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1、可编程序控制器可编程序控制器（40学时）主讲：岑毅南主讲：岑毅南自动化与电气工程系安排 学时 课 程 内 容 讲课 30学时 14章 实验 8学时 PLC实验台 考核 2学时 大作业/PLC实验课程安排学习要求学习要求n了解PLC的工作原理，指令和控制系统组成；n能应用梯形图或语句表编程；n掌握系统设计的方法，步骤考核方法考核方法n笔记 10分n出勤 15分n作业 15分n实验 30分n考查 30分第1章可编程序控制器可编程序控制器概论n1.1定义定义 n1.2发展发展 n1.3特点特点 n1.4分类分类 n1.5应用应用 1.1可编程序控制器定义 在在PLC的发展历程中，有过几个不同的名称：
2、的发展历程中，有过几个不同的名称：n可编程序矩阵控制器PMC （Programmable Matrix Controller）n可编程序顺序控制器PSC （Programmable Sequence Controller）n可编程序逻辑控制器PLC （Programmable Logic Controller）可编程序控制器的历史n1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十项技术指标在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。主要有以下几点：主要有以下几点： n （1）容易编程）容易编程n （2）采用模块式结构）采用模块式结构n （3）价格
3、便宜）价格便宜n （4）具有数据通讯功能）具有数据通讯功能n （5）输入输出电源使用市电）输入输出电源使用市电n （6）能在恶劣环境下工作）能在恶劣环境下工作n （7）存储设备可扩充至）存储设备可扩充至4K个存储字节个存储字节n （8）扩展时，原系统只需做很小改动）扩展时，原系统只需做很小改动 1969年美国数字设备公司（年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。公司汽车生产线上首次应用成功。 只具备逻辑控制、定时、计数等功能，主要是用来取代只具备逻辑控制、定时、计
4、数等功能，主要是用来取代继电接触器控制继电接触器控制。-称为可编程逻辑控制器（PLC） 1980年美国电气制造商协会（年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其）正式将其命名为可编程序控制器（命名为可编程序控制器（Programmable Controller），简称），简称 PC。可编程序控制器定义n国际电工委员会（ IEC）于 1982年11月和 1985年1月对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在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。它采用可编程序的存储器，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
5、内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、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命令，并通过数字式模拟计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。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关设备，都应按易于与工业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联成一个整体，易于扩充功能的原则而设控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计计”。现在所说的可编程序控制器PC（Programmable Controller）是1980年以来，美、日、德等国由先前的可编程序逻辑控制器PLC进一步发展
6、而来。 近年来PC这个名字已成为个人计算机的专称，为了加以区别，现在通常把可编程序控制器简称为PLC。 1.2 可编程序控制器的发展可编程序控制器的发展n1969年美国研制出世界上第一台PLC以后，日本、德国、法国等国相继研制了各自的PLC。n70年代中期，PLC进入了实用化阶段。n70年代末和 80年代初，PLC进入了成熟阶段。n产品现已发展到第五代。其发展过程大致为 ：可编程序控制器的发展n第一代：19691972年。特点是：n（1）功能简单，主要是逻辑运算、定时、计数；n（2）机种单一，没有形成系列；n（3）与继电器控制相比，可靠性有一定提高；n（4）CPU由中、小规模集成电路组成，存储
7、器为磁芯存储器。n典型产品有：美国MODICON公司的084；DEC公司的PDP-14，PDP-14/L；ALLEN-BRA-DLEY公司PDQ-II；日本富士电机公司的USC-4000；立石电机公司的SCY-022，北辰电机公司的HOSC-20；横河电机公司的YODICS。 可编程序控制器的发展n第二代：19731975年。特点是：n（1）功能增加。增加了数字运算、传送、比较等功能，能完成模拟量的控制；n（2）初步形成系列；n（3）可靠性进一步提高,开始具备自诊断功能；n（4）存储器采用EPROM。n典型产品有：美国MODICON公司的184,284,384；GE公司的LOGISTROT；德
