1、2005.2 V1.01本章內容本章內容 1. PLC的產生和定義的產生和定義2. PLC的特點的特點3. PLC的應用和發展的應用和發展4. PLC的分類的分類5. PLC的系統組成的系統組成6. PLC與繼電器接觸器控制系統的區別與繼電器接觸器控制系統的區別7. PLC的工作原理的工作原理8. PLC的編程語言和程序結構的編程語言和程序結構 可編程序控制可編程序控制器概述器概述2005.2 V1.023.1 PLC的產生和發展的產生和發展 1. PLC的的產生產生n背景情況背景情況(參考參考P98)l 傳統控制系統的缺點；傳統控制系統的缺點；l 當時小型計算機的不足當時小型計算機的不足；l

2、 工業生產過程激烈競爭的要求。工業生產過程激烈競爭的要求。2005.2 V1.03n1968年年GM10條條GM公司的招標（汽車流水線控制系統）公司的招標（汽車流水線控制系統） 編程方便，可現場修改程序；編程方便，可現場修改程序； 維修方便，采用插件式結構；維修方便，采用插件式結構； 可靠性高于繼電器控制裝置；可靠性高于繼電器控制裝置； 體積小于繼電器控制盤；體積小于繼電器控制盤； 數據可直接送入管理計算機；數據可直接送入管理計算機； 成本可與繼電器控制盤競爭；成本可與繼電器控制盤競爭； 輸入可以是交流輸入可以是交流115V； 輸出為交流輸出為交流115V，容量要求在，容量要求在2 A以上，可

3、直接驅以上，可直接驅動接觸器、電磁閥等；動接觸器、電磁閥等； 擴展時原系統改變最小；擴展時原系統改變最小； 用戶存儲器至少能擴展到用戶存儲器至少能擴展到4 kB。 2005.2 V1.04 實際上提出了將實際上提出了將繼電接觸器繼電接觸器控制的控制的簡單易懂、使用方便、簡單易懂、使用方便、價格低廉價格低廉的優點，與的優點，與計算機計算機的的功能完善、靈活性、通用性好功能完善、靈活性、通用性好的的優點結合起來，將繼電接觸器控制的優點結合起來，將繼電接觸器控制的硬連線邏輯硬連線邏輯轉變為計轉變為計算機的算機的軟件邏輯編程軟件邏輯編程的設想。的設想。2005.2 V1.05n1969年年DEC公司生

4、產出第一臺公司生產出第一臺PLC。n名字名字l Programmable Logic ControllerPLC 主要用來取代繼電接觸器主要用來取代繼電接觸器邏輯控制邏輯控制，功能僅限于執行繼，功能僅限于執行繼電器邏電器邏 輯、計時、計數等。輯、計時、計數等。l Programmable ControllerPC 將微機技術應用到將微機技術應用到PLC中，增加了中，增加了運算、數據傳送和處運算、數據傳送和處理理等功能等功能成為一種電子計算機工業控制設備。成為一種電子計算機工業控制設備。2005.2 V1.06nPLC應用于連續生產的過程控制系統，成為今天應用于連續生產的過程控制系統，成為今天自

5、動化技自動化技術的三大支柱術的三大支柱之一之一.PLC、機器人、機器人、CAD/CAM 2005.2 V1.07PLC發速發展，確切定義困難。發速發展，確切定義困難。IEC1987頒發了頒發了PLC標準草案第三稿定義：標準草案第三稿定義：n可編程序控制器可編程序控制器是是一種數字運算操作的電子系統，一種數字運算操作的電子系統，專為工業環境專為工業環境而而設計。它采用了可編程序的存儲器，設計。它采用了可編程序的存儲器，用來用來在其內部存儲執行邏輯運在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式和模擬式的

6、輸入和輸出，控制各種類型機械的生產過程。式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產過程。 及其及其有關外圍設備，都應按易于與工業系統聯成一個整體、易于擴充其有關外圍設備，都應按易于與工業系統聯成一個整體、易于擴充其功能的功能的原則原則設計。設計。l是什么？功能？設計原則？是什么？功能？設計原則？PLC的的定義定義 l定義強調了定義強調了PLC應直接應用于工業環境，必須具有很強的抗干擾應直接應用于工業環境，必須具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應能力和應用范圍能力，廣泛的適應能力和應用范圍區別于一般微機控制系統區別于一般微機控制系統的一個重要特征。的一個重要特征。2005.2 V1.083.2

