第一节可编程序控制器的形成及发展 第五章 可编程控制器的概念及工作原理 可编程序控制器（Programmable Logic Controller） 简称PC或PLC 是一种工业控制装置PLC是在家电控制技术和计算机技术的基础上开发出 来的，并逐步发展成为以微处理器为核心，将自动化技 术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装 第五章可编程控制器的概念及工作原理 1969年印度数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程序控制器。 辑运算、定时、计数等控制功能。并且将可编程序控制器称为PLC （Programmable Logical Controller）。 20世纪70年代未至80年代初，可编程序控制器的处理速率大大提升，不仅可以进行逻辑控制，而且可以对模拟量进行控制。美 国家电制造商会（NEMA）将可编程序控制器命名为PC （Programmable Controller）。 20世纪80年代以来，以16位和32位微处理器为核心的可编程序控制器得到 迅速发展。这时的PLC具有了高速计数、中断技术、 PID调节和数据通讯等功能。 可编程序控制器的发展过程：第五章 可编程控制器的概念及工作原理 PLC品牌分布情况的缘由： 产品覆盖范围。
排在最前的三个品牌有最丰富的产品系列，而且没有侧重，用户很容易得到恰当的产品；其他品牌如Fuji， LG则以大型和微型产品为主，GE和Schneider以中小型产品为 主。虽然A－B拥有出众的技术和全面的产品系列，但是高价 格使用户兴叹。 中国市场上的历史。Siemens，Mitsubishi和Omron都是在中国市场上传统的供应商可编程序控制器的定义，在好多领域占了先机，相对应的是GE， Schneider（其实Modicon步入中国也比较早，但没有完整的销 售和服务体系）和LG这种后来者即使市场快速下降可编程序控制器的定义，但距先 行者仍有一定的差别。 行业分布。某些品牌会注重于一些行业，如Schneider愈发重视电力行业，Rockwell在冶金行业表现出色。 第二节 可编程序控制器的定义及特征 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，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各类类型机械的生产过程。 可编程序控制器及其有关外围设备，都按便于与工业系统连成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。 可编程序控制器的定义（参照1987年IEC施行的可编程序控制器标准草案）： 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为 工业环境下应用而设计。
它采用了可编程序的存储器，用来 在其内部储存执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术 操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入／输 出，控制各类类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其 有关外围设备，都按便于与工业系统连成一个整体、易于扩 充其功能的原则设计。 第五章 可编程控制器的概念及工作原理 第五章 可编程控制器的概念及工作原理 体积小、重量轻、能耗低可靠性高、抗干扰能力强是PLC最重要的特征之一。PLC的平 均无故障时间可达几十万个小时 硬件方面：I/O接口采用采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源的影响；对供电电源及线路采用多种方式的检波，从 而去除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导电、 导磁材料进行屏蔽，以减小空间电磁干扰；对有些模块设置了 联锁保护、自确诊电路等。 软件方面：采用扫描工作方式，减少了外界的干扰；设有 故障监测和自确诊程序，能对系统硬件电路等故障实现检查和 判断；当由干扰导致故障时，能立刻将当前重要信息加以封存， 禁止任何不稳定的读写操作，一旦正常后，便可恢复到故障发 生前的状态，继续原先的工作。 第五章 可编程控制器的概念及工作原理 可靠性高、抗干扰能力强第五章 可编程控制器的概念及工作原理 目前，各种PLC都采用梯形图语言为第一编程语言，它是一 种面向生产、面向用户的编程语言。
梯形图与家电控制线路图 相似，形象、直观，不需要把握计算机知识，很容易让广大工 程技术人员把握。当生产流程须要改变时，可以现场改变程序， 使用便捷、灵活。 同时，PLC编程器的操作和使用也很简单。这也是PLC获得普 及和推广的主要诱因之一。许多PLC还针对具体问题，设计了各 种专用编程指令及编程方式，进一步简化了编程。 功能健全、通用性强现代PLC除了具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能， 而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通 信联网以等许多功能。 同时，由于PLC产品的系列化、模块化，有品种齐全的各类 硬件装置供用户选用，可以组成满足各类要求的控制系统。 第五章 可编程控制器的概念及工作原理 设计安装简单、维护便捷因为PLC用软件取代了传统电气控制系统的硬件，控制柜的 设计、安装接线工作量大为减低。 PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了 应用设计和调试周期。 在修理方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小； 而且PLC具很强的自确诊功能，如果出现故障，可依照PLC上 指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明缘由，维修极为方 体积小、重量轻、能耗低PLC结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的 理想控制设备 第五章 可编程控制器的概念及工作原理 第三节 可编程序控制器的分类及应用 PLC的分类依据PLC的I/O点数，PLC分为大型、中型和小型三类。
