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1、第一章 概论,参考书：1)可编程控制器原理及应用路林吉 编 清华大学出版社2）可编程控制器基础及编程技巧陈宇编 华南理工大学出版社3）小型可编程控制器原理与实践常斗南 主编 辽宁科学技术出版社4）可编程控制器原理与应用 吴秀凤 主编 冶金工业出版社5)工业电脑的安装与使用陆岛 编著 印刷工业出版社,初识PLC,第一节 可编程控制器的产生,可编程控制器（简称PLC）的设计规范于1968年由美国通用汽车公司提出，当时的目的是设计一种新的控制装置以取代继电器盘。要求简单易懂、操作方便、价格便宜。并且时间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等。,1969年，美
2、国数字设备公司（DEC公司）研制出第一台可编程控制器，并在美国通用汽车公司的自动生产线上安装调试成功。1971年，日本从美国引进技术。1973年，西欧国家也研制出了第一台可编程控制器。1974年我国开始研制可编程控制器，1977年开始工业应用。,早期的可编程控制器为了取代继电器控制，他的功能有限，常常用于开关量的控制。所以早期的可编程控制器被称为可编程逻辑控制器，简称PLC（Programmable Logic Controller)。,70年代可编程控制器采用通用微处理器后，功能得到大大的加强，不仅仅局限于逻辑控制。所以1980年正式命名为可编程控制器（Programmable Contro
3、ller)，简称PC。但是PC已成为个人计算机（Personal Computer）的简称，为了区别仍把可编程控制器简称为PLC。,目前，以16位和32位微处理器构成的PLC，体积小、功能强、价格低，且编程方便，具有远程I/O和通信网络、数据处理和图象显示，已用于连续生产过程的控制，成为实现工厂自动化的一大支柱。,1987年2月国际电工委员会（IEC）对PLC作了如下定义：,可编程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。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的生产过程。可编程控
4、制器及外围设备，都易于工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。,第二节 可编程控制器的特点,一、硬件的可靠性高 PLC专为在工业环境的恶劣条件下应用而设计，一个设计良好的PLC能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。,在硬件设计方面采取的措施：1）选用优质器件。2）采用合理的系统结构，使它抗振动冲击。3）在输入输出电路中都采用了光电隔离，做到电浮空。4）IO端口除采用模拟器滤波以外，还加上数字滤波。5）采用了电磁屏蔽措施。6）先进的电源电路防止由电源串入干扰信号。7）合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。,在硬件设
5、计方面采取的措施：1）选用优质器件。2）采用合理的系统结构，使它抗振动冲击。3）在输入输出电路中都采用了光电隔离，做到电浮空。4）IO端口除采用模拟器滤波以外，还加上数字滤波。5）采用了电磁屏蔽措施。6）先进的电源电路防止由电源串入干扰信号。7）合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。,二、编程简单，使用方便 PLC采用面向控制过程、面向问题的自然语言，容易掌握。这种编程方式虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行的时间，但对大多数机电控制设备来说，这是微不足道的。,三、接线简单，通用性好 PLC的接线只需将输入信号的设备(按钮、开关等)与PLC输
6、入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件(接触器、电磁阀等)与PLC输出端子连接。接线简单、工作量少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。,四、丰富的IO接口模块 由于工业控制机只是一个控制中枢，为了实现对工业生产过程的自动控制，它还必须与各种工业现场的设备相连接，才能完成控制任务。因此，PLC除了具有计算机的基本部件如CPU、存储器以外，还必须具有丰富的IO接口模块。,PLC针对不同的工业现场信号(如交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱电等)，有相应的IO模块与工业现场的器件或设备(如按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、电机启动器、控制
7、阀等)直接连接。,五、采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要，绝大部分PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU、直流电源、IO(含特殊功能的IO)等均采用模块设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据实际控制需要自行组合。,六、安装、维修方便 PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC的相应的IO端相连接，系统便可以投入运行。各种模块上均设有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和检查故障。由于采用模块化结构，因此一旦某个模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。大部分PLC还允许带电插拔IO模块
