第2章 PLC基础知识

n 2.1 可编程序控制器的产生及发展可编程序控制器的产生及发展n 2.2 PLC 的特点和应用的特点和应用n 2.3 PLC 的分类及技术性能指标的分类及技术性能指标n 2.4 PLC 的编程语言的编程语言n 本章小结本章小结 2.1 可编程序控制器的产生及发展可编程序控制器的产生及发展l 2.1.1 可编程序控制器的由来可编程序控制器的由来l 2.1.2 可编程序控制器的发展可编程序控制器的发展 2.1.1 2.1.1 可编程序控制器的由来可编程序控制器的由来 1968年，美国最大的汽车制造商年，美国最大的汽车制造商通用通用汽车公司（汽车公司（GM）为了适应汽车型号不断翻新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，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，控制系统。为此，GM提出了提出了10条要求，向制条要求，向制造商公开招标造商公开招标。GM 10条详见教材。条详见教材。1969年，年，美国数字设备公司（美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一研制出世界上第一台可编程序控制器，型号为台可编程序控制器，型号为PDP14。当时只是用它替代继电接触器控制，只能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进行开关量逻辑控制，所以将该控制装置称之为为可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），），简称简称PLC。随着微电子技术和大随着微电子技术和大规模集成电路的发展，规模集成电路的发展，20世纪世纪70年代后期，微年代后期，微处理器被应用到处理器被应用到PLC中，从而极大扩展了其功中，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用了微处理器技术的PLC于于1980年由美国电气年由美国电气制造商协会正式将其命名为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。国际电工委员会在国际电工委员会在1987年年2月颁布的可编月颁布的可编程序控制器标准草案中将其程序控制器标准草案中将其定义定义为：可编程序为：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为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，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。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通常仍把可编程控制器简称为PLC。2.1.2 2.1.2 可编程序控制器的发展可编程序控制器的发展 按按PLC控制功能将其发展分成四个阶段：控制功能将其发展分成四个阶段：第一阶段：从第一阶段：从PLC诞生到诞生到20世纪世纪70年代年代中期，这是中期，这是PLC的发展初期，这一时期的发展初期，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、为简单，主要用于开关量逻辑控制和计时、计数运算。计数运算。第二阶段：从第二阶段：从20世界世界70年代中期到年代中期到70年年代末期，这是代末期，这是PLC的功能扩展时期，的功能扩展时期，PLC的的控制功能增加了不少，如可以处理模拟量、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。能够对数据进行传送和比较。第三阶段：从第三阶段：从20世纪世纪70年代末到年代末到80年代中期，年代中期，这是这是PLC的通信功能发展较快的时期，初步形成了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。各制造厂商各自为政，没有统一标准。第四阶段：从第四阶段：从20世纪世纪80年代中期开始年代中期开始是是PLC的的开放时期，这一时期通讯系统的开放是开放时期，这一时期通讯系统的开放是PLC发展的发展的主要标志，通信协议逐渐标准化，采用了标准的软主要标志，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，增加了可以互相通信，产品的规模不断扩大，增加了CRT显示功能等。显示功能等。目前，世界上有目前，世界上有PLC生产厂二百多家，比较著名生产厂二百多家，比较著名的有：美国的的有：美国的A-B公司、通用电气公司，日本的三菱、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、松下电工、欧姆龙，德国的西门子、AEG，法国的法国的TE等。等。PLC在规模和功能上正朝着两个方向发展。大在规模和功能上正朝着两个方向发展。大型型PLC不断向大容量、高速度、多功能的方向发展，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，小型性的自动控制。另一方面，小型PLC向超小型、简易、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。控制要求。l 2.2.1 PLC的主要特点的主要特点 l 2.2.2 PLC的应用的应用2.2 PLC 的特点和应用的特点和应用 2.2.1 2.2.1 PLCPLC的主要特点的主要特点1可靠性高可靠性高2使用方便，通用性强使用方便，通用性强3功能完善，组合方便功能完善，组合方便4编程简单，维护方便编程简单，维护方便5体积小、重量轻、功耗低体积小、重量轻、功耗低 按按PLC的控制类型，其应用可分为的控制类型，其应用可分为:1.关量控制关量控制 2.拟量控制拟量控制 3.械加工中的数字控制械加工中的数字控制 4.业机器人控制业机器人控制 5.层分布式控制系统层分布式控制系统 2.2.2 2.2.2 PLCPLC的应用的应用l 2.3.1 PLC的分类的分类l 2.3.2 PLC的技术性能指标的技术性能指标2.3 PLC 的分类及技术性能指标的分类及技术性能指标 1.