1、可编程序控制器概述（2.1,2.2,2.3,2.42.1,2.2,2.3,2.4）第第2 2章章 可编程序控制器概述可编程序控制器概述本本章章内内容容2.1 PLC的介绍与特点2.2 PLC的硬件组成2.3 PLC编程环境和工作原理 2.4 PLC产品概况及发展趋势 2.1 PLC2.1 PLC的介绍与特点的介绍与特点 可编程控制器（Programmable Controller，PC）是新一代的工业控制装置，是工业自动化的基础平台。目前已被广泛应用到石油、化工、电力、机械制造、汽车、交通等各个领域。早期的可编程控制器只能用于进行逻辑控制，因此被称为可编程逻辑控制器（Programmable
2、Logic Controller，PLC）。随着现代技术的发展，可编程控制器用微处理器作为其控制的核心部件，其控制的功能也远远超过了逻辑控制的范围，于是这种装置被称为可编程控制器（Programmable Controller）简称为PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer，简称PC）相混淆，可编程控制器仍然被简称为PLC。2.1 PLC2.1 PLC的介绍与特点的介绍与特点 2.1.1 PLC的产生的产生 根据美国通用汽车公司的要求，根据美国通用汽车公司的要求，1969年美国数字设备公司（年美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台研制出了世界上第一台PLC，并
3、在通用公司自动装配生产线上试用成，并在通用公司自动装配生产线上试用成功。这种新型的工控装置，以其体积小、可靠性高、使用寿命长、简功。这种新型的工控装置，以其体积小、可靠性高、使用寿命长、简单易懂、操作维护方便等一系列优点，很快就在美国许多行业里得到单易懂、操作维护方便等一系列优点，很快就在美国许多行业里得到推广和应用，同时也受到了世界上许多国家的高度重视。推广和应用，同时也受到了世界上许多国家的高度重视。2.1.2 PLC的定义的定义 定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境定义：可编程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。它采用了可编程序的存储
4、器，用来在其内部存储执行下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，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。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。2.1 PLC2.1 PLC的介绍与特点的介绍与特点 2.1.3 PLC的分类的分类（1）按PLC的控制规模分类 小型机（如日本OMRON公司的CQM1，三菱的FX2和德国西门子的S7-200 ）中型机（如OMRON的C200H、富士的HDC-100和西门子的S7-300）大型机
5、（如OMRON的C2000H、富士的F200和西门子的S7-400）（2）按PLC的结构分类 整体式，整体式结构的PLC把电源、CPU、存储器和I/O系统都集成在一个单元内，该单元叫做基本单元。模块式，是把PLC系统的各个组成部分按功能分成若干个模块，如CPU模块、输入模块、输出模块和电源模块等，其中各模块功能比较单一，模块的种类却日趋丰富。（3）按PLC的功能分类 可以分为低档机、中档机和高档机3类。2.1 PLC2.1 PLC的介绍与特点的介绍与特点 2.1.4 PLC的发展的发展 最初的PLC限于当时元器件的条件及计算机的发展水平，主要由分立元件和中小规模集成电路组成，存储器采用的是磁芯
6、存储器。20世纪70年代出现的微处理器使可编程控制器发生了巨大的变化。欧美及日本的一些厂家以微处理器和大规模集成电路芯片作为PLC的中央处理单元（CPU），使PLC增加了运算、数据传送及处理通信、自诊断等功能，可靠性也得到了进一步的提升。20世纪80年代至90年代中期，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。20世纪末期至今，可编程控制器的发展更加适应于现代工业的需要。从产品规模上来看，PLC会进一步向超小型及超大型方向发展；从控制能力上来看，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从
7、产品的配套能力来看，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。2.1 PLC2.1 PLC的介绍与特点的介绍与特点 2.1.5 PLC的特点的特点（1）可靠性高、抗干扰能力强（2）编程方法简单易学（3）灵活性和通用性强（4）丰富的I/O接口模块（5）采用模块化结构（6）控制系统的设计、调试周期短（7）体积小、能耗低、易于实现机电一体化2.1.6 PLC的主要性能指标的主要性能指标（1）扫描速度（2）存储容量（3）输入/输出点数（4）指令的数量和功能（5）内部器件的种类和数量（6）可扩展性2.2 PLC2.2 PLC硬件组成硬件组成 PLC本身就是一台适合
