第三章 可编程序控制器概述

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第三章

可编程序控制器基础

可编程序控制器概述 §3-1 可编程序控制器概述 §3-2 可编程序控制器的组成 可编程序控制器的组成 PLC的工作原理及编程语言 §3-3 PLC的工作原理及编程语言 PLC的性能指标及分类 §3-4 PLC的性能指标及分类

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§3-1 可编程序控制器概述

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§3-1 可编程序控制器概述一、可编程序控制器的产生定义1、产生 、 可编程序逻辑控制器PLC产生于 产生于1968年，最初只具备 可编程序逻辑控制器 产生于 年 逻辑控制、定时、计数等功能， 逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代继电接触 器控制(提出了10项设计指标)。因此 被称为可编程逻 项设计指标)。因此， 器控制(提出了 项设计指标)。因此，被称为可编程逻 辑控制器(Programmable logic controller,略写 PLC )。 辑控制器( , 。 随着电子技术、计算机技术的迅速发展， 随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制 器的功能已远远超出了顺序控制的范围。 器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控 制器( 制器(Programmable controller,略写 ，略写PC)。为区别于 。 Personal Computer (PC),故沿用 这个略写。 ,故沿用PLC 这个略写。2012-3-24 西南科技大学信息工程学院 3

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1968年美国通用汽车公司(GM)招标要求： 1968年美国通用汽车公司(GM)招标要求： 年美国通用汽车公司 (1)软连接代替硬接线 (2)维护方便 (3)可靠性高于继电器控制柜 (4)体积小于继电器控制柜 (5)成本低于继电器控制柜 (6)有数据通讯功能 输入115V (7)输入115V (8)可在恶劣环境下工作 扩展时， (9)扩展时，原系统变更要少 10)用户程序存储容量可扩展到4K (10)用户程序存储容量可扩展到4K2012-3-24 西南科技大学信息工程学院 4

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1969年 美国DEC公司研制出世界上第一台PLC(PDP1969年：美国DEC公司研制出世界上第一台PLC(PDPDEC公司研制出世界上第一台PLC 14),并在GM公司汽车生产线上应用成功 14),并在GM公司汽车生产线上应用成功 。 ),并在GM 1971年：日本研制出第一台DCS-8 1971年 日本研制出第一台DCSDCS 1973年：德国研制出第一台PLC 1973年 德国研制出第一台PLC 1974年 中国研制出第一台PLC 1974年：中国研制出第一台PLC

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§3-1 可编程序控制器概述2、可编程控制器的定义 、国际电工学会(IEC)曾先后

于1982.11、1985.1和1987.2发 国际电工学会( )曾先后于 、 和 发 布了可编程序控制器标准草案的第一、 布了可编程序控制器标准草案的第一、二、三稿。在第三稿中， 三稿。在第三稿中， 作了如下定义： 对PLC作了如下定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电 作了如下定义 子系统，专为在工业环境下应用而设计。 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、 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， 数和算术运算等操作指令，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。可编程序控制器及其有 控制各种类型的机械或生产过程。 关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、 关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易 于扩充其功能的原则设计。 于扩充其功能的原则设计。2012-3-24 西南科技大学信息工程学院 6

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§3-1 可编程序控制器概述定义强调了PLC是 定义强调了PLC是：1 、数字运算操作的电子系统——也是一种计算机 数字运算操作的电子系统—— ——也是一种计算机 2、 专为在工业环境下应用而设计 、 3、 面向用户指令——编程方便 、 面向用户指令—— ——编程方便 4、 逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作 、 逻辑运算、顺序控制、 5、 数字量或模拟量输入 输出控制 、 数字量或模拟量输入/输出控制 6、 易与控制系统联成一体 、 7、 易于扩充 、2012-3-24 西南科技大学信息工程学院 7

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§3-1

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二、可编程序控制器的发展概况及趋势1、发展概况 第一代PLC 一位机开发，磁芯存储器存储， PLC: ◆ 第一代PLC:一位机开发，磁芯存储器存储，单一的逻 辑控制功能； 辑控制功能； 第二代PLC PLC: 位微处理器及半导体存储器， ◆ 第二代PLC:8位微处理器及半导体存储器，系列化产 品； 第三代PLC 高性能微处理器及位片式CPU PLC: CPU, ◆ 第三代PLC:高性能微处理器及位片式CPU,具有多功 能及联网通信； 能及联网通信； 第四代PLC 16位 32位微处理器 PLC: 位微处理器， ◆ 第四代PLC:16位、32位微处理器，高性能位片式微处 理器，RISC;具有逻辑控制功能、过程控制功能、 理器，RISC;具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控 制功能、数据处理功能、联网通信功能。 制功能、数据处理功能、联网通信功能。2012-3-24 西南科技大学信息工程学院 8

