200H,CS,SLC500,1.2 P LC的分类及特点与应用领域,1.2 P LC的分类及特点 PLC的分类及特点,PLC一般可从其I/O点数、结构形式和功能三方面进行分类：,1.2 P LC的分类及特点 PLC的分类及特点（按I/O点数分类）,根据PLC的I/O点数，PLC分为小型、中型和大型三类。,1）小型PLC I/O点数为256点以下的为小型PLC（其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC）,2）中型PLC I/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC,3）大型PLC I/O点数为
15、2048以上的为大型PLC（其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）,这个分类界限不是固定不变的，它随PLC的发展而变化。,1.2 P LC的分类及特点 PLC的分类及特点（按结构形式分类）,根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。,1）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、价格低的特点。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间
16、一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。小型PLC一般采用这种整体式结构。,整体式PLC,1.2 P LC的分类及特点 PLC的分类及特点（按结构形式分类）,2）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（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同模块组成一个系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。,模块式PLC,1.2 P LC的分类及特
17、点 PLC的分类及特点（按功能分类）,1）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。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机系统,2）中档PLC 具有低档PLC功能外，具有较强的模拟量输入/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控制等功能,3）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，可用于大规模过程控制或构成分布式网
18、络控制系统，实现工厂自动化。,1.2 P LC的分类及特点 PLC的分类及特点-特点,PLC技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点。它较好地解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。,可靠性高、抗干扰能力强,编程简单、使用方便,功能完善、通用性强,设计安装简单、维护方便,体积小、重量轻、能耗低,PLC的分类及特点-特点可靠性高、抗干扰能力强,可靠性高、抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。PLC的平均无故障时间可达几十万个小时。硬件方面：I/O接口采用采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而
19、消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。软件方面：采用扫描工作方式，减少了外界的干扰；设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。,PLC的分类及特点-特点 编程简单、使用方便,目前，各种PLC都采用梯形图语言为第一编程语言，是，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员
20、掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。同时，PLC编程器的操作和使用也很简单。这也是PLC获得普及和推广的主要原因之一。许多PLC还针对具体问题，设计了各种专用编程指令及编程方法，进一步简化了编程。,PLC的分类及特点-特点 功能完善、通用性强,现代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、通信联网以等许多功能。同时，由于PLC产品的系列化、模块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成满足各种要求的控制系统。,PLC的分类及特点-特点 设计安装简单、维护方便,由于PLC用软件代替了传统电气控
21、制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。在维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小；而且PLC具很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。,PLC的分类及特点-特点体积小、重量轻、能耗低,PLC结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的理想控制设备,PLC的发展趋势 向高速度、大容量方向发展,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
22、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。,PLC的发展趋势向超大型、超小型两个方向发展,当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。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。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816点，以适应单机及小型自动控制的需要，如三菱公司系列PLC、西门子公司的
23、LOGO系列PLC。,PLC的发展趋势大力开发智能模块，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、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。加强PLC联网与通信的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的联网与和通信有两类：PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。为了加强联网与和通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。,PL
24、C的发展趋势增强外部故障的检测与处理能力,根据统计资料表明：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,PLC的发展趋势编程语言多样化,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
25、图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。,1.2 P LC的分类及特点与应用领域 1.2.2 应用领域,PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活相关的机器、与环境相关的机器，而且有急速的上升趋势。值得注意的是，随着PLC、DCS相互渗透，二者的界线日趋模糊的时候，PLC从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展,1.2 P LC的分类及特点与应用领域 1.2.2 应用领域,几个方面:数字量逻辑控制运动控制闭环过程控制数据处理通信联网,作业:,P5:1.1;1.2;1.5(加以说明),