7、PLC的的特點特點 l 抗干擾能力強，可靠性高抗干擾能力強，可靠性高 （硬件、軟件）（硬件、軟件） PLC平均故障時間在幾萬小時以上，一般微機無法比擬。平均故障時間在幾萬小時以上，一般微機無法比擬。l 控制系統結構簡單，通用性強控制系統結構簡單，通用性強 PLC及外圍模塊品種多，組合靈活。及外圍模塊品種多，組合靈活。l 編程方便，易于使用編程方便，易于使用 （梯形圖等簡單指令形式）（梯形圖等簡單指令形式）l 功能完善功能完善 l 設計、施工、調試的周期短設計、施工、調試的周期短 硬軟件齊全，模塊化積木式結構，商品化硬軟件齊全，模塊化積木式結構，商品化l 體積小，維護操作方便體積小，維護操作方便

8、 2005.2 V1.093.3 PLC的的應用和發展應用和發展 PLC的發展狀況的發展狀況n過去過去30年的情況：（美國、德國、日本、法國）年的情況：（美國、德國、日本、法國）n我國的應用情況：（歐姆龍、三菱、西門子）我國的應用情況：（歐姆龍、三菱、西門子）n我國的制造情況：我國的制造情況： （和利時、浙大中控）起步（和利時、浙大中控）起步2005.2 V1.0101. PLC的發展階段的發展階段n初級階段初級階段 ：功能簡單，完成繼電器控制系統的功能；：功能簡單，完成繼電器控制系統的功能；n崛起階段：控制功能增強，數據處理、模擬量控制；崛起階段：控制功能增強，數據處理、模擬量控制；n成熟階

9、段：通信和聯網，大規模、多控制器的控制系統；成熟階段：通信和聯網，大規模、多控制器的控制系統；n飛速發展階段：過程控制領域中大面積使用；飛速發展階段：過程控制領域中大面積使用；n開放性、標準化階段：開放性、標準化階段：IEC61131-3標準編程語言。標準編程語言。2005.2 V1.0112.PLC的發展趨勢的發展趨勢n向小型化、專用化、低成本方向發展向小型化、專用化、低成本方向發展 n向大容量，高速度方向發展向大容量，高速度方向發展 n智能型智能型I/O模塊的發展模塊的發展 n基于基于PC的編程軟件取代編程器的編程軟件取代編程器 nPLC編程語言的標準化（編程語言的標準化（IEC標準：五種

10、編程語言）標準：五種編程語言）nPLC通信的易用化通信的易用化 n組態軟件組態軟件與與PLC的軟件化的軟件化 nPLC與現場總線相結合與現場總線相結合 2005.2 V1.0122005.2 V1.013PLC的應用領域的應用領域 （1）成本下降）成本下降 （2）功能大大增強，也能解決復雜的計算和通信問題）功能大大增強，也能解決復雜的計算和通信問題 應用越來越廣應用越來越廣：鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、：鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、 機械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、機械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、 環保和娛樂等行業。環保和娛樂等行業。 2005.2 V1.014 n順序控制

11、：順序控制：最廣泛、最適合最廣泛、最適合n運動控制：拖動步進電機或伺服電機的位置移動運動控制：拖動步進電機或伺服電機的位置移動n過程控制：控制大量過程參數過程控制：控制大量過程參數, PID模塊模塊n數據處理：數據處理：n通信網絡：主機與遠程通信網絡：主機與遠程I/O、多臺、多臺PLC之間、之間、 PLC與其他智能控制設備。與其他智能控制設備。2005.2 V1.0153.4 PLC的分類的分類 1. 按按I/O容量分容量分n小型機小型機 （1）以開關量控制為主，也具有一定的通信能力和）以開關量控制為主，也具有一定的通信能力和 少量的模擬量處理能力。少量的模擬量處理能力。 （2）I/O總點數一

12、般在總點數一般在256以下，用戶程序存儲器容量以下，用戶程序存儲器容量 在在4K以下。以下。 （3）適合于控制單臺設備和開發機電一體化產品。）適合于控制單臺設備和開發機電一體化產品。 （4）典型：）典型：西門子西門子S7-200，歐姆龍，歐姆龍CPM2A2005.2 V1.016n中型機中型機 （1）具有更強的數字計算能力，通信能力和模擬量處理能力。）具有更強的數字計算能力，通信能力和模擬量處理能力。 （2）I/O總點數總點數2562048，用戶程序存儲器容量在，用戶程序存儲器容量在8K， 指令更豐富。指令更豐富。 （3）適合于復雜的邏輯控制以及連續生產線的過程控制場合。）適合于復雜的邏輯控制

13、以及連續生產線的過程控制場合。 （4）典型：西門子）典型：西門子S7-300，歐姆龍，歐姆龍C200Hn大型機大型機 （1）性能與工業控制計算機相當，計算、控制、調節、網）性能與工業控制計算機相當，計算、控制、調節、網絡結構和通信聯網。絡結構和通信聯網。 （2）I/O總點數總點數2048以上，用戶程序存儲器容量在以上，用戶程序存儲器容量在16K以上。以上。 （3）適合于設備自動化控制、過程自動化控制和過程監控）適合于設備自動化控制、過程自動化控制和過程監控系統。系統。 （4）典型：西門子）典型：西門子S7-400，歐姆龍，歐姆龍CVM1和和CS1系列系列2005.2 V1.0172. 按結構形