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§3-1 可编程序控制器概述2、可编程序

控制器的发展趋势 、向高速度、 ◆ 向高速度、大容量方向发展 为了提高PLC的处理能力，要求PLC PLC的处理能力 PLC具有更好的响应 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 PLC的扫描速度可 速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可 0.1ms/k步左右 PLC的扫描速度已成为很重要的一个 步左右。 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。 性能指标。 在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。 PLC最高可达几十兆字节 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， 为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬 盘。2012-3-24 西南科技大学信息工程学院 9

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§3-1

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向超大型、 ◆ 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， PLC比较多 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， PLC要向多品种方向发展 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, 两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC, I/O点数达14336点的超大型PLC 其使用32位微处理器， CPU并行工作和大容量存储器 32位微处理器 并行工作和大容量存储器， 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。 功能强。 小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展， PLC由整体结构向小型模块化结构发展 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、 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 PLC, I/O点数为 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，如三菱公司α系列PLC PLC。 及小型自动控制的需要，如三菱公司α系列PLC。2012-3-24 西南科技大学信息工程学院 10

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§3-1 可编程序控制器概述PLC大力开发智能模块 大力开发智能模块， ◆ PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力 为满足各种自动化控制系统的要求， 为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发 出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、 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 I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的 模块 CPU 智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便， I/O模块 PLC功能 智能I/O

模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大 PLC应用范围 应用范围。 了PLC应用范围。 加强PLC联网通信的能力， PLC技术进步的潮流 PLC联网通信的能力 技术进步的潮流。 加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC 的联网通信有两类：一类是PLC之间联网通信， PLC生产 PLC之间联网通信 的联网通信有两类：一类是PLC之间联网通信，各PLC生产 厂家都有自己的专有联网手段；另一类是PLC PLC与计算机之间 厂家都有自己的专有联网手段；另一类是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。 PLC都有专用通信模块与计算机通信 的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。2012-3-24 西南科技大学信息工程学院 11

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§3-1 可编程序控制器概述◆ 增强外部故障的检测与处理能力 根据统计资料表明： PLC控制系统的故障中 CPU占 控制系统的故障中， 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% 接口占15% 45%, 30%, 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， 5%。 20%故障属于PLC的内部故障 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% 本身的软、 80%的故障属 PLC本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80%的故障属 PLC的外部故障 因此，PLC生产厂家都致力于研制 的外部故障。 生产厂家都致力于研制、 于PLC的外部故障。因此，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， 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。 可靠性。

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§3-1

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◆ 编程语言多样化 PLC系统结构不断发展的同时 PLC的编程语言也 系统结构不断发展的同时， 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 PLC使用的 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， 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图语言、 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(BASIC、 语言等) 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 PLC进步的一 多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一 种趋势。 种趋势。

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§3-1 可编程序控制器概述3、我国PLC的发展状况 我国PLC的发展状况 PLC 1)国产小型PLC发展现状 国产小型PLC发展现状 PLC 国产小型PLC从产生到现在， PLC从产生到现在 国产小型PLC从产生到现在，实现了接线逻辑到存储 逻辑的飞跃；其功能从弱到强， 逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字 控制的进步；如今的小型PLC在编程、I/O扩展 PLC在编程 扩展、 控制的进步；如今的小型PLC在编程、I/O扩展、通讯接 开关量和模拟量的调节以及一些特殊功能模块， 口、开关量和模拟量的调节以及一些特殊功能模块，如 高速计数输入和脉冲输出的应用上已经基本满足用户的 需求了，但随着应用需求及关联产品技术性能的提升， 需求了，但随着应用需求及关联产品技术性能的提升， PLC将继续得已完善和发展 将继续得已完善和发展。 PLC将继续得已完善和发展。2012-3-24 14