8、,七、系统设计、调试周期短 PLC控制功能主要是通过软件编程来实现，因为硬件的设计任务仅仅是根据控制对象的要求，选配适当的模块，因而大大的简化了系统的硬件设计工作，缩短了整个系统的设计、调试周期。,八、体积小、重量轻、功耗低 一台体积很小的PLC具有相当于三个18m高的继电器柜的控制功能，一般节电可达50以上。PLC是专为工业控制而设计的专用计算机，特别是小型机，其结构紧凑、坚固、体积小巧，易于装入机械内部，是“机电一体化”较理想的控制设备。,九、可连接为控制网络系统 PLC可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为50
9、02500m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率为1M10Mbps，传输距离为5001000m，网上结点可达1024个。这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。,第三节 可编程控制器的应用,从PLC诞生以来，PLC的特点越来越为广大工业界人士所认识和接受。另外，近年来PLC的价格下降，功能增强，使得PLC迅速渗透到工业控制的各个领域，包括从单机控制到工厂自动化；从机器人、柔性制造系统到工业局部网络。当前，PLC已广泛用于冶金、机械、汽车制造、电力、石油、化工、交通、运输、纺织、建材、采矿以及家用电器等领域，并取得了明显的技术经
10、济效益。,从PLC的功能来看，它的应用范围大致可分为以下几个大类：1逻辑控制 PLC具有逻辑控制功能，特别适用于开关量控制系统、它可以实现各种通断控制。,2定时控制 PLC具有定时控制功能。它为用户提供几十个甚至上千个定时器，其定时时间设定值既可以由用户在编制用户程序时设定，也可以由操作人员在工业现场通过人机对话装置实时地设定，完成定时和延时控制。定时器的实际定时值也可以通过人机对话装置实时地读出和修改。,3计数控制 PLC具有计数控制功能。它为用户提供几十个甚至上千个计数器，其计数设定值的设定方式同定时器的定时时间设定值一样。一般计数器的计数频率较低，为了能对频率较高的信号进行计数，可选用小
11、型PLC的内部高速计数器或选用大型PLC的高速计数器模块进行计数。计数器的实际计数值也可以通过人机对话装置实时的读出和修改。,4顺序(步进)控制 这是PLC应用最广泛的一个领域，它取代传统的继电器顺序控制。PLC可应用于单机控制，多机群控制，或生产自动线控制。例如：注塑机，组合机床，装配、包装流水线，电梯控制等。在步进控制的应用中，PLC广泛使用的一种标准化语言顺序功能图(Sequential Function Chart，以下简称为SFC)来编制用户程序。使得程序设计更简捷、方便。,5过程(PID)控制 PLC具有PID控制功能。PLC可以接收模拟量输入和输出模拟量信号。如：温度、速度、压力
12、和流量。在过程控制中PLC可以使用专用的PID模块实现对模拟量的控制。当某个被控变量出现偏差时，PID能计算出正确的输出，自动调整系统把被控变量稳定在设定值上。,6数据处理 PLC有较强的数据处理能力。它能进行算术运算、数据比较、数据传送、数据转换；且具有数据显示和打印等功能。新一代的大、中型PLC还可以进行函数运算、浮点运算等。,7通信与联网 为了适应工厂自动化(FA)系统发展的需要，PLC还具有与PLC之间、PLC与上级计算机之间的通信功能。使用PLC可以很方便地构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统，因此，PLC是实现工厂自动化的理想控制器。,第四节 可编程控制器与微机及继电器控制的
13、区别,一、PLC与微机(MC)的区别,1PLC与微机的相同点(1)控制核心部件均采用微处理器及计算机技术。(2)硬件基本结构、工作的基本原理也大体相同。(3)控制程序可编，都不必修改硬接线即可改变控制内容。但PLC在这方面更灵活、更方便。,1PLC与微机的相同点(1)控制核心部件均采用微处理器及计算机技术。(2)硬件基本结构、工作的基本原理也大体相同。(3)控制程序可编，都不必修改硬接线即可改变控制内容。但PLC在这方面更灵活、更方便。,2PLC与微机的不同点(1)PLC的可靠性高。这是由于PLC在设计制造时已充分考虑到工业现场环境恶劣。(2)PLC编程简单。PLC为了适应工业现场，考虑现场维
14、修人员熟悉继电器线路图，采用简单易懂的梯形图等符号式语言，避免了计算机的汇编语言，以及高级编程语言，这给PLC的普及应用创造了条件。(3)PLC易于维护，而微机控制系统维护工作量大。(4)PLC的输入输出响应速度慢，有较大的滞后现象(一般为ms级)，的输入输出响应速度快，一般为微秒级。,2PLC与微机的不同点(1)PLC的可靠性高。这是由于PLC在设计制造时已充分考虑到工业现场环境恶劣。(2)PLC编程简单。PLC为了适应工业现场，考虑现场维修人员熟悉继电器线路图，采用简单易懂的梯形图等符号式语言，避免了计算机的汇编语言，以及高级编程语言，这给PLC的普及应用创造了条件。(3)PLC易于维护，
15、而微机控制系统维护工作量大。(4)PLC的输入输出响应速度慢，有较大的滞后现象(一般为ms级)，的输入输出响应速度快，一般为微秒级。,二、PLC与继电器控制装置的区别,1.PLC与继电器控制装置的相同点 均能大量地应用于顺序控制领域；均能在恶劣的环境下，对生产机械、生产过程进行控制；PLC的梯形图与继电器控制线路图基本相同，易懂。,2PLC与继电器控制装置的不同点,(1)组成器件不同 继电器控制线路是由许多真正的“硬”继电器组成，而PLC大量使用“软”继电器。这些“软”继电器实质是PLC内部存储器中的某一位触发器，它可以被置“0”或置“1”。“硬”继电器易磨损，而“软”继电器则无磨损现象。,(
16、2)触点数目不同“硬”继电器的触点数目有限，用于控制的触点一般只有几个；而“软”继电器供编程使用的触点数有无数多个。因为“软”继电器的触点是指存贮器中的某一位，它可以被控制程序无限次的读取。,3)实施控制的方法不同 在继电器控制线路中，实现某种控制功能是通过各继电器间的硬接线来解决，其功能固定。而PLC控制是通过软件编程来实现，外部接线简单，且灵活多变。特别是当要改变生产过程，修改控制内容时PLC就极为方便，只要修改一下程序就可以了，硬接线基本不须改动。,4)PLC采用积木式结构，易扩充，易维护，同时占地面积小，工期短。但PLC使用了计算机，一方面价格高，另一方面要求操作人员进行知识更新，需经短期培训。,习题：1.什么叫PLC？什么叫PC？它们有什么区别？2.PLC与计算机有什么不同？与继电器盘有什么不同？3.例举PLC可能应用的场合，并简述理由。,
