第2章 PLC基础知识

第 2章 可编程序控制器基础知识


2.1 可编程序控制器的产生及发展
2.2 PLC 的特点和应用


2.3 PLC 的分类及技术性能指标
2.4 PLC 的编程语言 本章小结
2.1 可编程序控制器的产生及发展

2.1.1 可编程序控制器的由来

2.1.2 可编程序控制器的发展
2.1.1
可编程序控制器的由来
2.3
PLC 的分类及技术性能指标

2.3.1 PLC的分类
2.3.2 PLC的技术性能指标

2.3.1 PLC的分类
1. 按结构形式分类 （1）整体式PLC : 将组成PLC的各个部分 （CPU、存储器、I/O部件等）集中于一体，安装 在少数几块印刷电路板上，并连同电源一起装配在 一个机壳内形成一个整体，这个整体通常称为主机 或基本单元。一般小型和超小型PLC采用整体式结 构，如德国西门子公司的S7-200系列PLC。 （2）模块式PLC: 将PLC划分为相对独立的 几部分制成标准尺寸的插件式模块，主要有CPU模 块、输入模块、输出模块、电源模块等，然后用搭 积木的方式将其组装在一个电源机架内。一般大、 中型PLC采用模块式结构，如西门子公司的S7-300、 S7-400系列PLC 。
目前，世界上有PLC生产厂二百多家，比较著 名的有：美国的A-B公司、通用电气公司，日本的三 菱、松下电工、欧姆龙，德国的西门子、AEG，法 国的TE等。 PLC在规模和功能上正朝着两个方向发展。大 型PLC不断向大容量、高速度、多功能的方向发展， 使之能取代工业控制微机对大规模复杂系统进行综 合性的自动控制。另一方面，小型PLC向超小型、 简易、廉价方向发展，使之能真正完全取代最小的 继电接触器系统，适应单机、数控机床和工业机器 人等领域的控制要求。
当时只是用它替代继电接触器控制，只能 进行开关量逻辑控制，所以将该控制装置称之 为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。随着微电子技术和大 规模集成电路的发展，20世纪70年代后期，微 处理器被应用到PLC中，从而极大扩展了其功 能，不仅能进行开关量逻辑控制，还具有模拟 量控制、数据处理、网络通信等功能。这种采 用了微处理器技术的PLC于1980年由美国电气 制造商协会正式将其命名为可编程序控制器 （Programmable Controller），简称PC。
Hale Waihona Puke .1.2可编程序控制器的发展
按PLC控制功能将其发展分成四个阶段： 第一阶段：从PLC诞生到20世纪70年代 中期，这是PLC的发展初期，这一时期PLC 主要用于替代继电接触器控制系统，功能较 为简单，主要用于开关量逻辑控制和计时、 计数运算。 第二阶段：从20世界70年代中期到70年 代末期，这是PLC的功能扩展时期，PLC的 控制功能增加了不少，如可以处理模拟量、 能够对数据进行传送和比较。
2. 按 I/O点数、功能分类
（1）小型PLC又称低档机。其I/O点数少于256 点，如I/O点数小于64点则称为超小型或微型PLC， 用户程序存储器容量为2KB以下。具有逻辑运算、 定时、计数、移位、自诊断、监控等基本功能 。 （2）中型PLC的I/O点数在256~2048之间，用户 程序存储器容量为2~8KB，除具有小型PLC的功能 外，还具有较强的模拟量I/O功能、算术运算、数据 比较、数据传送，远程I/O通信联网等功能。 （3）大型PLC的I/O点数大于2048点，用户程序 存储器容量达到8KB以上。除具有中型机的功能外， 还具有较强的数据处理功能和模拟调节、特殊功能 函数运算、监视、记录、打印等功能，以及更强的 通信联网功能等。
1968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翻新 的要求，提出了这样的设想：将计算机的功能 完善、通用灵活等优点与继电接触器控制简单 易懂、操作方便、价格低廉等优点结合起来， 制成一种新型的通用控制装置取代继电接触器 控制系统。为此，GM提出了10条要求，向制 造商公开招标 。GM 10条详见教材。1969年， 美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一 台可编程序控制器，型号为PDP—14。
2.2
PLC 的特点和应用

