可编程序控制器概述-(3).ppt

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1、第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 可编程序控制器原理及应用v绪论郑郑敏敏1西华大学电气信息学院PLC PLC 原理及应用原理及应用 PLC 原理及应用原理及应用第第1章章 可编程序控制器概述和基本原理可编程序控制器概述和基本原理第第2章章 FX系列系列PLC的硬件系统的硬件系统第第3章章 FX系列系列PLC 的指令系统的指令系统第第4章章 梯形图设计方法梯形图设计方法第第5章章 顺序控制梯形图编程方法顺序控制梯形图编程方法第第6章章 FX系列系列PLC的应用指令的应用指令 第第7章章 可编程序控制器的通信及网络可编程序控制器的通信及网络第第8章章 PLC与组态软件与组态软件第第9章

2、章 PLC在模拟量控制和运动控制中的应用在模拟量控制和运动控制中的应用第第10章章 PLC应用中的其他问题应用中的其他问题2西华大学电气信息学院功能完备功能完备 灵活灵活通用通用 通用工业控制装置通用工业控制装置 简单易懂、操作方便简单易懂、操作方便价格便宜价格便宜3PLC PLC 原理及应用原理及应用 第第1章章 可编程序控制器概述可编程序控制器概述1.1 可编程序控制器的由来与定义可编程序控制器的由来与定义 1.2 可编程序控制器的特点与功能可编程序控制器的特点与功能 1.3 可编程序控制器的发展与应用可编程序控制器的发展与应用 1.4 常用可编程序控制器简介常用可编程序控制器简介4西华大

3、学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 1.1 可编程序控制器的由来与定义可编程序控制器的由来与定义一、可编程序控制器的由来一、可编程序控制器的由来 功能完备功能完备 灵活灵活通用通用 通用工业控制装置通用工业控制装置 简单易懂、操作方便简单易懂、操作方便价格便宜价格便宜 提出十项指标：提出十项指标：(1)编程简单，可现场修改程序。编程简单，可现场修改程序。(2)维护方便，采用模块式结构。维护方便，采用模块式结构。(3)可靠性高于可靠性高于继电器控制柜。继电器控制柜。(4)体积小于体积小于继电器控制柜。继电器控制柜。5西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发

4、展与特点 (5)数据直接送入计算机。数据直接送入计算机。(6)价格能与价格能与继电器控制柜竞争继电器控制柜竞争。(7)输入可以是交流输入可以是交流 115 V。(8)输出输出AC115 V、2 A，能直接驱动电磁阀。，能直接驱动电磁阀。(9)扩展时系统变更很小。扩展时系统变更很小。(10)用户程序存储容量至少能扩展到用户程序存储容量至少能扩展到 4 K字节。字节。1969 年美国年美国 DEC 研制出世界上第一台可编程研制出世界上第一台可编程 序控制器，并在序控制器，并在 GM 公司试用，获得了成功。公司试用，获得了成功。1971 年日本研制出第一台可编程序控制器。年日本研制出第一台可编程序控

5、制器。1974 年我国开始研制，年我国开始研制，1977 年开始工业应用。年开始工业应用。20 世纪世纪 70 年代中期，年代中期，PLC 进入了实用化阶段。进入了实用化阶段。20 世纪世纪 70 年代末和年代末和 80 年代初，年代初，PLC 进入了进入了 成熟阶段。成熟阶段。6西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 早期的可编程序控制器，一般称为早期的可编程序控制器，一般称为可编程序逻可编程序逻 辑控制器辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称简称 PLC。它以准计算机形式出现。它以准计算机形式出现。1980 年，美国电气制造商

6、协会正式将其命名为年，美国电气制造商协会正式将其命名为 可编程序控制器可编程序控制器(Programmable Controller)，简称简称 PC。现代可编程序控制器，逻辑运算仅是其众多现代可编程序控制器，逻辑运算仅是其众多 功能之一，故取消了功能之一，故取消了“Logic”。为了区别为了区别“个人计算机个人计算机”，PC 仍被称为仍被称为 PLC。7西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 二、可编程序控制器的定义（二、可编程序控制器的定义（IEC）可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，可编程序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。

7、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，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各 种类型的机械或生产过程。种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控 制系统形成一个整体、易于扩充功能的原则设计。制系统形成一个整体、易于扩充功能的原则设计。8西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展