按结构形式分类按结构形式分类 （1）整体式）整体式PLC:将组成将组成PLC的各个部分的各个部分（CPU、存储器、存储器、I/O部件等）集中于一体，安装部件等）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。一般小型和超小型或基本单元。一般小型和超小型PLC采用整体式结采用整体式结构，如德国西门子公司的构，如德国西门子公司的S7-200系列系列PLC。（2）模块式模块式PLC:将将PLC划分为相对独立的划分为相对独立的几部分制成标准尺寸的插件式模块，主要有几部分制成标准尺寸的插件式模块，主要有CPU模模块、输入模块、输出模块、电源模块等，然后用搭块、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、积木的方式将其组装在一个电源机架内。一般大、中型中型PLC采用模块式结构，如西门子公司的采用模块式结构，如西门子公司的S7-300、S7-400系列系列PLC。2.3.1 2.3.1 PLCPLC的分类的分类 2.按按 I/O点数、功能分类点数、功能分类 （1）小型小型PLC又称低档机。其又称低档机。其I/O点数少于点数少于256点，如点，如I/O点数小于点数小于64点则称为超小型或微型点则称为超小型或微型PLC，用户程序存储器容量为用户程序存储器容量为2KB以下。具有逻辑运算、定以下。具有逻辑运算、定时、计数、移位、自诊断、监控等基本功能时、计数、移位、自诊断、监控等基本功能 。（2）中型中型PLC的的I/O点数在点数在2562048之间，用户之间，用户程序存储器容量为程序存储器容量为28KB，除具有小型除具有小型PLC的功能外的功能外，还具有较强的模拟量，还具有较强的模拟量I/O功能、算术运算、数据比功能、算术运算、数据比较、数据传送，远程较、数据传送，远程I/O通信联网等功能。通信联网等功能。（3）大型大型PLC的的I/O点数大于点数大于2048点，用户程序点，用户程序存储器容量达到存储器容量达到8KB以上。除具有中型机的功能外，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。通信联网功能等。2.3.2 2.3.2 PLCPLC的技术性能指标的技术性能指标 1.输入输入/输出总点数（输出总点数（I/O点数）点数）2,程序存储容量程序存储容量 3.指令总数指令总数 4.扫描速度扫描速度 5.内部寄存器内部寄存器 6.特殊功能模块特殊功能模块 PLC的控制功能是通过执行程序来实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。由于各厂家生产需要编写出相应的程序。由于各厂家生产的的PLC其硬件结构不尽相同，所以程序表其硬件结构不尽相同，所以程序表达方式也有差异。现代达方式也有差异。现代PLC一般都有多种一般都有多种编程语言供用户选用，常用的有下面几种。编程语言供用户选用，常用的有下面几种。2.4 PLC 的编程语言的编程语言 1.梯梯形形图图LAD（Ladder Diagram）是是一一种种图图形形语语言言，它它非非常常接接近近继继电电接接触触控控制制系系统统中中的的电电气气控控制制原原理理图图。在在梯梯形形图图中中沿沿用用了了继继电电器器、线线圈圈、常常开开触触点点、常常闭闭触触点点、串串联联、并并联联等等继继电电器器线线路路中中的的术术语语。梯梯形形图图直直观观、易易学学，是是目目前应用最多的一种语言。前应用最多的一种语言。2.语语句句表表STL(Staement List)又又叫叫指指令令表表IL(Insstruction List)，它它类类似似于于计计算算机机汇汇编编语语言言。它它是是用用指指令令助助记记符符来来编编程程，属属于于面面向向机机器器硬硬件件的的语语言言。由由若若干干条条指指令令组组成成的的程程序序叫叫语语句表程序（或指令表程序）。句表程序（或指令表程序）。3.功能块图功能块图FBD(Function block diagram)是一是一 种图形编程语言，用规定的与、或、非等逻辑图符种图形编程语言，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。路的连接方式大致相同。4.顺序功能图顺序功能图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。何图形、有向线和简单的文字说明来描述。5.高级语言高级语言:近年来在近年来在PLC的编程中使用了高级的编程中使用了高级语言，如将语言，如将BASIC、Pascal、C、FORTRAN等用于等用于PLC的程序设计。另外，各厂家自行开发的高级编的程序设计。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，应用日益程语言（或称编程软件）使用简单方便，应用日益广泛。广泛。PLC的处理过程和程序的执行步骤。的处理过程和程序的执行步骤。第第2章章小结小结 (1)可可编编程程控控制制器器是是当当今今工工业业控控制制领领域域占占主主导导地地位位的的一一种种新新型型自自动动控控制制装装置置，微微电电子子技技术术和和计计算算机机技技术术的的发发展展是是PLC出出现现的的技技术术基基础础和和物物质质基基础础，GM10是是促促使使其其问问世世的的直直接接原原因因。目目前前，PLC正正向向着着标标准准化化、小型化、大容量、高速度、多功能等方面发展。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。制、数字控制及通信联网等到领域。(3)PLC按按结结构构形形式式分分为为整整体体式式和和模模块块式式两两类类；按按功功能能和和I/O点点数数可可分分为为低低档档机机（小小型型、超超小小型型）、中中档档机机（中中型型）、高高档档机机（大大型型、超超大大型型）三三类类。衡衡量量PLC性性能能的的指指标标主主要要有有：I/O总总点点数数、用用户户程程序序存存储储容容量量、指指令令总总数数、扫描速度、内部寄存器配置及特殊功能模块等。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、流程图及高级语言等，其中梯形图、语句表最常用。表最常用。