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§3-1

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2)对我国PLC产品问题的分析 对我国PLC产品问题的分析 PLC 相对于国际大公司而言，国内PLC厂商具有如下明 相对于国际大公司而言，国内PLC厂商具有如下明 PLC厂商具有如下 显的劣势： 显的劣势： ◆ 品牌劣势(同学们知道什么品牌？) 品牌劣势(同学们知道什么品牌？) ◆ 应用业绩劣势 ◆ 产品线劣势 ◆ 研发实力劣势 网友的评价：国产PLC固步自封，家族管理， 网友的评价：国产PLC固步自封，家族管理，通讯接口 PLC固步自封 不公开，路子只会越走越窄，无异于自杀。 不公开，路子只会越走越窄，无异于自杀。2012-3-24 西南科技大学信息工程学院 15

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在清醒地认识到国内PLC厂商竞争劣势的同时， 在清醒地认识到国内PLC厂商竞争劣势的同时，人 PLC厂商竞争劣势的同时 们也高兴地看到国内公司在开展PLC业务时存在较大的 们也高兴地看到国内公司在开展PLC业务时存在较大的 PLC 竞争优势： 竞争优势： ◆ 需求优势 ◆ 产品定制优势 ◆ 成本优势 ◆ 服务优势 ◆ 响应速度优势

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分析国产PLC产业化不成功的原因， 分析国产PLC产业化不成功的原因，可以为今后国产 PLC产业化不成功的原因 PLC产业化提供十分有价值的帮助和指导。 PLC产业化提供十分有价值的帮助和指导。 产业化提供十分有价值的帮助和指导 ◆ 技术方面原因 ◆ 资金问题 ◆ 制造工艺问题 ◆ 市场开拓力量薄弱 ◆ 体制问题

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可编程序控制器概

述

3)提高我国产品竞争力的途径 不断完善设计方案，充分考虑产品的可靠性、稳定 不断完善设计方案，充分考虑产品的可靠性、 性和可生产性。 性和可生产性。 在生产环节加强工艺控制和质量控制。 在生产环节加强工艺控制和质量控制。这方面在我 国消费类电子产品中已经做到了， 国消费类电子产品中已经做到了，而且有许多宝贵经验 值得借鉴。关键的问题是要认认真真地去做， 值得借鉴。关键的问题是要认认真真地去做，踏踏实实 地去执行。 地去执行。

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为适应各种现场应用环境，PLC产品在经过严格的质量控 为适应各种现场应用环境，PLC产品在经过严格的质量控 制生产出来后，还需要进行相应的检测和测试， 制生产出来后，还需要进行相应的检测和测试，这种测试不仅 要在公司内部做，还要拿到相应的权威检测机构去做。 要在公司内部做，还要拿到相应的权威检测机构去做。必要的 测试和认证是必不可少的，这既是对产品负责， 测试和认证是必不可少的，这既是对产品负责，也是对用户负 更是创立自主品牌的品质保证。 责，更是创立自主品牌的品质保证。 要认真研究中国用户的需求，根据中国用户特点和使用习 要认真研究中国用户的需求， 设计、开发、生产质量可靠、性能稳定、价格合适的产品， 惯，设计、开发、生产质量可靠、性能稳定、价格合适的产品， 并有针对性地开展营销推广、市场开拓和服务工作。 并有针对性地开展营销推广、市场开拓和服务工作。 国内PLC厂商要正视与国际大公司的差距， PLC厂商要正视与国际大公司的差距 国内PLC厂商要正视与国际大公司的差距，虚心向国际大 公司学习先进技术和营销理念，并学以致用，努力缩小差距， 公司学习先进技术和营销理念，并学以致用，努力缩小差距， 迎头赶上国际先进水平。 迎头赶上国际先进水平。2012-3-24 西南科技大学信息工程学院 19

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可编程序控制器概述

三、可编程序控制器的特点可靠性高， ◆ 可靠性高，抗干扰能力强 通用性强，控制程序可变， ◆ 通用性强，控制程序可变，使用方便 功能强， ◆ 功能强，适应面广 编程简单， ◆ 编程简单，容易掌握 ◆ 减少了控制系统的设计及施工的工作量 体积小、重量轻、功耗低、 ◆ 体积小、重量轻、功耗低、维护方便

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§3-2 可编程序控制器的组成如何实现对一台单向电机的启动运行自动控制？ 如何实现对一台单向电机的启动运行自动

控制？继电接触控制线路 PLC控制系统 控制系统

QS

QS

PLC

继电器2012-3-24 西南科技大学信息工程学院 21

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