14、式分按結構形式分n整體式整體式特點特點：將：將PLC的基本部件（的基本部件（CPU板、輸板、輸 入板、輸出板、電源板、通信板等）入板、輸出板、電源板、通信板等）緊湊地安裝在一個標準的機殼內，構緊湊地安裝在一個標準的機殼內，構成一個整體，組成成一個整體，組成PLC的基本單元的基本單元（主機）或擴展單元。（主機）或擴展單元。 體積小、成本低、安裝方便。體積小、成本低、安裝方便。 微型、小型微型、小型PLC采用，如采用，如S7-2002005.2 V1.018n模塊式模塊式特點特點：由一些模塊單元構成，將這些模塊插在：由一些模塊單元構成，將這些模塊插在 框架上框架上 或基板上即可。或基板上即可。 成

15、本較高、組態靈活方便，維修方便。成本較高、組態靈活方便，維修方便。 中、大型中、大型PLC采用，如采用，如S7-300、 S7-4002005.2 V1.0193.5 PLC的的系統組成系統組成 nCPU: 控制器、運算器、寄存器控制器、運算器、寄存器n存儲器存儲器nI/O單元單元n電源電源n擴展接口擴展接口n編程設備編程設備n其他部件其他部件2005.2 V1.020n I/O單元單元廣義包含兩部分：廣義包含兩部分：（1）與被控設備相連接的接口電路；）與被控設備相連接的接口電路；（2）輸入和輸出的）輸入和輸出的映像寄存器映像寄存器。 輸入單元接收來自用戶設備的各種控制信號，通過輸入單元接收來

16、自用戶設備的各種控制信號，通過接口電路接口電路將這將這些信號轉換成中央處理器能夠識別和處理的信號，并存到輸入些信號轉換成中央處理器能夠識別和處理的信號，并存到輸入映映像寄存器像寄存器。運行時。運行時CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進行處從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進行處理，將處理結果放到輸出映像寄存器。理，將處理結果放到輸出映像寄存器。輸出接口電路輸出接口電路將其由弱電將其由弱電控制信號轉換成現場需要的強電信號輸出，以驅動被控設備的執控制信號轉換成現場需要的強電信號輸出，以驅動被控設備的執行元件。行元件。 2005.2 V1.021輸入電路的電源輸入電路的電源可由外部供給，也可由可由外部

17、供給，也可由PLC內部提供。內部提供。輸出電路電源輸出電路電源由外部提供。由外部提供。2005.2 V1.0223.6 PLC與其他控制系統的區別與其他控制系統的區別 1.控制邏輯：軟硬控制邏輯：軟硬2. 工作方式：并行串行工作方式：并行串行3. 可靠性和可維護性可靠性和可維護性4. 控制速度控制速度5. 定時控制定時控制6. 設計和施工設計和施工n 與繼電器控制系統區別與繼電器控制系統區別 P1072005.2 V1.0231.本質區別本質區別2. 使用場合使用場合3. 使用過程使用過程4. 使用成本使用成本5. 學習難易程度學習難易程度6. 就業方向就業方向n 與單片機控制系統區別與單片機

18、控制系統區別 P1092005.2 V1.024n 課程回顧課程回顧背景背景要求：要求：GM10條條設計原則設計原則是什么？是什么？功能功能成本成本功能功能適用領域適用領域階段階段趨勢趨勢I/O容量容量結構結構（1）PLC的產生的產生（2）PLC的定義的定義（3）PLC的特點的特點（4）PLC的應用的應用（6）PLC的分類的分類（5）PLC的發展的發展（7）PLC的組成的組成（8）PLC與其他與其他 控制系統的區別控制系統的區別 繼電接觸繼電接觸單片機單片機2005.2 V1.0253.7 PLC的的工作原理工作原理 1. PLC的的運行方式運行方式n理解理解PLC的運行過程的運行過程 （和繼

19、電器系統比較和繼電器系統比較）2005.2 V1.026nPLC工作的工作的典型例子典型例子 按鈕輸入信號：按鈕輸入信號： 連接到連接到PLC輸入端；輸入端； PLC中的程序：中的程序：綜合各個綜合各個 信號的狀態執行用戶程序；信號的狀態執行用戶程序； PLC計算結果：計算結果：通過輸出通過輸出 端輸出來控制電動機的動作。端輸出來控制電動機的動作。2005.2 V1.027l 工作過程工作過程 上電處理上電處理： 初始化初始化 掃描過程掃描過程 出錯處理出錯處理2005.2 V1.028l PLC的工作的工作按按集中輸入、集中輸出，周期性循環掃描集中輸入、集中輸出，周期性循環掃描 的的方式進行