8、与特点 三、三、PLC 的主要性能指标和分类的主要性能指标和分类 1.PLC1.PLC 的主要性能指标的主要性能指标的主要性能指标的主要性能指标(1)输入输入/输出点数（输出点数（I/O 点数）点数）(2)存储容量（字节）存储容量（字节）指用户程序存储器容量。大约：指用户程序存储器容量。大约：1KB 2MB。(3)扫描速度扫描速度 指指 PLC 执行程序的速度。执行程序的速度。有两种表示方法有两种表示方法执行执行 1KB 用户程序所用的时间用户程序所用的时间。执行一条布尔指令所用的时间执行一条布尔指令所用的时间。(4)编程指令的种类和条数编程指令的种类和条数 (5)扩展能力和功能模块种类扩展能

9、力和功能模块种类 9西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 2.PLC 2.PLC 的分类的分类的分类的分类 (1)(1)按按按按结构形式分类结构形式分类结构形式分类结构形式分类 一体式一体式 PLC 将电源、将电源、CPU、I/O 电路都集中装在一个机箱内。电路都集中装在一个机箱内。一般小型一般小型 PLC 采用这种结构。采用这种结构。模块式模块式 PLC 将将 PLC 各部分分成若干个单独的模块，各部分分成若干个单独的模块，如如 CPU 模块、模块、I/O 模块、电源模块、功能模块。模块、电源模块、功能模块。一般大、中型一般大、中型 PLC 采用模块式结构。采用模

10、块式结构。10西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 (2)(2)按数字量按数字量按数字量按数字量 I/O I/O 点数分类点数分类点数分类点数分类超小型机超小型机小型机小型机中型机中型机大型机大型机超大型机超大型机64 64 256256 20482048 819681961 2 KB 2 4 KB4 16 KB16 64 KB64 128 KB 分类分类 I/O 点数点数 CPU 存储器存储器8 位处理器位处理器 8 位处理器位处理器8 位字处理器位字处理器和位处理器和位处理器16 位字、位位字、位浮点处理器浮点处理器32 位或多个位或多个16 位字、位位字、位浮

11、点处理器浮点处理器11西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 (3)(3)按功能分类按功能分类按功能分类按功能分类 低档机低档机中档机中档机高档机高档机具有逻辑运算、定时、计数、具有逻辑运算、定时、计数、移位、自诊断、监控等基本功移位、自诊断、监控等基本功能，有的还具备能，有的还具备AI/AO、数据数据传送、运算、通讯等。传送、运算、通讯等。除上述功能，还有数制转换、除上述功能，还有数制转换、子程序调用、通讯联网功能，子程序调用、通讯联网功能，有的还具备中断控制、有的还具备中断控制、PID 回回路控制等。路控制等。除上述功能，还有较强的数据除上述功能，还有较强的数据处

12、理功能、模拟量调节、函数处理功能、模拟量调节、函数运算、监控、智能控制、通讯运算、监控、智能控制、通讯联网功能等。联网功能等。分类分类 主要功能主要功能 应用场合应用场合开关量控制、顺序控制、开关量控制、顺序控制、定时定时/计数控制、计数控制、少量模拟量控制等。少量模拟量控制等。过程控制、位置控制等。过程控制、位置控制等。大规模过程控制系统，大规模过程控制系统，构成分布式控制系统，构成分布式控制系统，实现全局自动化网络实现全局自动化网络。12西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 四、可编程序控制器的硬件四、可编程序控制器的硬件 PLC 系统的构成都属于积木式结构系统

13、的构成都属于积木式结构。通过扩展各种功能模块使通过扩展各种功能模块使 PLC 系统的功能易于系统的功能易于 扩充和增强。扩充和增强。13西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 1.2 可编程序控制器的特点与功能可编程序控制器的特点与功能一、一、PLC 的特点的特点1.1.可靠性高、抗干扰能力强可靠性高、抗干扰能力强可靠性高、抗干扰能力强可靠性高、抗干扰能力强 无故障时间：无故障时间：45 万小时。万小时。措施：隔离、滤波、屏蔽、检测与自诊断、措施：隔离、滤波、屏蔽、检测与自诊断、数据备份、后备电池数据备份、后备电池 2.2.功能完善、通用性强、使用方便功能完善、通用性