8、国SIEMENS公司的SYMATIC S3系列和S4系列；日本富士电机公司的SC系列。 可编程序控制器的发展n第三代：19761983年。特点是：n（1）将微处理器及EPROM、EAROM、CMOSROM等LSI电路用在PLC中，而且向多微处理器发展,使PLC的功能和处理速度大大增强；n（2）具有通信功能和远程具有通信功能和远程I/O能力能力；n（3）增加了多种特殊功能增加了多种特殊功能，如浮点数运算、平方、三角函数、相关数、查表、列表、脉宽调制变换等；n（4）自诊断功能及容错技术发展迅速。n典型产品有：美国GOULD公司的M84，484，584，684，884；德国SIEMENS公司的SYM
9、ATIC S5系列；美国TI公司的PM550，TI510，520，530；日本三菱公司的MELPLAC-50，550；日本富士电机公司的MICREEX。可编程序控制器的发展n第四代：19831999年。特点是：n（1）能完成对整个车间的监控，可在CRT上显示多种多样的现场图像，CRT的画面可代替仪表盘的控制，做各种控制和管理操作，十分灵活方便。最大内存为896K，为第三代PLC的20倍左右；n（2）有的采用32位微处理器（型号为NS16032），可以将多台PLC连接起来与大系统连成一体，网络资源可以共享；n（3）编程语言除了传统的梯形图、流程图、语句表等以外，还有用于算术运算的BASIC语言，
10、用于机床控制的数控语言等。n典型产品有：美国GOULD公司的A5900及MODULAR SYSTEMS RESEARCH公司的IAC系列；德国SIEMENS公司的S7系列。 n第五代：2000年到现在。特点是：n（1）采用32位微处理器，速度更快（几十纳秒）；n（2）开发各种智能化模块；n（3）液晶显示或触摸屏。可编程序控制器的发展 有200多家企业生产PLC产品美国PLC发展得最快：n1984年有48家，生产150多种PLC；n1987年有63家，生产243种PLC；n1996年有70余家，生产近300种PLC。n著名厂家有A-B（Allen-Bradley）艾伦-布拉德利公司，MODICO
11、N莫迪康公司，GE-FSNUC公司，TI（Texas Instrument）德州仪器公司，WESTHOUSE Electric西屋电气公司， IPM（International Parallel Machines）国际并行机器公司等。可编程序控制器的发展欧洲PLC的厂家有60余家: 西门子（Siemens）于1973年研制出第一台PLC。n金钟默勒 （Klockner Moeller Gmbh）， AEG，n法国的TE(Telemecanique）(施耐德）n瑞士的Selectron公司等。可编程序控制器的发展1971年，日本从美国引进PLC技术，由日立公司研制成功日本第一台PLC。 日本生产
12、PLC的厂家有40余家：n三菱电机(MITSUBISHI),欧姆龙(OMRON),n富士电机（Fuji Electric）,东芝（TOSHIBA）,n光洋（KOYO),松下电工（MEW）,n和泉（IDEC）,夏普(SHARP）,n安川等公司。可编程序控制器的发展 我国在我国在 70年代末和年代末和 80年代初开始引进年代初开始引进PLC：n北京机械工业自动化研究所，北京机械工业自动化研究所，n上海工业自动化仪表研究所，上海工业自动化仪表研究所，n大连组合机床研究所，大连组合机床研究所，n成都机床电器研究所，成都机床电器研究所，n中科院北京计算机所及自动化所，中科院北京计算机所及自动化所，n长春
13、一汽，长春一汽，n上海起重电器厂，上海起重电器厂，n上海香岛机电公司，上海香岛机电公司，n上海自力电子设备厂等单位。上海自力电子设备厂等单位。 以上诸单位都没有形成规模化生产。以上诸单位都没有形成规模化生产。可编程序控制器的发展n辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC；n无锡电器和日本光洋合资生产的 PLC;n中美合资的厦门 AB公司生产的PLC；n上海香岛机电公司引进技术生产的PLC;n上海OMRON公司;n西安Siemens公司等。 1993年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家：n美国 AB公司 （AllenBradley）n德国西门子公司（Siemens）n美国GEFanuc公司n
14、美国的莫迪康（Modicon）和法国的TE电器公司n日本欧姆公司（OMRON）n日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI）n日本富士电机株式会社（Fuji Electric）n日本东芝公司（TOSHIBA）n日本的光洋电子（KOYO）和中国的华光电子(CKE）n日本松下电工株式会社（MEW）：Matsushita Electric Works Ltd）根据美国根据美国 Automation Research Co.(ARC)的商情调查，在的商情调查，在1994年年PLC市场上，最大市场上，最大的的5家家PLC制造商是制造商是: SIEMENS，西门子，西门子 AllenBradley（Roc