20、工作方式進行工作的。的。l 掃描周期掃描周期（工作周期）（工作周期）相關因素：相關因素：PLC工作方式工作方式 CPU的運算速度、的運算速度、I/O點情況、用戶應用程序的長短點情況、用戶應用程序的長短及編程情況等。及編程情況等。2005.2 V1.029如何理解如何理解I/O的的“集中集中”？2005.2 V1.030一個掃描周期內，完成一個掃描周期內，完成圖中操作圖中操作（或部分）（或部分）l 圖圖3-8形象描述形象描述PLC工作方式和過程工作方式和過程 2005.2 V1.031PLC的的中心內容中心內容l 輸入采樣階段輸入采樣階段習題習題12：PLC對對輸入信輸入信號有何號有何要求？要求

21、？ 一般情況下，一般情況下，PLC對輸入信號的要求：輸入信號的對輸入信號的要求：輸入信號的寬度寬度要大于一個掃描周期要大于一個掃描周期，否則很可能造成信號的丟失。，否則很可能造成信號的丟失。2005.2 V1.032l 程序執行階段：程序執行階段：從左到右，從上到下從左到右，從上到下的步驟順序執行程序。的步驟順序執行程序。l 輸出刷新階段：輸出刷新階段：所有指令執行完畢后，所有指令執行完畢后，元件映像寄存器元件映像寄存器中所中所有輸出繼電器的狀態在輸出刷新階段轉存到有輸出繼電器的狀態在輸出刷新階段轉存到鎖存器鎖存器中，最后中，最后經過經過輸出端子輸出端子驅動外設。驅動外設。2005.2 V1.

22、0333.8 PLC的的編程語言編程語言n概述概述l PLC語言眾多，差異限制了其開放性、可復用性和互換性。語言眾多，差異限制了其開放性、可復用性和互換性。l IEC61131-3: PLC編程語言標準編程語言標準5種種 梯形圖梯形圖LD 功能塊圖功能塊圖FBD 順序功能圖順序功能圖SFC 結構化文本結構化文本ST 指令表指令表IL圖形化圖形化語言語言文本文本語言語言2005.2 V1.034觸點、觸點、連線、連線、線圈、線圈、盒子盒子n梯形圖梯形圖（LD, Ladder Diagram）：）：最常用、直觀，簡單，首選最常用、直觀，簡單，首選。l名字的由來名字的由來l定義及內容定義及內容l 能

23、流能流的概念：的概念：“能流能流”可以通過被激勵（可以通過被激勵（ON）的常）的常開觸點和未被激勵（開觸點和未被激勵（OFF）的常閉觸點自左向右流。）的常閉觸點自左向右流。2005.2 V1.035n語句表語句表(IL, Instruction List)l 特點：特點：比較比較精練精練，適合于熟悉適合于熟悉PLC和和有經驗有經驗的程序的程序員。員。l 助記符助記符：用容易：用容易 記憶的字符來代記憶的字符來代 表表PLC的某種操的某種操 作功能。作功能。2005.2 V1.036n順序功能圖順序功能圖（SFC, Sequential Function Chart）l 許多許多PLC提供了提供

24、了專用專用于于SFC編程的編程的指令指令。（本書第六章）。（本書第六章）l 圖形化圖形化l 亦稱亦稱“功能圖功能圖”， P186，圖，圖6-4l 可以對具有可以對具有并發、選擇等復雜條件并發、選擇等復雜條件的系統進行編程。的系統進行編程。2005.2 V1.037本章小結及作業本章小結及作業 本章小結本章小結n理解理解PLC和傳統控制系統的和傳統控制系統的本質區別本質區別nPLC的的特點特點nPLC的的工作方式工作方式n深刻理解深刻理解PLC的循環掃描過程（的循環掃描過程（PLC的的工作機理工作機理）n最常用的最常用的編程語言編程語言梯形圖、指令表、功能圖梯形圖、指令表、功能圖2005.2 V1.038 實際上提出了將實際上提出了將繼電接觸器繼電接觸器控制的控制的簡單易懂、使用方便、簡單易懂、使用方便、價格低廉價格低廉的優點，與的優點，與計算機計算機的的功能完善、靈活性、通用性好功能完善、靈活性、通用性好的的優點結合起來，將繼電接觸器控制的優點結合起來，將繼電接觸器控制的硬連線邏輯硬連線邏輯轉變為計轉變為計算機的算機的軟件邏輯編程軟件邏輯編程的設想。的設想。2005.2 V1.039 n順序控制：順序控