14、强、使用方便功能完善、通用性强、使用方便功能完善、通用性强、使用方便 能实现各种控制功能、用于各个控制领域。能实现各种控制功能、用于各个控制领域。3.3.编程方法简单、易于掌握编程方法简单、易于掌握编程方法简单、易于掌握编程方法简单、易于掌握 梯形图图形语言简单易学。梯形图图形语言简单易学。4.4.系统系统系统系统设计周期短、安装容易、维护方便设计周期短、安装容易、维护方便设计周期短、安装容易、维护方便设计周期短、安装容易、维护方便 5.5.体积小、体积小、体积小、体积小、重量轻、功耗低重量轻、功耗低重量轻、功耗低重量轻、功耗低14西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特

15、点 6.6.兼容性差兼容性差兼容性差兼容性差 PLC 的软硬件体系结构是封闭而不是开放的。的软硬件体系结构是封闭而不是开放的。如专用总线、专家通讯网络及协议，如专用总线、专家通讯网络及协议，I/O 模板不通用，模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。甚至连机柜、电源模板亦各不相同。编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致。语言结构均不一致。因此各公司的因此各公司的 PLC 互不兼容互不兼容。15西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 二、二、PLC 的主要功能及其应用的主要功能及其应用 1.1.逻辑控制逻辑控制逻

16、辑控制逻辑控制 用用 PLC 的与、或、非指令取代继电器触点的的与、或、非指令取代继电器触点的 串并联等逻辑连接，实现开关量的控制。串并联等逻辑连接，实现开关量的控制。2.2.定时与计数控制定时与计数控制定时与计数控制定时与计数控制 用用 PLC 的定时器、计数器指令取代时间继电器等，的定时器、计数器指令取代时间继电器等，实现某些操作的定时或计数控制。实现某些操作的定时或计数控制。3.3.数据处理数据处理数据处理数据处理 用数据传送、比较、移位、数码转换、编码、译码用数据传送、比较、移位、数码转换、编码、译码 以及数学运算和逻辑运算等指令来实现数据的采集、以及数学运算和逻辑运算等指令来实现数据

17、的采集、分析和处理。分析和处理。用于数控机床、柔性制造系统、过程控制系统和机器用于数控机床、柔性制造系统、过程控制系统和机器 人控制系统等大中型控制系统中。人控制系统等大中型控制系统中。16西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 4.4.步进控制步进控制步进控制步进控制 用用 PLC 的步进指令取代由硬件构成的步进控制器等，的步进指令取代由硬件构成的步进控制器等，实现上、下工序操作的控制。实现上、下工序操作的控制。5.5.运动控制运动控制运动控制运动控制 通过高速计数器和位置控制模块等控制步进电动机或通过高速计数器和位置控制模块等控制步进电动机或 伺服电动机，从而控制

18、单轴或多轴生产机械。伺服电动机，从而控制单轴或多轴生产机械。6.6.过程控制过程控制过程控制过程控制 通过通过 A/D 和和 D/A 转换，用转换，用 PLC 的的 PID 指令（或指令（或PID 模块）对生产过程中的温度、压力、速度、流量等模模块）对生产过程中的温度、压力、速度、流量等模 拟量进行单回路或多回路的闭环控制。拟量进行单回路或多回路的闭环控制。7.7.通信与远程控制通信与远程控制通信与远程控制通信与远程控制 通过各种通信模块能够将通过各种通信模块能够将 PLC 与与 PLC、PLC 与上位与上位 计算机之间联结成一个网络。计算机之间联结成一个网络。8.8.监控功能监控功能监控功能

19、监控功能17西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 可编程序控制器的应用示例可编程序控制器的应用示例 传传送送带带生生产产线线控控制制印印刷刷机机械械18西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 木木材材加加工工电电梯梯控控制制空空调调控控制制 可编程序控制器的应用示例可编程序控制器的应用示例 19西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 灌灌装装及及包包装装机机械械纺纺织织机机械械 可编程序控制器的应用示例可编程序控制器的应用示例 20西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 三、三、PLC 与

20、其他控制系统的比较与其他控制系统的比较 1.PLC 1.PLC 与继电器控制系统的比较与继电器控制系统的比较与继电器控制系统的比较与继电器控制系统的比较 PLC 的梯形图与继电器控制线路图十分相似，主要原的梯形图与继电器控制线路图十分相似，主要原 因是因是 PLC 梯形图的发明大致上沿用了继电器控制的电梯形图的发明大致上沿用了继电器控制的电 路元件符号，仅个别处有些不同。路元件符号，仅个别处有些不同。信号的输入信号的输入/输出形式及控制功能也是相同的，但是输出形式及控制功能也是相同的，但是 PLC 是软逻辑，继电器是硬逻辑。是软逻辑，继电器是硬逻辑。PLC 在性能上比继电器控制逻辑优异，在性能