1）小型PLC I/O点数为256点以下的为大型PLC （其中I/O点数大于64点的为超小型或微型PLC） 2）中型PLC I/O点数为256点以上、2048点以下的为小型PLC 3）大型PLC I/O点数为2048以上的为小型PLC （其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC） 这个分类界限不是固定不变的，它随PLC的发展而变化。 第五章 可编程控制器的概念及工作原理 根据PLC的结构方式，可将PLC分为整体式、模块式和叠装式。 1）整体式PLC 将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个 机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特性。 整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩充 单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩充单元相连的 扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的插口等。扩展单 元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩充单元之间一 般用扁平线缆联接。整体式PLC通常还可配备特殊功能单元， 如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩充。 小型PLC通常采用这些整体式结构。 第五章 可编程控制器的概念及工作原理 2）模块式PLC 将PLC各组成部份分别作成若干个单独的模块， 如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及 各种功能模块。
模块式由框架或基板和各类模块组成。模块装在框架或基 板的插头上。这种模块式PLC的特征是配置灵活，可依照须要 选配不同模块组成一个系统，而且装配便捷，便于扩充和修理。 大、中型PLC通常采用模块式结构。 3）叠装式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特征结合起 叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠线缆进行连接，并且各模块可以一层层地叠装。 这样，不但系统可以灵活配置，还可做得容积精巧。 第五章 可编程控制器的概念及工作原理 第五章 可编程控制器的概念及工作原理 按功能分类 1）低档PLC:具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自确诊、监 控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数 据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或 少量模拟量控制的单机系统 2）中档PLC:具有低档PLC功能外，具有较强的模拟量输入/输出、 算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通 信联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能 3）高档PLC:具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运 算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表 及表格传送等。
高档PLC机具有更强的通讯联网功能，可用于大 规模过程控制或构成分布式网路控制系统，实现鞋厂自动化。 第五章 可编程控制器的概念及工作原理 PLC的应用1、顺序控制：PLC应用最广泛的领域，取代传统的熔断器次序控制，用 于单机控制、多机控制，生产手动线控制。如注塑机、印刷机械、订书 机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、包装生产线等。 2、运动控制：PLC制造商提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或 多轴位置控制模块。PLC把描述目标位置的数据传递给模块，模块联通单 轴或多轴到目标位置，当每位轴联通时，位置控制模块保持适当的速率 和加速度，确保运动平滑。 3、过程控制：PLC能控制大量的化学参数如气温、压力、速度、流量。 PID模块提供使PLC具有闭环控制功能，可用于过程控制，当被控变量出 现误差时，PID控制算法会估算出正确的输出，把变量保持在设定值上。 4、数据处理：在机械加工中，需要将次序控制的PLC和计算机数值控制 （CNC）设备紧密结合。 5、通信和联网：工厂自动化、柔性制造系统等的发展须要，迫切需要 PLC之间，与上位机之间须要保持数据交换（通信）。 第四节 可编程序控制器的组成及各部份的作用 PLC的基本组成PLC的主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输 入输出单元（I/O）接口、电源及外围编程设备等几大部分构成，如下 图所示 PLC基本组成 第五章 可编程控制器的概念及工作原理 例：三相异步电动机双向运行家电控制系统输入设备 输出设备 第五章 可编程控制器的概念及工作原理 三相异步电动机双向运行PLC控制系统第五章 可编程控制器的概念及工作原理 PLC控制系统与家电控制系统的区别 控制方式上： 工作方式上：并行工作方式 串行工作方式控制速率上： 速度 定时和计数控制上：精度 第五章可编程控制器的概念及工作原理 中央处理器（CPU） 在系统程序的控制下，诊断电源、PLC内部电路工作状态；接收、诊断并储存从编程器输入的用户程序和数据；用扫描方法接收 现场输入装置的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器。
在PLC步入运行状态后，从存储器中逐字读取用户程序，按指令规定的任务，产生相应的控制讯号，去启闭有关控制门电路，分时分 渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等动作，完成 用户程序中规定的逻辑或算术运算等任务。 根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，实现输出控制、制表、打印或数据通讯等等。 PLC采用的CPU通常有三大类： 位处理器，如AMD2900、AMD2903等。中央处理器是可编程序控制器的核心。 第五章 可编程控制器的概念及工作原理