8、工业现场使用的专用计算机，其硬件结构如下图所示:PLC主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出单元、电源、I/O扩展端口、通信单元等有机组合而成的。根据结构的不同，PLC可以分为整体式和组合式（也称模块式）两类。2.2 PLC2.2 PLC硬件组成硬件组成 根据结构的不同，PLC可以分为整体式和组合式（也称模块式）两类:整体式PLC 组合式PLC2.3 PLC2.3 PLC编程环境和工作原理编程环境和工作原理 2.3.1 PLC编程环境编程环境 PLC的编程环境是由PLC生产厂家设计的，它包含用户环境和能把用户环境与PLC系统联结起来的编程软件。只有熟悉了编程环境，了解了编程环境，才能适
9、应编程环境，才能在编程环境中编写出PLC的用户程序。用户环境包括：（1）用户数据结构：用户数据结构分为位数据、字节数据、字数据和混合型数据4类。（2）用户数据存储区：用户使用的每个输入/输出端，以及内部的每一个存储单元都称为元件。各种元件都有其固定的存储区（例如输入/输出映像区），即存储地址。（3）用户程序结构：用户程序结构可分为线性程序、分块程序 和结构化程序和结构化程序 3种，2.3 PLC2.3 PLC编程环境和工作原理编程环境和工作原理 2.3.2 PLC编程语言及编程软件编程语言及编程软件 5种编程语言：语句表（Statement List，STL）、梯形图（Ladder Diagr
10、am，LAD）、功能块图（Function Block Diagram，FBD）、结构文本（Structured Text，ST）、顺序功能图（Sequential Function Chart，SFC）。其中梯形图和语句表编程语言在实际中用的最多，下面着重介绍这两种语言。（1）梯形图（LAD）下图是启保停电路的梯形图表示：（2）语句表（）语句表（STL）启保停电路的梯形图所对应的语句表如下图：2.3 PLC2.3 PLC编程环境和工作原理编程环境和工作原理 2.3.2 PLC编程语言及编程软件编程语言及编程软件（3）编程软件OMRON公司设计的CX-P编程软件可以为OMRON C系列PLC提
11、供很好的编程环境。松下电工设计的FPWin_GR编程软件可以为FP系列PLC提供很好的编程环境和仿真。西门子公司设计的STEP 7 Micro/WIN 32编程软件可以为S7-200系列PLC提供编程环境。西门子公司设计的SIMATIC Manager编程软件可以为S7-300/400系列PLC提供编程环境。（4）仿真软件 西门子公司设计的S7_PLCSIM仿真软件就是专门为S7-300/400 PLC设计的仿真软件，S7_200SIM是专门为S7-200 PLC设计的仿真软件，利用这些仿真软件可以直接运行S7-200和S7-300/400 的PLC程序。2.3 PLC2.3 PLC编程环境和
12、工作原理编程环境和工作原理 2.3.3 PLC的工作原理的工作原理 PLC上电后首先要对硬件和软件进行初始化，当其进入运行状态后，PLC则采用循环扫描的方式工作。在PLC执行用户程序时，CPU对程序采取自上而下，自左向右的顺序逐次进行扫描，即程序的执行是按语句排列的先后顺序进行的。扫描工作过程如下图：2.4 PLC2.4 PLC产品概况及发展趋势产品概况及发展趋势 美国是PLC生产大国，在美国注册的PLC厂商已超过百家。德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG以及法国的施耐德（TE）公司、瑞士的SELECTRON公司等是欧洲著名的PLC制造商。日本的PLC生产厂家有40余家。我国在20世纪7
13、0年代末80年代初期开始引进PLC。目前PLC已经广泛应用到石油、化工、机械、钢铁、交通、电力、采矿、环保等各个领域中，还包括从单机自动化到工厂自动化，从机器人、柔性制造系统到工业控制网络等等。从功能上看，PLC的应用范围大致包括以下几个方面：（1）开关量的逻辑控制 （2）运动控制 （3）模拟量处理和PID控制 （4）数据处理 （5）通信联网 PLC的发展趋势主要有以下几个方面。向高速度、大容量方向发展；向超大型和超小型方向发展；大力开发智能模块，加强联网通信能力；加强故障检测与处理能力；编程语言的多样化。习题习题 2-1简述PLC的定义？2-2PLC的主要特点有哪些？2-3简述PLC的分类。2-4PLC主要由哪些部分组成？简述每一部分的作用。2-5PLC的编程语言有几种？2-6简述PLC的工作原理？2-7简述PLC的应用以及发展趋势？