21、上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便，特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、维护方便，而且体积小、功耗低、维护方便，但价格高于继电器。但价格高于继电器。21西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 单片机具有结构简单、使用方便、价格比较低等优点，单片机具有结构简单、使用方便、价格比较低等优点，一般用于数据采集和工业控制。一般用于数据采集和工业控制。PLC 在数据采集、数据处理等方面不如单片机。在数据采集、数据处理等方面不如单片机。PLC 用于工业控制，稳定可靠，抗干扰能力强，用于工业控制，稳定可靠，抗干扰能力强

22、，使用方便，但单片机的通用性和适应性较强。使用方便，但单片机的通用性和适应性较强。3.3.可编程控制器与个人计算机控制的比较可编程控制器与个人计算机控制的比较可编程控制器与个人计算机控制的比较可编程控制器与个人计算机控制的比较 使用环境、程序设计、运算速度、存储容量、价格。使用环境、程序设计、运算速度、存储容量、价格。应用范围：应用范围：微机除了用在控制领域外，还大量用于科学计算、微机除了用在控制领域外，还大量用于科学计算、数据处理、计算机通信等方面。数据处理、计算机通信等方面。PLC 是专用微机控制系统，主要用于工业控制。是专用微机控制系统，主要用于工业控制。2.2.可编程控制器与单片机控制

23、的比较可编程控制器与单片机控制的比较可编程控制器与单片机控制的比较可编程控制器与单片机控制的比较 22西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 输入输入/输出：输出：微机系统的微机系统的 I/O 设备与主机之间采用微电联系，一般设备与主机之间采用微电联系，一般 不需要电气隔离。不需要电气隔离。而而 PLC 一般控制强电设备，需要电气隔离，输入输一般控制强电设备，需要电气隔离，输入输 出均用光电耦合，输出还采用继电器、可控硅或大功出均用光电耦合，输出还采用继电器、可控硅或大功 率晶体管进行功率放大。率晶体管进行功率放大。系统功能：系统功能：微机系统一般配有较强的系统软件和

24、许多应用软件。微机系统一般配有较强的系统软件和许多应用软件。而而 PLC 一般只有简单的监控程序，能完成故障检查、一般只有简单的监控程序，能完成故障检查、用户程序的输入和修改、用户程序的执行与监视等。用户程序的输入和修改、用户程序的执行与监视等。互相配合各司其职：互相配合各司其职：在一个联网运行的集散控制系统中，使在一个联网运行的集散控制系统中，使 PLC 集中在功集中在功 能控制上，微机则集中在信息处理上，两者相辅相成。能控制上，微机则集中在信息处理上，两者相辅相成。23西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 一、一、PLC 的发展概况的发展概况 早期的早期的 PL

25、C 控制功能简单控制功能简单 基本逻辑和顺序控制、条件和时间步进控制等功能。基本逻辑和顺序控制、条件和时间步进控制等功能。PLC 已经成为工业控制的标准设备已经成为工业控制的标准设备 现代工业的三大支柱：现代工业的三大支柱：PLC 技术、机器人技术、技术、机器人技术、CAD/CAM 技术。技术。PLC 的生产也成了重要的产业的生产也成了重要的产业 随着微电子技术的快速发展，随着微电子技术的快速发展，使使制造成本制造成本，功能功能。我国我国 PLC 的应用和发展的应用和发展 1.3 可编程序控制器的发展与应用可编程序控制器的发展与应用24西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展

26、与特点 二、二、PLC 的的发展趋势发展趋势1.1.向小型化方向发展向小型化方向发展向小型化方向发展向小型化方向发展 便于实现便于实现“机电仪机电仪”一体化。一体化。2.2.向大型化方向发展向大型化方向发展向大型化方向发展向大型化方向发展 (1)功能不断加强功能不断加强 各种运算、定时、计数、模拟调节、监控、记录、各种运算、定时、计数、模拟调节、监控、记录、与计算机接口、通信与计算机接口、通信(2)应用范围不断扩大应用范围不断扩大 逻辑控制、中断控制、智能控制、过程控制、逻辑控制、中断控制、智能控制、过程控制、通信控制通信控制(3)性能不断提高性能不断提高25西华大学电气信息学院第第1章章 P