2.2.1 PLC的主要特点

2.2.2 PLC的应用
2.2.1 PLC的主要特点
1．可靠性高 2．使用方便，通用性强
3．功能完善，组合方便
4．编程简单，维护方便 5．体积小、重量轻、功耗低
2.2.2 PLC的应用
按PLC的控制类型，其应用可分为: 1. 2. 3. 4. 5. 关量控制 拟量控制 械加工中的数字控制 业机器人控制 层分布式控制系统
国际电工委员会在1987年2月颁布的可编 程序控制器标准草案中将其定义为：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。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指令， 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。可编程序控制器及 其有关设备，都应按易于与工业控制器系统连 成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。 通常仍把可编程控制器简称为PLC。
第2章小结
(1) 可编程控制器是当今工业控制领域占主导地位 的一种新型自动控制装置，微电子技术和计算机技术 的发展是 PLC出现的技术基础和物质基础， GM10是 促使其问世的直接原因。目前，PLC正向着标准化、 小型化、大容量、高速度、多功能等方面发展。 (2) PLC专为工业环境而设计，具有抗干扰能力 强、可靠性高、通用性好、功能强、编程简单、使用 维护方便等特点，主要应用于开关量控制、模拟量控 制、数字控制及通信联网等到领域。
第三阶段：从20世纪70年代末到80年代中期， 这是PLC的通信功能发展较快的时期，初步形成了 分布式通讯网络系统，产品的质量进一步提高，但 各制造厂商各自为政，没有统一标准。 第四阶段：从20世纪80年代中期开始是PLC 的开放时期，这一时期通讯系统的开放是PLC发展 的主要标志，通信协议逐渐标准化，采用了标准的 软件系统，增加了高级语言编程，各制造厂商的产 品可以互相通信，产品的规模不断扩大，增加了 CRT显示功能等。
1. 梯形图LAD（Ladder Diagram）是一 种图形语言，它非常接近继电接触控制系统中 的电气控制原理图。在梯形图中沿用了继电器、 线圈、常开触点、常闭触点、串联、并联等继 电器线路中的术语。梯形图直观、易学， 是 目前应用最多的一种语言。 2. 语句表STL ( Staement List ) 又叫指令 表IL ( Insstruction List )，它类似于计算机汇编 语言。它是用指令助记符来编程，属于面向机 器硬件的语言。由若干条指令组成的程序叫语 句表程序（或指令表程序）。
2.3.2
PLC的技术性能指标
1. 2, 3. 4. 5. 6.
输入/输出总点数（I/O点数） 程序存储容量 指令总数 扫描速度 内部寄存器 特殊功能模块
2.4
PLC 的编程语言
PLC的控制功能是通过执行程序来实 现的，因此，用户要根据实际控制系统的 需要编写出相应的程序。由于各厂家生产 的PLC其硬件结构不尽相同，所以程序表 达方式也有差异。现代PLC一般都有多种 编程语言供用户选用，常用的有下面几种。
(3) PLC按结构形式分为整体式和模块式两 类；按功能和 I/O 点数可分为低档机（小型、 超小型）、中档机（中型）、高档机（大型、 超大型）三类。衡量PLC性能的指标主要有： I/O 总点数、用户程序存储容量、指令总数、 扫描速度、内部寄存器配置及特殊功能模块等。 (4) PLC常用的编程语言有梯形图、语句 表、流程图及高级语言等，其中梯形图、语句 表最常用。
3. 功能块图FBD(Function block diagram)是一 种图形编程语言，用规定的与、或、非等逻辑图符 号连接而成。功能图块中模块之间的连接方式与电 路的连接方式大致相同。
4. 顺序功能图SFC（Sequential function chart） 又叫流程图，它是用来描述控制系统的控制过程、 功能和特性的一种图形。流程图用约定的几何图形、 有向线和简单的文字说明来描述。 5. 高级语言: 近年来在PLC的编程中使用了高级 语言，如将BASIC、Pascal、C、FORTRAN等用于 PLC的程序设计。另外，各厂家自行开发的高级编 程语言（或称编程软件）使用简单方便，应用日益 广泛。 PLC的处理过程和程序的执行步骤。