15、kwell) ,罗克维尔罗克维尔 AEG Schneider，施耐德，施耐德 三菱电机三菱电机, OMRON(立石电机）立石电机）n （1996年中国年中国PLC市场）市场）可编程序控制器的发展趋势趋势 （1）与计算机联系密切）与计算机联系密切 n（2）发展多样化）发展多样化 （小型或大容量）（小型或大容量）n（3）模块化）模块化 n（4）网络与通信能力增强）网络与通信能力增强 n（5）多样化与标准化）多样化与标准化 n（6）工业软件发展迅速）工业软件发展迅速 1.3特点 n可靠性高可靠性高 可靠性高可靠性高(在软硬件上采取措施，平均无在软硬件上采取措施，平均无故障时间故障时间3-5万小时）万
16、小时）n功能强大功能强大 （A/D,D/A,PID,联网等）联网等）n通用性强通用性强 （标准（标准I/O接口）接口）n编程简单，编程简单，使用方便使用方便n体积小、结构紧凑、安装、维护方便体积小、结构紧凑、安装、维护方便1.3特点主要缺点：主要缺点：n主要是主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，放的：如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。n编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不
17、一致，因此各公司的结构均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。互不兼容。nSIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基等公司已经开发出以个人计算机为基础，在础，在Windows平台下，结合平台下，结合IEC11313国际国际标准的新一代开放体系结构的标准的新一代开放体系结构的PLC。1.4分类 n1. 从结构上从结构上n可编程序控制器从结构上可分为可编程序控制器从结构上可分为整体式整体式和和模块模块式式。n整体式整体式PLC： 又称单元式或箱体式。整体式又称单元式或箱体式。整体式PLC是将电源、是将电源、CPU、I0部件都集中装在部件都集中装在一个机箱内。一般小型一个机箱内。一般小型PLC采
18、用这种结构。采用这种结构。1.4分类n模块式PLC：将PLC各部分分成若干个单独的模块，如 CPU模块、I0模块、电源模块和各种功能模块。模块式PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型PLC采用模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构。n有的PLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLC模块式Power in a Small Package!电源模块CPU模块IO模块底 板 2.从规模上（从规模上（按按 IO点数分类）点数分类）nIO点数小于点数小于 32为微型为微型PLC；nIO点数在点数在32128为微小型为微小型PLC；nIO点数在点数在128256为为小型小型PLC；
19、nIO点九在点九在2561024为为中型中型PLC；nIO点数大于点数大于1024为为大型大型PLC；nIO点数在点数在4000以上为超大型以上为超大型PLC。 以上划分不包括模拟量以上划分不包括模拟量I0点数，且划分界限不点数，且划分界限不是固定不变的。是固定不变的。1.5应用nPLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广泛应外已广泛应 用于机械、冶金、石油、化工、轻工、用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、纺织、电力、电子、食品、 交通等行业。经验表交通等行业。经验表明，明， 80 以上的工业控制可以使用以上的工业控制可以
20、使用PLC来完成。来完成。n在日本，凡在日本，凡8个以上中间继电器组成的控制系统都个以上中间继电器组成的控制系统都已采用已采用PLC来取代。来取代。1.5应用 n比如在工业方面：比如在工业方面：n1）开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序等；）开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序等；n2）模拟量控制，部分）模拟量控制，部分PLC或功能模块具有或功能模块具有PID控控制功能，可实现过程控制；制功能，可实现过程控制；n3）监控，用）监控，用PLC可构成数据采集和处理的监控系可构成数据采集和处理的监控系统；统；n4）建立工业网络，为适应复杂的控制任务且节省）建立工业网络，为适应复杂的控制任务且节省资源，可采用单级网络或多级分布式控制系统。资源，可采用单级网络或多级分布式控制系统。n只有想不到，没有做不到！只有想不到，没有做不到！本章小结n理解：可编程控制器定义n掌握：常用PLC生产厂家和型号及分类、特点n了解：发展，应用