27、LC 的发展与特点的发展与特点 (3)性能不断提高性能不断提高 处理速度、响应时间、存储容量、多处理器技术、处理速度、响应时间、存储容量、多处理器技术、各种智能模块各种智能模块(4)编程软件的多样化和高级化编程软件的多样化和高级化 如如 BASIC、C、汇编语言、专用高级语言等。汇编语言、专用高级语言等。(5)构成形式的分散化和集散化构成形式的分散化和集散化 三、三、PLC 在中国的发展与应用在中国的发展与应用 最早研究和应用最早研究和应用PLC始于始于20世纪世纪70年代末期。年代末期。自自2001年起，我国机械工业成为工业发展新亮点。年起，我国机械工业成为工业发展新亮点。近年来每年约新投入

28、近年来每年约新投入10万台套万台套PLC产品。产品。化工行业也是需求化工行业也是需求PLC的一个持续而稳定的市场。的一个持续而稳定的市场。26西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 一、西门子公司的可编程序控制器一、西门子公司的可编程序控制器 主流产品：主流产品：SIMATIC S7200、300、400。1.4 常用可编程序控制器简介常用可编程序控制器简介 (a)S7-200系列系列PLC (b)S7-300系列系列PLC (c)S7-400系列系列PLC西门子公司的可编程序控制器西门子公司的可编程序控制器27西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发

29、展与特点 二、二、AB 公司的可编程序控制器公司的可编程序控制器 SLC500 系列属于小型模块化系列属于小型模块化 PLC 产品。产品。MicroLogix 1500 属于高级的小型属于高级的小型 PLC 产品。产品。PLC-5 系列属于大中型系列属于大中型 PLC 产品。产品。(a)Micro Logix 1500 PLC (b)Control Logix 1756系列系列 PLCA-B公司的可编程序控制器公司的可编程序控制器28西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 三、三、三菱三菱公司的可编程序控制器公司的可编程序控制器 F、F1/F2、FX 系列属于小型整体

30、式与模块化系列属于小型整体式与模块化 PLC 产品。产品。MELSEC-A 系列通用型属于小型快速的模块式系列通用型属于小型快速的模块式 PLC 产品。产品。MELSEC-Q 系列系列属于属于中大型中大型 PLC 产品。产品。(a)FX3G系列系列PLC (b)FX1NC系列系列PLC 三菱公司的可编程序控制器三菱公司的可编程序控制器 29西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 四、四、立石立石公司的可编程序控制器公司的可编程序控制器 小型小型 PLC：CPM1A、CPM2A、CPM2A 。中型中型 PLC：C200H、CJ1、CJ1M、CQM1H。大型大型 PLC：

31、CS1、CS1D、CV、CVM1、CVM1D。(a)CPM2C CPU (b)CJ1M CPU (c)CVM1 CPU 立石公司的可编程序控制器立石公司的可编程序控制器 30西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 五、和利时公司的可编程序控制器五、和利时公司的可编程序控制器 小型小型 PLC：LM 系列系列。大型大型 PLC：LK 系列。系列。(a)LM31043107 CPU (b)LM31083109 CPU (b)(c)LK202 CPU 立石公司的可编程序控制器立石公司的可编程序控制器 31西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 参考

32、书籍v现代电气控制技术现代电气控制技术 重庆大学出版社重庆大学出版社v可编程序控制器原理及应用教程可编程序控制器原理及应用教程北京航空航天北京航空航天大学出版社大学出版社v可编程序控制器原理及其在液压系统中的应用可编程序控制器原理及其在液压系统中的应用机械工业出版社机械工业出版社v可编程序控制器网络通信及应用可编程序控制器网络通信及应用清华大学出版清华大学出版社社vPLC应用技术问答应用技术问答机械工业出版社机械工业出版社v可编程序控制器应用技术与设计实例可编程序控制器应用技术与设计实例人民邮电人民邮电出版社出版社vPLC论坛论坛32西华大学电气信息学院第第1章章 PLC 的发展与特点的发展与特点 成绩给定方法v期末成绩占期末成绩占70%v实验成绩占实验成绩占10%v平时成绩占平时成绩占15%（作业、考勤、课堂纪律）（作业、考勤、课堂纪律）v资料收集占资料收集占5%Email:zm-sky163.COM33西华大学电气信息学院PLC PLC 原理及应用原理及应用 第第 1 章章 结结 束束 下一章下一章 上一章上一章 返回主页返回主页 34西华大学电气信息学院